Physikalische Modelle und Skalierungsmethoden zur effizienteren Applikation von Turboladern

Gegenstand dieser Arbeit ist die Identifizierung und die Bewertung von vorhandenen Unsicherheiten beim Prozess der Applikation eines turboaufgeladenen Verbrennungsmotors. Die modellbasierten Regelstrategien für Turbolader in kraftfahrzeugtechnischen Anwendungen basieren auf dem stationären Energieerhaltungssatz und greifen auf Wirkungsgradkennfelder als zentrale physikalische Parameter zurück. Zwar werden diese Kennfelder vom Turboladerhersteller mitgeliefert, sie sind jedoch nicht unmittelbar auf die Betriebsbedingungen im Fahrzeug übertragbar. Deshalb werden diese Kennfelder anwendungsbezogen kalibriert. Hierbei sind Prüfstands- und Fahrzeugtests und darauf folgende offline Analysen die gängigen Vorgehensweisen. Dieser Prozess der Kalibrierung und Bedatung der Steuergeräte, auch Applikationsprozess genannt, ist aufwändig und eine Wiederverwendbarkeit der Ergebnisse auf andere Motorkonzepte in der Regel nicht sichergestellt. Die Wiederverwendbarkeit der kalibrierten Kennfelder ist nur dann möglich, wenn der Prozess der Kalibrierung axiomatisch erfolgt. Der Ansatz dieser Arbeit ist Systemverständnis durch physikalische Modellierung und Nutzung von abstrahierenden Werkzeugen wie Dimensionsanalyse verbunden mit einer systematischen Untersuchung des Informationsgehalts der vom Turboladerhersteller gemessenen Kennfelder. Entsprechend setzt sich diese Arbeit inhaltlich aus drei Schwerpunkten zusammen: physikalische 0D Modellierung des Betriebsverhaltens des Turboladers (vATL), systematische Untersuchung der Wärmeströme am Turbolader, experimentelle Untersuchung des Turboladers am Motorprüfstand