Entwicklung einer Hardware-in-the-Loop Methode zur Untersuchung von Abgasturboladern unter motorischen Randbedingungen an Heißgasprüfständen

Zur Untersuchung des Einflusses pulsierender Strömungsbedingungen an Turbinen und Verdichtern wird ein Ottomotor mit einer Stoßaufladung auf einem Motorenprüfstand und in einer Motorprozesssimulation untersucht. Anhand der Ergebnisse aus der experimentellen und simulativen Untersuchung wird zunächst speziell für die Betriebsstrategie des Versuchsträgers der Betrieb des Abgasturboladers unter motorischen Randbedingungen charakterisiert. Dabei werden sowohl Unterschiede relativ zu einer stationären Strömung in den verschiedenen Betriebsarten als auch Unterschiede zwischen einer zyklusgemittelten und zyklusaufgelösten Betrachtung der Parameter untersucht. Abschließend wird außerdem eine Charakterisierung der Gaspulsationen anhand von Skalaren, die für die Regelung der Pulsatoren notwendig ist, erarbeitet.
Weiterführend wird auf Basis der durchgeführten Untersuchungen ein Hardware-in-the-Loop-System entwickelt, mit dem die pulsierenden Betriebsbedingungen am Heißgasprüfstand mit Hilfe von Pulsatoren, Drosseln und einer echtzeitfähigen Motorprozesssimulation nachgebildet werden. Die gesamte Simulationsumgebung wird auf einem Echtzeitrechner durchgeführt und ist über zusätzliche Hardware mit dem Heißgasprüfstand und dem realen Abgasturbolader verbunden. Das entwickelte Hardware-in-the-Loop-System und seine einzelnen Hardware- und Softwarekomponenten werden hinsichtlich einer genauen Abbildung des Verhaltens des Abgasturboladers am realen Verbrennungsmotor untersucht und bewertet. Durch die Untersuchungen konnte das Potenzial des Hardware-in-the-Loop-Systems im Hinblick auf eine Erhöhung der Genauigkeit des Turboladermatchings in frühen Entwicklungsphasen und auf eine Verringerung des Entwicklungsaufwands durch den Einsatz des neu entwickelten Systems aufgezeigt werden.