6.2 Verifikation des adiabaten Ansatzes der TC-Software
6.2.2 Verwendung kalter Turbolader-Kennfelddaten
102 6.2 VERIFIKATION DES ADIABATEN ANSATZES DER TC-SOFTWARE
den schon auf geringem Niveau liegenden Motorlastpunkt weiter reduziert6. n = 4000 min−1 / Volllast
Abb. 6.5 stellt den abschließenden Vergleich zwischen adiabater Referenz- bzw.
adiabater TC-Rechnung und den Messergebnissen f¨ur den Nennleistungspunkt des Motors bei Verwendung heißer Messdaten zum Abgasturbolader dar. Ins-gesamt betrachtet ergeben sich gute, innerhalb des Toleranzbandes liegende Ubereinstimmungen, wenngleich auch hier die bei den vorangegangenen Motorbe-¨ triebspunkten diskutierten Zusammenh¨ange auftreten. Aufgrund der hohen Motor-last treten diese jedoch zunehmend in den Hintergrund.
Abweichung der Rechnung vom Messwert in %
-12 -9 -6 -3 0 3 6 9 12
n = 4000 min-1 Volllast pL = 1.98 bar QB = 242 kW
pmi = 15.1 bar mL = 426.8 kg/h p1 = 0.89 bar T1 = 297 K p2 = 2.04 bar T2 = 404 K p3 = 2.52 bar T3 = 1020 K p4 = 1.17 bar T4 = 894 K nATL = 176647 min-1
pZmax = 153.9 bar adiabate Berechnung
heiße ATL-Kennfelddaten THEMOS® PROMO
Referenzrechnung TC-Rechnung Messwert
Abb. 6.5Rechnungs-/Messungsvergleich der integralen Motorbetriebswerte f¨ur die adiaba-te Referenz- bzw. TC-Rechnung bei n = 4000 min−1/ Volllast,heiße Turbolader-Kennfelddaten
6.2 VERIFIKATION DES ADIABATEN ANSATZES DER TC-SOFTWARE 103
dar¨uber, inwieweit die TC-Software im Zusammenwirken mit dem jeweiligen Simu-lationsprogramm den Einfluss der verschiedenen Turboladerdaten korrekt abbildet.
n = 2000 min−1 / pme = 2 bar
Abb. 6.6 pr¨asentiert den Rechnungs-/Messungsvergleich f¨ur den Teillastbetriebs-punkt bei n = 2000 min−1 f¨ur THEMOSr und PROMO bei Verwendung kalter Turboladermessdaten. Die adiabaten Berechnungen der jeweiligen Programmpakete zeigen ein vergleichbares Verhalten wie es bereits bei den Ergebnissen mit heißen Messdaten dargestellt wurde. So gleichen sich auch hier die Simulationsergebnisse einander an: die berechneten Werte zur Turboladerdrehzahl nAT L werden in die jeweils notwendige Richtung verbessert, der Abgasgegendruck p3 wird, im Gegensatz zu denheißen Berechnungen (vgl.Abb. 6.2), f¨ur beide Programme auf das diesmal richtige Niveau korrigiert.
Abweichung der Rechnung vom Messwert in %
-12 -9 -6 -3 0 3 6 9 12 15 18
n = 2000 min-1 pme = 2 bar AGR = 30%
pL = 1.014 bar QB = 24.8 kW
adiabate Berechnung kalte ATL-Kennfelddaten
THEMOS® PROMO Referenzrechnung TC-Rechnung Messwert
pmi = 2.81 bar mL = 79.4 kg/h p1 = 0.985 bar T1 = 295 K p2 = 1.02 bar T2 = 309 K p3 = 1.07 bar T3 = 558 K p4 = 1.00 bar T4 = 545 K nATL = 35436 min-1
pZmax = 48.4 bar
Abb. 6.6Rechnungs-/Messungsvergleich der integralen Motorbetriebswerte f¨ur die adia-bate Referenz- bzw. TC-Rechnung bei n = 2000 min−1/ pme = 2 bar, kalte Turbolader-Kennfelddaten
Ursache dieser Verbesserungen im Gegendruck ist das erh¨ohte Verdichterwirkungs-gradniveau, das durch die Verwendungkalter Messdaten erzielt werden konnte (vgl.
Abb. 6.7). In der Folge f¨uhrt auch hier diese Wirkungsgradsteigerung zu der bereits dargestellten Korrektur der VTG-Position der Turbine. Die Wirkungsgradverschie-bung wird von beiden Programmsystemen in gleich guter Qualit¨at wiedergegeben.
Gleichzeitig entstehen insgesamt f¨ur alle Verl¨aufe nahezu deckungsgleiche Kennli-nien. Dies resultiert aus der Verwendung einer identischen Turboladermodellierung f¨ur beide Simulationsprogramme.
