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Möglichkeiten zur Verbesserung der Klopfregelung in zylinderdruckgeführten
Motorsteuerungen
Dr.-Ing. Ulf Lezius Universität Rostock Betreuer: Prof. Dr. rer. nat. Dr.-Ing. Dr. h.c. Bernhard Lampe Zusammenfassung der Dissertation Steigende Kraftstoffpreise und die öffentliche Diskussion um den Kohlendioxidausstoß von Kraftfahrzeugen setzen die Automobilindustrie dem Druck aus, immer effizientere Motoren zu entwickeln. Die Tendenzen in der Weiterentwicklung moderner Ottomotoren (höhere Verdichtung, Aufladung) lassen vermuten, dass zukünftige Motoren dem Phänomen der klopfenden Verbrennung noch stärker ausgesetzt sein werden als heutige. Das Ziel der hier vorgestellten Arbeit war es, eine neuartige Klopfregelung zu entwickeln, die den Zündzeitpunkt eines Ottomotors möglichst dicht an der Klopfgrenze betreibt. Dadurch soll vergleichsweise mehr Drehmoment bei gleichem Kraftstoffeinsatz erzeugt werden, ohne dass dabei die Klopfhäufigkeit gesteigert wird. So kann im praxisrelevanten Volllastbereich des Ottomotors eine Wirkungsgradsteigerung erreicht werden. Aufbauend auf einer Analyse bekannter Verfahren zur Klopfregelung wurde ein neuartiges Konzept für einen Klopfregler entwickelt. Dabei werden Zylinderdruckinformationen genutzt, um den aktuellen Abstand zur Klopfgrenze zu ermitteln. Dies ermöglicht die Einregelung eines Arbeitspunktes sehr dicht an der Klopfgrenze. Zwei verschiedene Ansätze zur Bestimmung des Abstandes zur Klopfgrenze wurden auf ihre Anwendbarkeit hin untersucht. Die erste Möglichkeit besteht darin, den Zylinderdruck mit Hilfe reaktionskinetischer Methoden zu analysieren. Als Alternative dazu wurden einfache Merkmale des Zylinderdrucksignals betrachtet. Auf der Basis des gemessenen Zylinderdruckverlaufs wurden abstandsbasierte Klopfregelungen entwickelt. Die erreichten Drehmoment- und Wirkungsgradsteigerungen wurden sowohl an Hand von Simulationen als auch mit Hilfe von Tests an einem Motorprüfstand nachgewiesen. Heutige Serienmotoren werden nicht mit Zylinderdrucksensoren ausgerüstet. Es ist also notwendig, andere Signalquellen für die Klopfregelung zu nutzen. In der vorliegenden Arbeit werden neuronale Netze benutzt, um das Zylinderdruckmaximum aus dem gemessenen Verlauf der Motordrehzahl zu ermitteln. Die Untersuchungsergebnisse zeigen, dass sich so in einem großen Betriebsbereich des Motors Zylinderdruckinformationen rekonstruieren lassen. Dieses Ergebnis ist für die Realisierbarkeit von abstandsbasierten Klopfregelungen in Serienfahrzeugen besonders wichtig. Während der Bearbeitung der Themenstellung wurden verschiedene Hard- und Softwareumgebungen zur Durchführung der Experimente benötigt. Spezielle Anforderungen machten Eigenentwicklungen nötig. So wurde ein System zur flexiblen und automatisierten Messdatenerfassung entwickelt. Für die Durchführung der Reglertests wurde ein universelles Bypass-System mit der Fähigkeit zur Echtzeit- Auswertung gemessener Zylinderdruckverläufe realisiert. Verschiedene Verfahren zur digitalen Signalverarbeitung sowie zur thermodynamischen Analyse der Zylinderdruckverläufe wurden implementiert. < zurück |
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