Zylinderindividuelle Regelung des Gaszustands bei Pkw-Dieselmotoren

Knippschild, Clemens Ludwig

Ein vielversprechender Ansatz für die Optimierung des Dieselmotors ist der Einsatz alternativer Brennverfahren. Zur Darstellung dieser Brennverfahren ist neben dem Einsatz neuartiger Aktorik und Sensorik eine konsequente Weiterentwicklung der Motorsteuerungsfunktionen erforderlich. Der Schwerpunkt der vorliegenden Dissertation ist die Entwicklung eines ganzheitlichen Konzepts zur zylinderindividuellen Regelung des Gaszustands im Brennraum unter Einbindung aller Gassystemsteller. Dieses Konzept wird mit einer einspritzparameterbasierten Verbrennungsregelung kombiniert und in ein zylinderdruckbasiertes Motormanagement integriert. Des Weiteren werden die wichtigsten Funktionalitäten eines nockenwellenlosen vollvariablen Ventiltriebs (VVT) zur dynamischen Gaszustandsbeeinflussung verwendet. Innerhalb der kaskadierten Regelungsstruktur werden in den Teilregelkreisen für das Gassystem modellbasierte Führungsgrößenvorsteuerungen und lineare PI-Regler zur Verbesserung des Folgeverhaltens eingesetzt. Über einen Zylinderkoordinator werden die Sollwerte für die Hauptführungsgrößen Gasmasse und Sauerstoffgehalt im Brennraum zentral vorgegeben. Das Regelungssystem greift auf Informationen eines ebenfalls zylinderindividuellen Gaszustandsmodells zurück, welches auf Basis des Zylinderdrucks sowie externer Modell- und Sensorsignale die erforderlichen Größen berechnet. Die serientauglichen Regelungs- und Modellansätze werden in einem Rapid-Prototyping-System umgesetzt und am Vollmotorprüfstand erprobt. Abschließend werden die Eignung der entwickelten Gassystemregelung zur Darstellung verschiedener Dieselbrennverfahren im stationären und transienten Betrieb sowie die Potenziale im Hinblick auf die Rohemissionssenkung untersucht. Dabei zeigt sich, dass durch das neue Konzept der konventionelle und teilhomogene Dieselbetrieb bei gleichzeitiger Reduktion von Stickoxid- und Rußemissionen im dynamischen Zyklus sicher betrieben werden kann.

An auspicious approach for the optimization of the Diesel engine is the application of alternative combustion techniques. In order to realize new combustion systems, besides novel actuators and sensors, a consequent development of engine control strategies is necessary. The scope of this doctoral thesis is the development of an integrated concept for cylinder individual control of the gas condition inside the combustion chamber using internal and external gas system actuators. The concept is combined with an injection parameter based combustion control system and a part of a cylinder pressure based engine control management. Furthermore, the main functionalities of a camless Variable Valve Actuation system (VVA) are used for dynamical gas condition manipulation. Within the cascaded gas system control structure nonlinear model based feedforward and linear PI feedback controllers are applied. All setpoint values for the main control variables, gas mass and oxygen level inside the cylinders, are calculated centralized by the cylinder coordinator. In addition to the control system, a likewise cylinder individual mean value gas condition model is introduced to provide relevant control data. The model calculations are based on cylinder pressure signals as well as on external model and sensor signals. The new serial production capable control strategy has been implemented within a Rapid-Prototyping-System and investigated on an engine test bench. Finally, the capability of the developed gas control system to stably applicate alternative combustion techniques during stationary and transient driving cycle, as well as the possibility to reduce exhaust emissions are evaluated.

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Knippschild, Clemens: Zylinderindividuelle Regelung des Gaszustands bei Pkw-Dieselmotoren. 2011.

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