Das zeitlich aufgel¨oste Verdichter-Durchsatzverhalten in Abb. 6.7 veranschaulicht
104 6.2 VERIFIKATION DES ADIABATEN ANSATZES DER TC-SOFTWARE
Totaldruckverhältnis p2t/p1t 0.95 1.00 1.05 1.10 1.15
Normierter Massenstrom in kg/s
0.00 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06
Isentroper VerdichterwirkungsgradηsV 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 Stützstellen:
n = 0 min-1 n = 30.000 min-1 n = 40.000 min-1 n = 50.000 min-1 n = 60.000 min-1 TC-Software (n = 30.000 min-1):
heiß kalt
Kaltvermessung T3 = 293 K Heißvermessung T3 = 873 K Motorbetriebswerte über ein ASP heiße ATL-Kennfelddaten:
THEMOS® PROMO kalte ATL-Kennfelddaten:
THEMOS® PROMO Mittelwerte für ηsV:
THEMOS® PROMO heiß 22.8% 28.4%
kalt 41.3% 49.1%
n = 30.000 min-1
n = 30.000 min-1 n = 30.000 min-1
Abb. 6.7Vergleich des Motorbetriebsverhaltens im Verdichterkennfeld w¨ahrend eines Ar-beitsspiels f¨ur die adiabate TC-Rechnung unter THEMOSr und PROMO bei n = 2000 min−1/ pme= 2 bar,heiße undkalte Turbolader-Kennfelddaten
den Grund der Korrekturen auf die berechneten Turboladerdrehzahlen. W¨ahrend sich in den zugeh¨origen Referenzrechnungen (vgl.Abb. 4.15) unterschiedliche Dreh-zahlen aufgrund verschiedener Extrapolationsalgorithmen ergaben, entstehen im vorliegenden Fall deckungsgleiche Verl¨aufe, die durch identische Berechnungsver-fahren generiert wurden.
n = 2000 min−1 / Volllast
Den analogen Vergleich zwischen den adiabaten Berechnungen mit THEMOSr und PROMO und den Messergebnissen f¨ur den Volllastbetriebspunkt bei n = 2000 min−1 zeigt Abb. 6.8. Unter Nutzung kalter Messdaten zum Turbolader konnten in jeg-licher Hinsicht gute Ergebnisse dargestellt werden. Die deutlichen Verbesserungen hinsichtlich des Abgasgegendrucks p3 im Vergleich zu den Berechnungen mitheißen Messwerten sind auch hier f¨ur beide Programme aufgrund der verbesserten Dar-stellung der isentropen VerdichterwirkungsgradeηsV (vgl.Abb. 5.6undAbb. 6.9) erreicht worden. Der mittlere Wirkungsgradwert steigt im vorliegenden Fall um na-hezu zehn Prozentpunkte.
Bei der Verifikation der adiabaten TC-Software als stand-alone-Programm muss-te bereits festgesmuss-tellt werden, dass die Nachrechnung der Verdichmuss-terwirkungsgrade auf der Basis heißer Messwerte zu großen Ungenauigkeiten gef¨uhrt hat (vgl.
Ab-6.2 VERIFIKATION DES ADIABATEN ANSATZES DER TC-SOFTWARE 105
Abweichung der Rechnung vom Messwert in %
-12 -9 -6 -3 0 3 6 9 12 15
pmi = 17.85 bar mL = 231.8 kg/h p1 = 0.96 bar T1 = 298 K p2 = 2.06 bar T2 = 405 K p3 = 2.05 bar T3 = 907 K p4 = 1.05 bar T4 = 790 K nATL = 154246 min-1
pZmax = 139.7 bar n = 2000 min-1 Volllast pL = 2.05 bar QB = 134 kW
adiabate Berechnung kalte ATL-Kennfelddaten
THEMOS® PROMO Referenzrechnung TC-Rechnung Messwert
Abb. 6.8Rechnungs-/Messungsvergleich der integralen Motorbetriebswerte f¨ur die adiaba-te Referenz- bzw. TC-Rechnung bei n = 2000 min−1/ Volllast,kalte Turbolader-Kennfelddaten
schn. 5.2). Die entsprechende kalte stand-alone-Berechnung konnte die Messwerte passender wiedergeben, so dass die kalte Motorrechnung auch zu einem besseren Ergebnis f¨uhren muss.
n = 4000 min−1 / pme = 2 bar und Volllast
Die verbliebenen beiden Rechnungs-/Messungsvergleiche bei n = 4000 min−1 zeigen Abb. 6.10 f¨ur den Teillastbetriebspunkt und Abb. 6.12 f¨ur den Nennleistungs-punkt des Motors. Die Ergebnisse der adiabaten TC-Rechnungen entsprechen f¨ur beide Betriebspunkte grunds¨atzlich denen der zugeh¨origen Referenzrechnungen, so dass insgesamt eine gute Simulationsqualit¨at entsteht. Die zu den vorangegangenen Betriebspunkten dargestellten Unterschiede zwischenheißer undkalter Messdaten-basis gelten hier entsprechend.
