Model-Based Emission Control of a Compression Ignition Engine

• Modellbasierte Emissionsregelung eines Dieselmotors

Zweigel, René; Abel, Dirk (Thesis advisor); Pitsch, Heinz (Thesis advisor)

Aachen (2017, 2018)
Doktorarbeit

Dissertation, RWTH Aachen University, 2017

Kurzfassung

Gegenstand der vorliegenden Arbeit ist die Erforschung und Weiterentwicklung der innermotorischen Verbrennung in Hinblick auf geringen Schadstoffausstoß bei gleichzeitig hohem Verbrennungswirkungsgrad. Insbesondere die Niedertemperaturverbrennung (LTC) stellt bei Dieselmotoren im Automobilbereich ein vielversprechendes, alternatives Brennverfahren dar, dessen Stärken im unteren und mittleren Lastbereich liegen und daher vor allem in urbanen Gebieten eine große Rolle spielt. LTC zeichnet sich durch frühe Einspritzzeitpunkte und durch höhere Mengen an zurückgeführtem Abgas aus, wodurch eine geringere Schadstoffbildung bei gleichzeitig hohem Wirkungsgrad erreicht werden kann. Da beim LTC-Verfahren Einspritzung und Verbrennungsbeginn zeitlich getrennt sind, entfällt der direkte und unmittelbare Einfluss auf den Zündzeitpunkt. Zusätzlich tendiert LTC zu einer unvollständigen Verbrennung bis hin zu Verbrennungsaussetzern. Daher ist eine adäquate Verbrennungsreglung unabdingbar. Die vorliegende Dissertation befasst sich mit der Entwicklung fortgeschrittener Regelungsansätze für die Dieselverbrennung. Der Fokus liegt hierbei auf LTC und Emissionsreduktion. Herausforderungen bestehen bei der Ermittlung relevanter Zusammenhänge zwischen Einflussgrößen/Aktuatoren und Motorgrößen/ Regelgrößen, die möglichst genau modelliert werden müssen. Diese Modelle bilden wiederum die Basis für modellbasierte Regelungsansätze, um das komplexe, interagierende und nichtlineare Verbrennungsverhalten vorhersagen und gezielt beeinflussen zu können. Regelungsziel ist hierbei die Reduktion von Stickoxiden (NOx) mittels eines neuartigen, direkten Ansatzes bei gleichzeitiger Verringerung unverbrannter Kohlenwasserstoffe (THC). Die Entwicklungen in dieser Arbeit werden durch Experimente an einem Vierzylindermotor auf einem Prüfstand evaluiert. Zusätzlich zu der zyklusbasierten Herangehensweise wird ein Ansatz präsentiert, der die Verbrennung innerzyklisch beeinflusst und damit die Schadstoffbildung direkt während des Verbrennungsprozesses reduzieren kann. Dazu wird die flexible Formung von Einspritzraten in Kombination mit einem modellbasierten, iterativ lernenden Regelungsansatz vorgestellt. Das Potential dieser Methode wird in umfangreichen Simulationen aufgezeigt.