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2006
Conference Paper
Titel
Diagnose und Regelung des Verbrennungsmotors anhand der hochaufgelösten Kurbelwellenwinkelgeschwindigkeit
Abstract
Die Hubkolbenmaschine stellt auch nach mehr als 100 Jahren die Hauptantriebsquelle im Fahrzeug dar [1]. Die aktuellen Umweltprobleme Ressourcenverknappung und Erderwärmung sowie die Feinstaubbelastung bewegen den Gesetzgeber zu immer schärferen Emissionsgrenzwerten, zu deren Einhaltung die Industrie gezwungen ist. Bereits die ab etwa 2010 gültige Abgasnorm "Euro 5" schreibt bei Dieselfahrzeugen derart niedrige Rohemissionen vor, dass diese nur durch vollkommen neue Brennverfahren eingehalten werden können [2]. Bestehende Anlagen und Motoren müssen regelmäßig, im Idealfall ständig, kontrolliert werden, um Verschlechterungen des Abgasverhaltens entgegenzuwirken. Sowohl im diagnostischen Einsatz als auch im künftigen Motormanagement wird ein Maximum an Informationsgewinn bei minimalem Sensoraufwand angestrebt. Hier bietet die Auswertung der hochaufgelösten Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle großes Potenzial [3]. Die Basisinformation "Winkelgeschwindigkeit" sowie hiervon abgeleitete Größen wie das Wechseldrehmoment lassen sich nutzen zur Beurteilung des Laufverhaltens einzelner Zylinder, z. B. zur Erkennung von Verbrennungsaussetzern oder zur Analyse des Reibverhaltens des Motors im Auslaufversuch. Die Methoden zur Erfassung, Verarbeitung und Auswertung der Winkelgeschwindigkeit sowie ausgewählte Diagnoseergebnisse werden vorgestellt. Mit der weitestgehend gleichen Verarbeitungskette kann auch im "closed loop" der Verbrennungsablauf geregelt werden. Die hierzu notwendigen Merkmale künftiger Brennverfahren, z. B. (teil-)homogene Verbrennung (HCCI), werden mittels konventioneller Sensorik erfasst und durch neue Algorithmen in der Motorsteuerung errechnet. HCCI (homogeneous charge compression ignition) beruht - stark vereinfacht - auf einer Verschmelzung der bekannten dieselmotorischen und ottomotorischen Verbrennung. Die Handhabung des zündfähigen Gemischs erfordert den Übergang von der Motorsteuerung zur Motorregelung. Auch die zentrale Verbrennungskenngröße "mittlerer indizierter Druck" (pmi) wird bisher mittels aufwändiger, nicht langzeitstabiler Drucksensorik ermittelt. Es wird gezeigt, wie sich ein pmi-Äquivalent aus der hochaufgelösten Drehzahl gewinnen lässt, welches die Realisierung einer Laufruheregelung mit geringem Aufwand ermöglicht. Die Ergebnisse der Bestimmung einer der wesentlichen Eingangsgrößen einer HCCI-Regelung werden kurz vorgestellt. Literatur: [1] Maas, H.; Klier, H.: Kräfte, Momente und deren Ausgleich in der Verbrennungskraftmaschine, Springer-Verlag Wien New York, 1981, ISBN 3-211-81677-1 [2] Merker, G.; Schwarz, C.; Stiesch, G.; Otto, F.: Verbrennungsmotoren Simulation der Verbrennung und Schadstoffbildung, B. G. Teubner Verlag, 2004, ISBN 3-519-16382-9 [3] Fehrenbach, H.: Berechnung des Brennraumdruckverlaufes aus der Kurbelwellen-Winkelgeschwindigkeit von Verbrennungsmotoren, Fortschritt-Berichte VDI Reihe 6 Nr. 255, VDI-Verlag, 1991, ISBN 3-18-145506-7
Konferenz