Mit neuen Methoden zum richtigen Aufladesystem

Autoren

Prof. Dr.-Ing. H. Zellbeck, Dipl.-Ing. T. Roß, Dipl.-Ing. C. Guhr, Technische Universität Dresden

Jahr

2008

Druckinfo

Fortschritt-Berichte VDI, Reihe 12, Nr. 672

Zusammenfassung

Die Entwicklung eines passenden Aufladesystems für einen Verbrennungsmotor ist eine große Herausforderung. Zielstellung ist hierbei meist, die Leistungsfähigkeit des Vorgängermodells zu übertreffen mit gleichzeitiger Erfüllung strengerer Abgasgrenzwerte. Hinzu kommt die Forderung nach einer hohen Regelgüte des Gesamtsystems im Fahrbetrieb. Einstufige Aufladesysteme sind oft nicht mehr ausreichend. Im Gegensatz zum Ottomotor fällt beim Dieselmotor, aufgrund niedrigerer Abgastemperatur und geringerer Sensibilität auf den Restgasgehalt, die Wahl klar auf eine 2-stufig geregelte Abgasturboaufladung. Die Auslegung und Erprobung moderner Aufladesysteme ist aufgrund ihrer Komplexität mit einem immer höheren Aufwand verbunden. Dies beginnt mit rein theoretischen Vorüberlegungen und endet bei der endgültigen Erprobung des Gesamtsystems im Fahrzeug. Um diesen Prozess möglichst effizient zu gestalten, ist nicht nur eine parallele Nutzung verschiedenster Entwicklungsmethoden erforderlich, sondern der Schlüssel liegt in deren enger Verknüpfung. Ausgehend vom thermodynamischen Verhalten des Grundmotors kann schon in einem frühen Stadium ein 1D-Simulationsmodell erstellt werden. Nach der Vorauswahl der Aufladegruppe durch theoretische Konzeptstudien wird diese durch die 1D-Simulation in Hinblick auf Wechselwirkung mit dem Grundmotor angepasst. Die Messdatenerfassung der gesamten Aufladegruppe wird am alternativen Heißgasprüfstand durchgeführt. Die konstruktive Umsetzung der Aufladegruppe in einem CAD-System liefert neben den entsprechenden Daten für die spätere Fertigung auch die Grundlage für eine 3D-CFD-Simulation. Detaillierte Untersuchungen können durch direkte Kopplung von 1D- und 3D-Berechnung vorgenommen werden. Aus den gewonnenen Ergebnissen kann sofort eine Rückkopplung auf die Konstruktion erfolgen. Erst jetzt beginnt letztendlich die Fertigung der ersten Aufladegruppe, um sie anschließend am Basistriebwerk zu testen. Parallel zur Erprobung am hochdynamischen Motorenprüfstand werden die notwendigen Reglerstrukturen entwickelt. Auch hier bietet es sich an, die Entwicklung schon auf Softwareebene durch Kopplung mit dem 1D-Prozeßmodell vorzunehmen. Dies erweitert die Untersuchungsmöglichkeiten um ein Vielfaches, da auch Betriebszustände abgebildet werden können, die am Versuchsträger nur schwierig bzw. überhaupt nicht angefahren werden können. Hierdurch wird eine geschlossene Kette aller Entwicklungswerkzeuge geschaffen, die die Effizienz des gesamten Entwicklungsprozesses optimiert. In diesem Beitrag wird ein solch verketteter Entwicklungsprozess am Beispiel einer 2-stufig geregelten Abgasturboaufladung für einen Dieselmotor aufgezeigt.

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