Experimentelle und Numerische Analyse des Instationärverhaltens Eines Abgasturboladers Als Fahrzeugkomponente

Das Instationarverhalten eines Abgasturboladers liefert einen entscheidenden Beitrag zum Ansprechverhalten eines aufgeladenen Verbrennungsmotors und ist somit massgeblich fur eine hohe Kundenakzeptanz aufgeladener Motoren verantwortlich. In der vorliegenden Arbeit wird der hochdynamische Beschleunigungsvorgang des Laufzeugs von ausgewahlten Turboladern experimentell untersucht. Anschliessend wird eine numerische Methodik entwickelt, mit der der hochdynamische Beschleunigungsvorgang...
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Das Instationarverhalten eines Abgasturboladers liefert einen entscheidenden Beitrag zum Ansprechverhalten eines aufgeladenen Verbrennungsmotors und ist somit massgeblich fur eine hohe Kundenakzeptanz aufgeladener Motoren verantwortlich. In der vorliegenden Arbeit wird der hochdynamische Beschleunigungsvorgang des Laufzeugs von ausgewahlten Turboladern experimentell untersucht. Anschliessend wird eine numerische Methodik entwickelt, mit der der hochdynamische Beschleunigungsvorgang abgebildet und auftretende stromungsmechanische Phanomene analysiert werden konnen. Abgasturbolader mit ein- sowie zweiflutigen Turbinengehausen und unterschiedlichem Durchsatzverhalten werden an einem, zur Durchfuhrung von transienten Messungen erweiterten, Heissgasprufstand auf der Turbinenseite mit Drucksprungen beaufschlagt. Die daraus resultierende Beschleunigung des Laufzeugs wird messtechnisch erfasst. Die instationar gemessenen Temperaturen sind von der thermischen Tragheit gepragt. Beim turbinen- und verdichterseitigen Druckaufbau ist eine Abhangigkeit von den Volumina des Prufstandsaufbaus zu erkennen. Mit zunehmendem Druckgradienten vor der Turbine erhoht sich mit dem verwendeten Prufstandsaufbau der Drehzahlgradient des Laufzeugs. Die experimentellen Daten werden dem CFD-Modell der Turbine und des Verdichters als Randbedingung vorgegeben. Die Validierung der zu entwickelnden transienten Simulationsmethodik erfolgt uber einen Vergleich des gemessenen und berechneten Drehzahlgradienten. Hinsichtlich der Stabilitat und der Genauigkeit der CFD-Simulation zeigt die Verwendung einer Massenstrom-Randbedingung Vorteile gegenuber einer Druck-Randbedingung nach dem Verdichter. Bei Vorgabe des gemessenen Druckverlaufs nach dem Verdichter besteht eine Differenz zwischen dem experimentellen und berechneten Drehzahlgradienten. Diese Differenz ist auf Basis der gewonnenen Erkenntnisse auf die zeitliche Verzogerung der gemessenen Drucksignale zuruckzufuhren. Die zeitliche Verzogerung kann jedoch mit der im Rahmen dieser Abhandlung verwendeten Messtechnik nicht final geklart werden. Eine Analyse der numerischen Ergebnisse zeigt, dass fur die inneren Wirkungsgrade des Turbinen- und Verdichterrads sowie fur die an den Radern wirkenden Axialkrafte ein quasi-stationarer Ansatz verwendet werden kann.