(NTH) Bericht 2011–2012 - TU Clausthal

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Parallel zu den strömungstechnischen Untersuchungen
und der Konstruktion des Vorleitgitters
am TFD wurden am ITR Berechnungsmodelle entwickelt,
um detaillierte Untersuchungen des ATL-
Gleitlagersystems des Versuchsträgers durchzuführen.
Die entwickelten Berechnungsalgorithmen
ermöglichen eine präzise und rechenzeiteffi ziente
Ermittlung der relevanten Kennwerte der Gesamtlagerung.
Auf Basis der am TFD bestimmten
Bedingungen, denen die Lagerkomponenten im
Betrieb ausgesetzt sind, wurden die Kennwerte
des ATL-Lagersystems im Serienzustand ermittelt.
Als wichtige Ausgangsgröße der Berechnung
wurde ein Lagerreibungskennfeld an das ivb
übergeben und in die dort aufgebaute Motorprozesssimulation
integriert, wodurch der mechanische
Wirkungsgrad des Turboladers rechnerisch
in die Ermittlung des Gesamtwirkungsgrads des
aufgeladenen Antriebsaggregats einfl ießt. Neben
der Betrachtung des Versuchsträgers im Serienzustand
wurden im Rahmen von Parameterstudien
am ITR Strategien zur Optimierung des
Lagersystems entwickelt. Dabei ließ sich mittels
numerischer Berechnungen zeigen, dass durch
Modifi kationen der Lagergeometrie eine deutliche
Optimierung des Axiallagers hinsichtlich
Tragfähigkeit und Verlustleistung möglich ist. Mit
den entwickelten Berechnungsmodellen ist es
zudem möglich, das Lagersystem speziell auf die
geänderten Anforderungen einzustellen, die sich
durch eine Modifi kation der Verdichteranströmung
ergeben. Der Einfl uss zukünftiger, optimierter
ATL-Gleitlagersysteme kann durch angepasste
Reibleistungskennfelder ebenfalls in der Motorprozesssimulation
des ivb berücksichtigt werden.
BOTTOM-UP-PROJEKT
Zur Untersuchung der Eignung des konstruierten
Vorleitgitters zur Hochaufl adung eines kleinvolumigen
Ottomotors wurde am ivb der ausgewählte
Referenzmotor auf einem hochdynamischen
Motorenprüfstand aufgebaut und auf Basis einer
detaillierten Vermessung wurde ein prädiktives
1D-Berechnungsmodell aufgebaut, mit dem vorab
eine rechnerische Auslegung und Optimierung des
Arbeitsprozesses unter Verwendung der berechneten
Kennfelder des TFD und des ITR erfolgen
konnte. Neben der Limitierung des Low-End-Torque
aufgrund der turboladerspezifi schen Begrenzungen
stellen auftretende Verbrennungsanomalien bei
hochaufgeladenen Motoren mit kleiner werdenden
Hubräumen ein wachsendes Forschungsfeld dar.
Um diese zu berücksichtigen, wurde ein etabliertes
Klopfmodell innerhalb der Simulationsumgebung
implementiert und anhand von Messungen am
Referenzmotor verifi ziert. Mit Hilfe der Motorprozesssimulation
und der Kennfelder des TFD mit
verschiedenen Vorleitgitterwinkeln und der Reibungskennfelder
des ITR konnte die Eignung des
ausgelegten Turboladersystems für die Hochaufl adung
eines kleinvolumigen Ottomotors mit nur einer
Druckstufe aufgezeigt werden.