W¨ahrend beim Teillastpunkt der Druck vor Turbine nach unten korrigiert werden konnte und damit auch die Motorlast angepasst wurde (vgl. Abb. 6.11), ergeben sich am Volllastpunkt f¨ur die THEMOSr-Rechnung leichte Verschiebungen bei der Temperatur nach Verdichter T2, dem Druck vor Turbine p3 und der Turboladerdreh-zahl nAT L. Diese Volllastunterschiede sind darauf zur¨uckzuf¨uhren, dass der Verdich-terwirkungsgradηsV sowohl imheißen, insbesondere aber auch imkaltenReferenzfall h¨ohere Werte annahm, als dies f¨ur die entsprechenden adiabaten TC-Rechnungen geschah (vgl.Abb. 6.13).
106 6.2 VERIFIKATION DES ADIABATEN ANSATZES DER TC-SOFTWARE
Totaldruckverhältnis p2t/p1t
1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 2.6
Normierter Massenstrom in kg/s
0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.12 0.14
Isentroper VerdichterwirkungsgradηsV
0.50 0.55 0.60 0.65 0.70 0.75
Stützstellen:
n = 130.000 min-1 n = 140.000 min-1 n = 160.000 min-1 n = 175.000 min-1 TC-Software (n = 160.000 min-1):
kalt heiß Kaltvermessung T3 = 293 K
Heißvermessung T3 = 873 K Mittelwerte für ηsV:
THEMOS® PROMO heiß 57.9% 57.9%
kalt 67.4% 67.7%
Motorbetriebswerte über ein ASP heiße ATL-Kennfelddaten:
THEMOS® PROMO kalte ATL-Kennfelddaten:
THEMOS® PROMO
n = 160.000 min-1
Abb. 6.9Vergleich des Motorbetriebsverhaltens im Verdichterkennfeld w¨ahrend eines Ar-beitsspiels f¨ur die adiabate TC-Rechnung unter THEMOSr und PROMO bei n = 2000 min−1/ Volllast,heiße undkalte Turbolader-Kennfelddaten
Abweichung der Rechnung vom Messwert in %
-12 -9 -6 -3 0 3 6 9 12
n = 4000 min-1 pme = 2 bar pL = 1.43 bar QB = 64.5 kW
adiabate Berechnung kalte ATL-Kennfelddaten
THEMOS® PROMO Referenzrechnung TC-Rechnung Messwert
pmi = 3.58 bar mL = 342.2 kg/h p1 = 0.93 bar T1 = 294 K p2 = 1.47 bar T2 = 356 K p3 = 1.90 bar T3 = 594 K p4 = 1.06 bar T4 = 530 K nATL = 137686 min-1
pZmax = 75.8 bar
Abb. 6.10Rechnungs-/Messungsvergleich der integralen Motorbetriebswerte f¨ur die adia-bate Referenz- bzw. TC-Rechnung bei n = 4000 min−1/ pme = 2 bar, kalte Turbolader-Kennfelddaten
6.2 VERIFIKATION DES ADIABATEN ANSATZES DER TC-SOFTWARE 107
Totaldruckverhältnis p2t/p1t 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2
Normierter Massenstrom in kg/s
0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.12 0.14
n = 140.000 min-1
Isentroper VerdichterwirkungsgradηsV 0.50 0.55 0.60 0.65 0.70 0.75
Stützstellen:
n = 120.000 min-1 n = 130.000 min-1 n = 140.000 min-1 n = 160.000 min-1 TC-Software (n = 140.000 min-1):
heiß kalt Kaltvermessung T3 = 293 K
Heißvermessung T3 = 873 K Mittelwerte für ηsV:
THEMOS® PROMO heiß 62.2% 62.6%
kalt 70.4% 71.6%
Motorbetriebswerte über ein ASP heiße ATL-Kennfelddaten:
THEMOS® PROMO kalte ATL-Kennfelddaten:
THEMOS® PROMO
n = 140.000 min-1
n = 140.000 min-1
Abb. 6.11Vergleich des Motorbetriebsverhaltens im Verdichterkennfeld w¨ahrend eines Ar-beitsspiels f¨ur die adiabate TC-Rechnung unter THEMOSr und PROMO bei n = 4000 min−1/ pme = 2 bar,heiße undkalte Turbolader-Kennfelddaten
Abweichung der Rechnung vom Messwert in %
-12 -9 -6 -3 0 3 6 9 12
n = 4000 min-1 Volllast pL = 1.98 bar QB = 242 kW
pmi = 15.1 bar mL = 426.8 kg/h p1 = 0.89 bar T1 = 297 K p2 = 2.04 bar T2 = 404 K p3 = 2.52 bar T3 = 1020 K p4 = 1.17 bar T4 = 894 K nATL = 176647 min-1
pZmax = 153.9 bar adiabate Berechnung
kalte ATL-Kennfelddaten THEMOS® PROMO
Referenzrechnung TC-Rechnung Messwert
Abb. 6.12Rechnungs-/Messungsvergleich der integralen Motorbetriebswerte f¨ur die adia-bate Referenz- bzw. TC-Rechnung bei n = 4000 min−1/ Volllast, kalte Turbolader-Kennfelddaten