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Modellbildung von Abgasturboladern mit variabler Turbinengeometrie an schnellaufenden Dieselmotoren

Kessel, Jens-Achim :
Modellbildung von Abgasturboladern mit variabler Turbinengeometrie an schnellaufenden Dieselmotoren.
[Online-Edition]
TU Darmstadt
[Ph.D. Thesis], (2004)

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Kessel_Mod-ATL-VTG_Diss2003.pdf
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Item Type: Ph.D. Thesis
Title: Modellbildung von Abgasturboladern mit variabler Turbinengeometrie an schnellaufenden Dieselmotoren
Language: German
Abstract:

Über die Jahre hinweg wurden die Anforderungen an die Abgasqualität, den Verbrauch seitens des Gesetzgebers ständig gesteigert. Andererseits sind die Forderungen nach Wirtschaftlichkeit, Fahrvergnügen, Sicherheit und Zuverlässigkeit aus Sicht der Kunden vorrangig. Nur durch den steigenden Anteil der Elektronik in Form von Mikrorechnern im Fahrzeug ist heute das Potential vorhanden, Funktionen mit komplexen Reglern und adaptiven Algorithmen zu realisieren, um diese teils gegensätzlichen Forderungen umzusetzen. In dieser Arbeit wird ein thermodynamisches Modell eines Turboladers mit variabler Turbinengeometrie (VTG) vorgestellt, wie er bei kleinen, schnellaufenden Dieselmotoren zur Aufladung verwendet wird. Dieses einfache Modell soll aus den geometrischen Parametern des Laders möglichst ohne zusätzliche Messungen qualitativ so gute Ergebnisse liefern, daß das Modell im Rahmen umfassender Motor- und Fahrzeugsimulationen bereits im Vorfeld von Prüfstandsversuchen einsetzbar ist. Es soll dabei auch physikalisch begründete Ergebnisse in solchen Arbeitsbereichen liefern, die bei der stationären Turboladervermessung des Herstellers gewöhnlich nicht erreicht werden. Dies ist insbesondere für die Entwicklung dynamischer Regelkonzepte notwendig. Durch den Einsatz des hier vorgestellten einfachen Modells, das auf physikalischen Gesetzen basiert und durch wenige Parameter eingestellt werden kann, kann eine Simulation ohne vorangehende Messungen bereits brauchbare Ergebnisse liefern. Diese Ergebnisse können auf jeden Fall genutzt werden, um die innere Struktur Künstlicher Neuronaler Netze festzulegen und ein Basistraining durchzuführen. Außerdem erlaubt ein solches Light-Gray-Box-Modell schon die Interpretation von internen Zuständen und Beziehungen, obwohl im Modell Vereinfachungen und eine Konzentration von Parametern realisiert sind. Ausgehend von den physikalischen und thermodynamischen Grundlagen wird in der Arbeit der Aufbau des Turboladers analysiert und in einzelne Teilmodelle mit konzentrierter Funktionalität untergliedert. Dazu werden bestimmte vereinfachende Annahmen getroffen, die im Hinblick auf das Einsatzgebiet des Turboladermodells zulässig sind. Diese Teilmodelle werden schließlich zum Gesamtmodell der Turboladers verschaltet und mit einem exemplarischen Datensatz zur Simulation eines Turboladers mit variabler Turbinengeometrie verwendet. Die Simulationsergebnisse werden im Hinblick auf ihren Informationsgehalt diskutiert und mit Herstellerangaben verifiziert.

Alternative Abstract:
Alternative AbstractLanguage
Over the years the requirements were constantly increased to the exhaust quality and the consumption by the legislator. On the other hand from view of the customers the demands for economy, driving pleasure, security and reliability have priority. Only by the rising portion of electronic control units and microcontrollers in the vehicle, functions based on complex model based controllers and adaptive algorithms can be applied to convert around these partly opposite demands. In this thesis a thermodynamic model of a turbo charger with variable turbine geometry (VTG) is presented, as it is used with small, high-speed diesel engines for the charging of the combustion air. This simple model is designed to supply qualitatively so good results from the geometrical parameters of the turbo charger, that the model is applicable in engine and vehicle simulations before testing series are started on dynamic engine test stands. For this use no additional measurements should be necessary. It is to supply thereby also physically justified results in such operation points, which are usually not reached by the turbo charger during the stationary measurement of the manufacturer. This is in particular necessary for the development of dynamic controller concepts. By the application of the simple model presented here, which is based on physical laws and configured by few parameters, a simulation without preceding measurements can supply already useful results. These results can be used in any case, in order to specify the internal structure of artificial neural networks and accomplish a basis training. In addition such a light-gray-box model already permits the interpretation of internal conditions and relations, although in the model simplifications and a concentration of parameters are realized. On the basis of an introduction to the physical and thermodynamic bases in this thesis the structure of the turbocharger is analyzed and subdivided into individual partial models with concentrated functionality. For the turbo charger model certain simplifying acceptance are defined, which are permissible regarding its operational area. These partial models are finally interconnected to the complete model and used with an exemplary data record for the simulation of a turbo charger with variable turbine geometry. The simulation results are discussed regarding their information content and verified with manufacturer data.English
Uncontrolled Keywords: physical model, variable turbine geometry, adjustable turbine nozzles, modelling, observer, feedback control
Alternative keywords:
Alternative keywordsLanguage
physical model, variable turbine geometry, adjustable turbine nozzles, modelling, observer, feedback controlGerman
physikalisches Modell, variable Turbinengeometrie, verstellbares Flügelgitter, Modellbildung, Beobachter, RegelungEnglish
Classification DDC: 600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 600 Technik
Divisions: Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik
Date Deposited: 17 Oct 2008 09:21
Last Modified: 07 Dec 2012 11:50
Official URL: http://elib.tu-darmstadt.de/diss/000434
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-4345
License: Simple publication rights for ULB
Referees: Isermann, Prof. Dr.- Rolf and Stoffel, Prof. Dr.- Bernd
Advisors: Isermann, Prof. Dr.- Rolf
Refereed: 6 June 2003
URI: http://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/434
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