Zylinderindividuelle Regelung des Gaszustands bei Pkw-Dieselmotoren

Ein vielversprechender Ansatz für die Optimierung des Dieselmotors ist der Einsatz alternativer Brennverfahren. Zur Darstellung dieser Brennverfahren ist neben dem Einsatz neuartiger Aktorik und Sensorik eine konsequente Weiterentwicklung der Motorsteuerungsfunktionen erforderlich. Der Schwerpunkt der vorliegenden Dissertation ist die Entwicklung eines ganzheitlichen Konzepts zur zylinderindividuellen Regelung des Gaszustands im Brennraum unter Einbindung aller Gassystemsteller. Dieses Konzept wird mit einer einspritzparameterbasierten Verbrennungsregelung kombiniert und in ein zylinderdruckbasiertes Motormanagement integriert. Des Weiteren werden die wichtigsten Funktionalitäten eines nockenwellenlosen vollvariablen Ventiltriebs (VVT) zur dynamischen Gaszustandsbeeinflussung verwendet. Innerhalb der kaskadierten Regelungsstruktur werden in den Teilregelkreisen für das Gassystem modellbasierte Führungsgrößenvorsteuerungen und lineare PI-Regler zur Verbesserung des Folgeverhaltens eingesetzt. Über einen Zylinderkoordinator werden die Sollwerte für die Hauptführungsgrößen Gasmasse und Sauerstoffgehalt im Brennraum zentral vorgegeben. Das Regelungssystem greift auf Informationen eines ebenfalls zylinderindividuellen Gaszustandsmodells zurück, welches auf Basis des Zylinderdrucks sowie externer Modell- und Sensorsignale die erforderlichen Größen berechnet. Die serientauglichen Regelungs- und Modellansätze werden in einem Rapid-Prototyping-System umgesetzt und am Vollmotorprüfstand erprobt. Abschließend werden die Eignung der entwickelten Gassystemregelung zur Darstellung verschiedener Dieselbrennverfahren im stationären und transienten Betrieb sowie die Potenziale im Hinblick auf die Rohemissionssenkung untersucht. Dabei zeigt sich, dass durch das neue Konzept der konventionelle und teilhomogene Dieselbetrieb bei gleichzeitiger Reduktion von Stickoxid- und Rußemissionen im dynamischen Zyklus sicher betrieben werden kann.