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Abgaspulsation und Turboladerinteraktion

Über das Projekt

Das Ziel zur Minimierung der CO2-Emissionen bei Verbrennungsmotoren erfordert eine optimierte Abstimmung der einzelnen Systemkomponenten aufeinander. Zur Optimierung des Systems Verbrennungsmotor-Turbolader wird dazu eine Hardware-in-the-Loop-Methode zur Simulation des Motorbetriebs an einem Heißgasprüfstand entwickelt.

Projektinformationen

  • Förderungsdauer: 01.01.2018 – 31.12.2020

Projektpartner

  • Forschungsvereinigung Verbrennungskraftmaschinen e.V.
  • Institut für Turbomaschinen und Fluid-Dynamik, Leibniz Universität Hannover
  • Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen

Fragestellung/Motivation

CO2

Die kontinuierliche Verschärfung der CO2-Emissionsgesetzgebung erfordert eine stetige Weiterentwicklung von Verbrennungsmotoren. Eine Technologie zur Senkung der motorischen CO2-Emissionen ist das sogenannte Downsizing, wobei durch Verringerung des Zylindervolumens oder der Zylinderzahl das Gewicht und die Reibungsverluste reduziert werden. Zur Kompensierung des resultierenden Leistungsdefizits erfolgt eine Aufladung mittels Abgasturbolader. Dadurch wird die im Abgas verbleibende Energie weiter genutzt, wodurch der Motorwirkungsgrad zusätzlich gesteigert werden kann. Eine Entwicklungsherausforderung stellt dabei Effizienz des Systems Verbrennungsmotor-Turbolader dar. Aufgrund des instationären Betriebs von Verbrennungsmotoren entstehen Abgaspulsationen, die jedoch für den kontinuierlichen Betrieb eines Turboladers mit Wirkungsgradoptimum in einem Betriebspunkt nicht optimal sind. Diese Herausforderung gilt es durch eine bestmögliche Abstimmung des Turboladers auf den Motorbetrieb zu lösen.

Vorgehensweise und Projektziel

Turbolader

Das Ziel des Projekts ist die Entwicklung einer Hardware-in-the-Loop-Methode, die zur Simulation des Motorbetriebs auf einem Turboladerheißgasprüfstand genutzt werden kann. Dadurch kann eine Optimierung des Turboladers auf einen bestimmten Motor bereits in frühen Entwicklungsphasen erfolgen, in denen der Motor noch nicht als Hardware zur Verfügung steht.

Im ersten Schritt wird dazu das Motorkennfeld eines abgasturboaufgeladenen Ottomotors auf einem Prüfstand vermessen. Auf Basis der Messdaten kann ein prädiktives 1D-Simulationsmodell des Motors validiert und zu einem Echtzeitmodell vereinfacht werden. Dieses Echtzeitmodell wird dann an einen Heißgasprüfstand gekoppelt und liefert die motorischen Randbedingungen zur Beaufschlagung des Turboladers mit den Abgaspulsationen aus dem Motorbetrieb. Die Umwandlung in reale Pulsationen erfolgt durch die Regelung einer rotierenden Klappe auf Basis des Echtzeitmotormodells. Im letzten Schritt soll eine äquivalente Darstellung der Kennfeldgrenzen des Turboladers im realen Motorbetrieb und in der entwickelten Methode nachgewiesen werden. In einem möglichen Nachfolgeprojekt kann diese Methode dann auf weitere Systeme erweitert und optimiert werden.

Publikationen

Bisher wurden noch keine Publikationen zu diesem Projekt veröffentlicht.

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