Förderprojekt FOR2401
Forschungsgruppe 2401: Optimierungsbasierte Multiskalenregelung motorischer Niedertemperatur-Brennverfahren
Steckbrief
Eckdaten
- Laufzeit:
- 01.08.2021 bis 31.07.2024
- Akronym:
- FOR2401
- Gruppe:
- Antriebssysteme
- Fördergeber:
- DFG
Motivation
Der wachsende Mobilitätsbedarf, die Knappheit fossiler Ressourcen sowie das steigende Umweltinteresse der Bevölkerung spannen ein gesellschaftlich stark diskutiertes Spannungsfeld auf, in dem die Forschungsgruppe agiert. Die Niedertemperatur-Verbrennung, kurz NTV stellt ein vielversprechendes Konzept dar, in diesem Spannungsfeld mehr Nachhaltigkeit zu schaffen.
Einer großflächigen technischen Nutzung von NTV-Prozessen stehen bisher vor allem ein instabiles Prozessverhalten, insbesondere im transienten Betrieb, und der nur eingeschränkte Kennfeldbereich der NTV gegenüber. Übergreifendes Ziel ist weiterhin die Stabilisierung der Verbrennungsprozesse zur Sicherstellung eines hohen Wirkungsgrades und niedriger Emissionen sowie die Erweiterung des Kennfeldbereichs in hohe und niedrige Teillast durch Anwendung innovativer Multiskalenregelansätze. Um das Brennverfahren in Fahrzeugmotoren anwenden zu können, müssen sämtliche transiente Vorgänge zuverlässig beherrscht werden.
Projektziele und Methoden
In der ersten Förderperiode ist es der Projektarbeitsgruppe nach der Entwicklung der fundamentalen Methoden bereits gelungen, das hohe Potential des vorgeschlagenen optimierungsbasierten Multiskalenregelungskonzepts in Hinblick auf Wirkungsgradsteigerungen und der Reduktion von Rohemissionen aufzuzeigen.
Die FOR 2401 beabsichtigt daher in der zweiten Förderperiode, an ihrer Strategie für die weiteren Vorhaben festzuhalten. Für die Leistung eines signifikanten Beitrags zur technischen Nutzbarmachung der NTV sind daher die folgenden Hauptziele relevant:
- Aufbau von Grundlagenverständnis der NTV-Prozesse
- Multiskalen-Regelungsmethodik inklusive maßgeschneiderter Algorithmen
- Integration der Luftpfadregelung in die Multiskalenregelung
- Systemidentifikation durch neue Sensorkonzepte
- Maßgeschneiderte Messalgorithmen für den experimentellen Modellabgleich
- Potential der Kopplung von NTV mit regenerativen Kraftstoffen
Innovationen und Perspektiven
Den genannten Herausforderungen steht ein bisher kaum genutztes Optimierungspotential für Verbrennungsmotoren durch die Niedertemperatur-Verbrennung, kurz NTV gegenüber. Mithilfe der NTV können sowohl der Wirkungsgrad gesteigert als auch die Schadstoffemissionen reduziert werden. Gerade das innerstädtische Fahrprofil weist hohe Anteile in der Teillast auf, in denen die NTV besonders effektiv arbeitet, sodass die Schadstoffkonzentrationen in Ballungszentren gesenkt werden kann. Langfristig können regenerative Kraftstoffe auf diese Brennverfahren maßgeschneidert werden und somit erheblich zur CO2-Neutralität beitragen. Speziell auf eine Anwendung zugeschnittene Kraftstoffe haben hierbei den Vorteil, dass sie sich mit auf den Prozess und den Kraftstoff maßgeschneiderten Regelungsansätzen optimal ergänzen können. Gleichzeitig müssen aber bereits heutige Kraftstoffe so effizient wie möglich genutzt werden, um einen signifikanten Beitrag zur Verminderung von Treibhausgasen und Schadstoffen in der Atmosphäre zu leisten. Zur technischen Nutzbarmachung der NTV verfolgt die Forschungsgruppe FOR 2401 daher einen Ansatz, der weitgehend kraftstoffunabhängig ist, um einen breiten Einsatz der erforschten Methoden sicherzustellen. Damit würde die Technologie der NTV unabhängig von der Primärenergiequelle auch langfristig ein relevantes Mobilitätskonzept darstellen.
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