Potential of a Combustion Engine with Pressure-Wave Supercharger

Doctoral thesis OPEN
Binder, Emanuel;
(2015)
  • Subject: doctoral thesis
    • ddc: ddc:62 | ddc:621 | ddc:6

Mithilfe der Abgasturboaufladung lässt sich der Kraftstoffverbrauch im Fahrzeugbetrieb durch das Anheben der spezifischen Motorleistung senken. Im Gegensatz zur mechanischen Aufladung verschlechtert sich jedoch mit der Abgasturbolaufladung das Ansprechverhalten. Eine Mö... View more
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    1 Einleitung 1 1.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1.2 Zielsetzung der Arbeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2

    2 Kenntnisstand 3 2.1 Bedeutung und Anwendungsbereiche des Druckwellenladers . . . . . . . . . 3 2.2 Funktionsweise des Druckwellenladers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 2.2.1 Kompression und Expansion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 2.2.2 Interaktion mit Grenzflächen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 2.2.3 Abgestimmter Druckwellenprozess . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 2.2.4 Nicht abgestimmter Druckwellenprozess . . . . . . . . . . . . . . . . 19 2.3 Interaktion mit dem Verbrennungsmotor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 2.4 Modellierungsansätze . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 2.5 Auslegung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

    3 Vergleich Komponente HX vs. TL 33 3.1 Matching mithilfe des Nomogramms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 3.2 Versuchsaufbau Heißgas-Prüfstand . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 3.3 Versuchsdurchführung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 3.4 Messergebnisse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 3.4.1 Aktuatoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 3.4.2 Kennlinien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47 3.4.3 Spülgegendruck . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55 3.4.4 Interaktion von Motor und Aufladesystem . . . . . . . . . . . . . . 57

    4 Komponenten-Modell 59 4.1 Physikalische Prozesse am Druckwellenlader . . . . . . . . . . . . . . . . . 59 4.2 Ein-Zellen-Modell . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61 6 Simulationsmodell - Motor 107 6.1 Modellaufbau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107 6.2 Stationäre Maßnahmen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108 6.2.1 Motorseitige Stellgrößen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109 6.2.2 Komponentenseitige Stellgrößen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111 6.2.3 Abgaspulsation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112 6.2.4 Leckage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115 6.2.5 Flutenabschaltung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119 6.3 Transiente Maßnahmen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123 6.3.1 Katalysator-Heizen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123 6.3.2 Variabler Querschnitt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124 6.3.3 Spülhilfe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128

    A Anhang A-1 A.1 Versuchsträger - Druckwellenlader . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A-1 A.2 Versuchsträger - Motor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A-3 A.3 Versuchsaufbau Motor mit Druckwellenlader . . . . . . . . . . . . . . . . . A-4 A.4 Berechnungsgrößen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A-5 A.5 Motormodell - Flutenabschaltung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A-5

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