publication . Doctoral thesis . 2015

Potential of a Combustion Engine with Pressure-Wave Supercharger

Binder, Emanuel;
Open Access German
  • Published: 21 Aug 2015
  • Country: Germany
Abstract
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 Möglichkeit den Zielkonflikt von Kraftstoffverbrauch und Ansprechverhalten zu lösen ist es, den Abgasturbolader durch einen Druckwellenladers zu ersetzen. Dieser überträgt die Abgasenergie direkt auf die Frischluft in Form von Druckwellen. Der direkte Kontakt von Frischluft und Abgas im Zellenrad ermöglicht auf der einen Seite eine nahezu verzögerungsfreie Energieübertragung. Auf der anderen Seite k...
Subjects
free text keywords: doctoral thesis, ddc:6, ddc:62, ddc:621
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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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