Das Kühlsystem eines Nutzfahrzeugs kann vom heutigen Stand der Technik ausgehend weiter optimiert werden und somit noch einen vergleichsweise hohen Anteil zu einer zusätzlichen Verbrauchsabsenkung beitragen. Optimierte Kühlsysteme wurden in jüngerer Vergangenheit bereits bei der Entwicklung von PKW umgesetzt. Durch einen bedarfsoptimierten Betrieb von Kühlmittelpumpe und Kühlerlüfter lässt sich die Antriebsleistung der Nebenaggregate reduzieren. Eine variable Regelung der Kühlmittel- und Öltemperatur kann zudem jederzeit die optimalen thermodynamischen Randbedingungen für einen verbrauchs- und schadstoffarmen Motorbetrieb herstellen. Der Begriff Wärmemanagement (bzw. Thermomanagement) beschreibt die Maßnahmen, welche hierzu beitragen können. Die vorliegende Arbeit zeichnet sich durch einen hohen Praxisbezug aus. Die Untersuchungen umfassen alle relevanten Aktuatoren und Sensoren, welche für die Umsetzung in eine Serienanwendung praktikabel erscheinen. Hierzu zählen speziell die Komponenten Kühlmittelpumpe, Kühlmittelthermostat, Ölthermostat und Kühlerlüfter sowie die Kühlmitteltemperatursensoren. Daneben wird ausführlich auf das Verhalten eines Nutzfahrzeugmotors beim Betrieb mit veränderten thermischen Randbedingungen eingegangen. Hierzu werden die Ergebnisse umfangreicher Messreihen am Motorenprüfstand analysiert. Sowohl die Wärmebilanz als auch die Bauteiltemperaturen und der Kraftstoffverbrauch zeigen in bestimmten Bereichen des Motorkennfelds starke Abhängigkeiten von den Randbedingungen, welche idealerweise genutzt werden sollten. Simulationswerkzeuge sind heute wichtige Hilfsmittel bei der Erfassung und Beurteilung von komplexen Gesamtsystemen. Die messtechnischen Untersuchungen werden deshalb durch den Aufbau eines Simulationsmodells begleitet. Mit dessen Hilfe können die verschiedenen Wärmemanagement-Maßnahmen und Systeme miteinander verglichen sowie in ihrem Verbrauchspotenzial quantifiziert werden. Der hohe Detaillierungsgrad des Modells erlaubt zudem weitergehende Untersuchungen mit zusätzlichem Optimierungspotenzial.
The truck cooling circuit, for example, is a system that still can be optimized. Most of the relevant functional parts of this system have changed only minorly over the past decades. There is, therefore, a large potential for reducing fuel consumption with new components and systems. This is an important goal in the field called thermal management. Latest passenger car development shows the benefit of new active cooling systems. Optimized coolant pumps and fans with an operation mode that depends on the requested cooling power can significantly decrease the required ancillary unit power. Active control systems for coolant and oil temperature generate optimized boundary conditions for efficient engine Operation with low emissions. While there are already various publications that deal with this topic by methodology development, there has still been no significant effect on series production. The main goal of this thesis, and the difference to previous investigations, was therefore to consider only such components and systems that can fulfill the requirements of daily use on the road. These constraints are quite different from laboratory conditions. Optimized coolant pumps, coolant and oil thermostats, as well as temperature sensors are the principal objects of investigation. Besides the use of optimized coolant circuit components to reduce fuel consumption, there is also a savings potential to be gained by operating the engine at its best coolant and oil temperature. Various test bench results show the effects on heat balance, friction power, component temperatures (i.e. cylinder liner and cylinder head) and fuel consumption. The development of a simulation model is the second main goal of this thesis. Simulation tools are important resources for investigating the function of complex systems. The range of application includes comparisons between different thermal management measures to detect different fuel consumption. Investigations that have the ability to include functional parts not yet existing in hardware can generate additional improvements.
Wärmemanagement bei Nutzfahrzeugmotoren
2010
169 Seiten, Bilder, Tabellen, 86 Quellen
Theses
German
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