Untersuchung von Turbinen unter pulsierender Beaufschlagung

Falke, Felix; Pischinger, Stefan; Wirsum, Manfred

doi:10.18154/RWTH-2023-05065

Untersuchung von Turbinen unter pulsierender Beaufschlagung = Investigation of turbines under pulsating admission

Falke, Felix^RWTH*

2023

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Felix Falke

ImpressumAachen : RWTH Aachen University 2023

Umfang1 Online-Ressource : Illustrationen, Diagramme

Dissertation, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, 2023

Veröffentlicht auf dem Publikationsserver der RWTH Aachen University

Genehmigende Fakultät
Fak04

Hauptberichter/Gutachter
Pischinger, Stefan (Thesis advisor)^RWTH* ; Wirsum, Manfred (Thesis advisor)^RWTH*

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2023-03-10

Online
DOI: 10.18154/RWTH-2023-05065
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/958009/files/958009.pdf

Einrichtungen

Lehrstuhl für Thermodynamik mobiler Energiewandlungssysteme und Institut für Thermodynamik (412310)

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Aufladung (frei) ; ICE (frei) ; Pulsationserzeuger (frei) ; Turbocharger (frei) ; Turbolader (frei) ; Verbrennungsmotor (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 620

Kurzfassung
Um die Prüfmöglichkeiten eines Brennkammerprüfstandes für mechanische Untersuchungen an Abgasturboladern unter motorrealistischer Pulsationsbeaufschlagung zu erweitern, ist es Gegenstand dieser Arbeit einen Pulsationserzeuger zu entwickeln, welcher zwischen der stationär-betriebenen Brennkammer und dem Turbolader installiert wird. Ziel der Neuentwicklung des Pulsationserzeuger ist das Erreichen ausreichend hoher Pulsationskennziffern Ψ für ein breites Spektrum von Verbrennungsmotoren unabhängig der Zylinderanzahl. Die Validierung des Pulsationserzeugers erfolgt anhand von Motorprüfstandsversuchen am Turbolader eines 1,0 L Dreizylindermotors. Eine Lastvariation bei n = 2000 min-1 von pme = 10 bar bis pme = 20 bar zeigt, dass in allen Betriebspunkten die Druckpulsation hinreichend genau abgebildet wird. Mit Ψ = 1,19 weicht der Pulsationserzeuger im LET-Betriebspunkt nur unwesentlich von den Werten des Dreizylindermotors (Ψ =1,21) ab. Bekannte, bis dahin ausgeführte Konzepte erreichen Werte von Ψ < 0,7. Die Untersuchung der Wastegatedeckelbewegung mit optischer Messtechnik wurde bei motorrealistischer Abgaspulsation durchgeführt, die vergleichbare mechanische Anregung führt zu einer übereinstimmenden WG-Deckelbewegung. Es konnte gezeigt werden, dass der Pulsationserzeuger zuverlässig funktioniert. Die Betriebssicherheit der Konstruktion ist für maximale Abgastemperaturen von T = 700 °C.

In order to expand the testing possibilities of a hot gas test bench for mechanical tests on exhaust gas turbochargers under engine-realistic pulsation, the object of this work is to develop a pulsation unit which is installed between the steady-state combustion chamber and the turbocharger. The aim of the new development of the pulsation unit is to achieve sufficiently high pulsation coefficients Ψ for a wide range of internal combustion engines regardless of the number of cylinders. The validation of the pulsation unit is based on engine test bench experiments on the turbocharger of a 1.0 L three-cylinder engine. A load variation at n = 2000 min-1 from pme = 10 bar to pme = 20 bar shows that the pressure pulsations are reproduced with sufficient accuracy at all operating points. With Ψ = 1.19, the pulsation unit at the LET operating point deviates only marginally from the values of the three-cylinder engine (Ψ =1.21). Known concepts so far achieve values of Ψ < 0.7. The investigation of the wastegate flap movement with optical measurement technology was carried out with engine-realistic exhaust pulsation, the comparable mechanical excitation leads to a matching WG flap movement. It could be shown that the pulsation generator works reliably. The operational reliability of the design has been experimentally demonstrated for maximum exhaust gas temperatures of T = 700 °C.

OpenAccess:
PDF
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