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Entwicklung einer Funktionsstruktur für die zylinderdruckbasierte Regelung der teilhomogenen Dieselverbrennung
(2013) Seewaldt, Sebastian; Bargende, Michael (Prof. Dr.-Ing.)
Inhalt dieser Arbeit ist die Vorstellung einer Funktionsstruktur zur zylinderdruckgeführten Regelung der teilhomogenen Dieselverbrennung einschließlich der Umschaltung in den Motorbetrieb mit diffusiver Verbrennung. Auf der Basis der wirkenden Mechanismen der teilhomogenen Verbrennung wird ein Zielbereich der Verbrennung definiert, der die Anforderungen bezüglich Geräusch, Verbrauch und Emissionen erfüllt. Dazu dient einerseits eine Druckgradientenregelung, die neben der Sicherstellung des Motorschutzes auch zur Festlegung der Lage im Zielkonflikt der Emissionen verwendet wird. Andererseits wird die für den gewählten Sollwert des maximalen Druckgradienten größtmögliche Abgasrückführrate (AGR-Rate) zurückgeführt. Damit ergibt sich ein Brennbeginn im Bereich des oberen Totpunktes. Bei höherer Last muss wegen Luftmangels die AGR-Rate reduziert werden. Der Brennbeginn verschiebt sich zunehmend in die Expansionsphase. Um die Verbrennung auch im transienten Motorbetrieb und unter den dort auftretenden Verzögerungen der Luftstrecke zielgrößenoptimal sicherzustellen, wird im Falle zu hoher Konzentration von Sauerstoff (O2-Konzentration) im Saugrohr der maximale Druckanstieg begrenzt und der Brennbeginn verschoben. Im Falle zu geringer O2-Konzentration wird der Brennbeginn am oberen Totpunkt gehalten und ein geringerer Druckanstieg toleriert. Zur Umsetzung dieser Strategie dienen drei weitestgehend entkoppelte Regelkreise. Die Last wird über die Ansteuerdauer der Injektoren zylinderindividuell eingeregelt. Der indizierte Mitteldruck dient dabei als Führungsgröße. Der Motorschutz wird über einen Regler mit dem maximalen Druckanstieg im Zylinder als Führungsgröße sichergestellt, dabei dient die Lage des Einspritzbeginns als Stellgröße. Die Qualitätsregelung nutzt das AGR-Ventil als Steller. Die O2-Konzentration im Saugrohr wird mit einer dort zusätzlich verbauten Lambdasonde erfasst und dient als Führungsgröße. Zum Betrieb des Motors mit höheren Lasten wird eine Betriebsartumschaltung hin zu diffusiver Verbrennung durchgeführt. Mit Hilfe der Verbrennungsregelung und der Betriebsartumschaltung wird ein vollständiger europäischer Fahrzyklus (NEFZ) auf dem Motorenprüfstand nachgefahren.