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2017 | Buch

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Zylinderdruckbasierte Regelkonzepte für Sonderbrennverfahren bei Pkw-Dieselmotoren

verfasst von: Nikolaus Held

Verlag: Springer Fachmedien Wiesbaden

Buchreihe : Wissenschaftliche Reihe Fahrzeugtechnik Universität Stuttgart

Enthalten in: Springer Professional "Wirtschaft+Technik" , Springer Professional "Technik"

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Über dieses Buch

Nikolaus Held stellt in dieser Studie ausgewählte Sonderbrennverfahren und deren Einspritzstrategien für heutige Pkw-Dieselmotoren vor. Stellvertretend entwirft der Autor bei der Partikelfilterregeneration zunächst eine Regelung der Verbrennungslage und -form. Hierdurch kann die Verbrennungsstabilität signifikant gesteigert werden, was Versuche unterstreichen. Im Anschluss untersucht Held eine modellbasierte Verbrennungsregelung. Auf Basis des Zylinderdrucks modelliert er mithilfe eines halbempirischen Ansatzes die Temperatur vor der Turbine und quantifiziert den Einfluss der angelagerten Nacheinspritzung auf den Mitteldruck und die Abgastemperatur. Neben der schnellen Reaktionsfähigkeit des Regelkonzeptes stellt auch der Ansatz zur Charakterisierung der Nachverbrennung einen Mehrwert zum derzeit bekannten Stand der Technik dar.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter
Chapter 1. Einleitung
Zusammenfassung
Die stetige Verschärfung der weltweiten Emissionsgesetzgebung macht auch weiterhin eine ganzheitliche Systemoptimierung des Verbrennungsmotors und seiner Abgasnachbehandlungskomponenten erforderlich. Um neben der Einhaltung zukünftiger Emissionsgrenzwerte zusätzlich eine Verringerung des Verbrauches erzielen zu können, gewinnt ein optimales Zusammenspiel aus Brennverfahren und Abgasnachbehandlungssystemen mehr und mehr an Bedeutung.
Nikolaus Held
Chapter 2. Stand der Technik
Zusammenfassung
Wie einleitend beschrieben, zeigen die Entwicklungen der letzten Jahre auf dem Gebiet der Zylinderdrucksensorik, dass ein Serieneinsatz möglich ist. So finden bereits heute unterschiedliche Zylinderdruck basierte Regelkonzepte Anwendung in der elektronischen Motorsteuerung von Serienmotoren, wenngleich dies immer noch eine Seltenheit darstellt. Wie in [27] und [28] vorgestellt, bietet beispielsweise Volkswagen seit Mitte 2008 in den USA einen 2,0-l-Dieselmotor mit zylinderindividueller Druckerfassung zur Regelung des indizierten Momentes und der Verbrennungsschwerpunktlage an, um auch bei unterschiedlichen Kraftstoffqualitäten Bin5-Emissionsgrenzwerte einzuhalten.
Nikolaus Held
Chapter 3. Modellierung des Motorprozesses
Zusammenfassung
Als Indizierung wird die kurbelwinkelaufgelöste Erfassung und Darstellung unterschiedlicher Messgrößen wie die des Zylinder-, Saugrohr- und Abgaskrümmerdruckverlaufes, als auch des Spannungs- und Stromverlaufes des Einspritzsystems bezeichnet [18]. Sie ist eines der wichtigsten Werkzeuge in der Brennverfahrensentwicklung und Grundlage für die Analyse und Berechnung innermotorischer Vorgänge.
Nikolaus Held
Chapter 4. Analyse verschiedener Sonderbrennverfahren
Zusammenfassung
Wie einleitend beschrieben, werden heutige Dieselmotoren zur Einhaltung der gesetzlichen Abgasgrenzwerte mit kombinierten Abgasnachbehandlungssystemen ausgestattet. Um stets eine verbrauchs- und emissionsoptimale Funktion des Gesamtsystems Motor und Abgasanlage zu gewährleisten, wird der Motor je nach eigenem Zustand und dem der verbauten Abgasnachbehandlungssysteme mit unterschiedlichen Brennverfahren betrieben. Diese Verbrennungsmodi unterscheiden sich im Wesentlichen in deren Einspritzstrategie und Luftpfadapplikation.
Nikolaus Held
Chapter 5. Versuchsaufbau
Zusammenfassung
Als Versuchsträger für sämtliche Untersuchungen dieser Arbeit dient ein 4-Zylinder Pkw-Dieselmotor der Daimler AG. Wie in Abbildung 5.1 schematisch dargestellt, ist dieser Motor mit der internen Bezeichnung OM651eco mit einem Common-Rail Einspritzsystem mit Magnetventil-Injektoren, einer Einlasskanalabschaltung EKAS, einem Abgasturbolader mit variablen Leitschaufeln im Turbineneinlass und einer Hoch- und Niederdruckabgasrückführung ausgestattet. Die Erläuterungen zu dem Komponentenblockbild sind Tabelle 5.1 zu entnehmen.
Nikolaus Held
Chapter 6. Regelung der Verbrennungslage und -form bei Sonderbrennverfahren
Zusammenfassung
Wie in Abschnitt 4.1 ausgeführt, liegt neben der Bereitstellung des Fahrerwunschmomentes der Fokus bei den vorgestellten Sonderbrennverfahren vor allem darauf, im Niedrig- und Teillastbereich des Motors höhere Abgastemperaturen als im Normalverbrennungsmodus bereit zu stellen. Erreicht wird dies durch eine Verlagerung der Verbrennung in Richtung später Kurbelwinkellagen und ein zusätzliches Einbringen „angelagerter“, an der Verbrennung teilnehmender Nacheinspritzungen.
Nikolaus Held
Chapter 7. Modellbasierte Verbrennungsregelung bei Sonderbrennverfahren
Zusammenfassung
Die in Abschnitt 4.1 diskutierten Sonderbrennverfahren zeichnen sich vor allem durch deutlich höhere Abgastemperaturen als im Normalbrennverfahren aus. Nach heutigem Stand der Technik werden diese mittels Rückkopplung durch Temperatursensoren auf in Kennfeldern hinterlegte Sollwerte eingeregelt. Den extremen Bedingungen im Abgasanlagensystem eines Dieselmotors geschuldet, müssen die Sensoren robust genug ausgelegt werden, um Ausfälle zu vermeiden und einen zuverlässigen Betrieb über den Lebenszyklus eines Fahrzeuges zu gewährleisten.
Nikolaus Held
Chapter 8. Schlussfolgerung und Ausblick
Zusammenfassung
Mit Hilfe der in dieser Arbeit vorgestellten Ansätze lassen sich auf Basis des Zylinderdruckes die Verbrennungsprozesse der dieselmotorischen Sonderbrennverfahren regeln. Verglichen mit ihren aktuell gesteuerten Einspritzstrategien stellt das verbrennungsgeregelte Motormanagement sein Potential für eine weitere Optimierung der Verbrennung unter Beweis, welches in Zukunft einen wichtigen Beitrag hinsichtlich niedrigerer Emissionen und Kundenverbräuche leisten kann.
Nikolaus Held
Backmatter
Metadaten
Titel
Zylinderdruckbasierte Regelkonzepte für Sonderbrennverfahren bei Pkw-Dieselmotoren
verfasst von
Nikolaus Held
Copyright-Jahr
2017
Electronic ISBN
978-3-658-17586-3
Print ISBN
978-3-658-17585-6
DOI
https://doi.org/10.1007/978-3-658-17586-3

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