Echtzeitfähiger Algorithmus zur automatisierten dynamischen Vermessung der ottomotorischen Selbstzündung

Aachen (2019, 2020) [Doktorarbeit]

Seite(n): 1 Online-Ressource (XIII, 129 Seiten) : Illustrationen, Diagramme

Kurzfassung

Die homogene Kompressionszündung (engl. Homogeneous Charge Compression Ignition, HCCI) bietet ein großes Potential zur Effizienzsteigerung von Verbrennungsmotoren bei gleichzeitiger Reduzierung der Stickoxidemissionen. Eine breite Anwendung von HCCI scheitert jedoch vor allem an den Herausforderungen einer geringen Verbrennungsstabilität an den Rändern des Betriebsbereichs und einer hohen Empfindlichkeit gegenüber sich ändernden Randbedingungen. Stochastische Ausreißer und unvollständige Verbrennungen führen zu instabilen Sequenzen, die den Wirkungsgrad verringern und die Emissionen erhöhen. Eine Stabilisierung im geschlossenen Regelkreis ist notwendig, um die Herausforderung der Verbrennungsstabilität zu lösen. Zur Stabilisierung verwenden aktuelle Regelungsansätze, wie modellprädiktive Regelung (engl. Model Predictive Control, MPC), physikalische oder datengetriebene Modelle der HCCI-Verbrennung, um eine Zyklus-zu-Zyklus-Regelung des Prozesses zu erreichen. Die für diese modellprädiktiven Regler verwendeten Modelle basieren in der Regel auf Messungen unter stationären Betriebsbedingungen und enthalten daher nur wenige stochastische Ausreißer in Form von Fehlzündungen oder unvollständiger Verbrennung. Zudem können mit diesen Messungen keine schnellen transienten Änderungen abgebildet werden. Insbesondere können die Auswirkungen einzelner Regeleingriffe durch stationäre Messungen nicht analysiert werden. Zusätzlich ist die Vorhersage von unvollständigen Verbrennungen oder gar Fehlzündungen mit diesen Messungen bisher kaum möglich, obwohl sie von besonderem Interesse für die Regelungsentwicklung sind. Um die Modellqualität zu verbessern, ist eine dynamische Messmethode aller Steuergrößen des Motors erforderlich. Gleichzeitig muss der aktuelle Zustand der Verbrennung berücksichtigt werden, da dieser durch die starke zyklische Kopplung der HCCI-Verbrennung durch die negative Ventilüberschneidung großen Einfluss auf den nicht direkt steuerbaren Gemischzustand hat. In dieser Arbeit wird, basierend auf den genannten Anforderungen, eine Vermessungsmethodik vorgestellt, die es ermöglicht, die transienten Betriebsgrenzen für die HCCI-Verbrennung unter Beibehaltung der Stabilitätsbedingungen zu ermitteln und dabei eine breite Datenbasis des Verbrennungsprozesses erzeugt. Die Stellgrößen der Motorsteuerung werden auf zyklischer und innerzyklischer Basis in mehreren Dimensionen dynamisch verstellt. Mit dieser neuen Messmethode werden anschließend exemplarisch verschiedene Modellarchitekturen mithilfe von künstlichen neuronalen Netzen (KNN) trainiert. Abschließend wird eine Machbarkeitsstudie über die Verwendbarkeit der neu gewonnenen Messdaten und Modelle in datengetriebenen Regelalgorithmen für den Verbrennungsprozess durchgeführt und auf einem Einzylinderprüfstand validiert.

Autorinnen und Autoren

Autorinnen und Autoren

Wick, Maximilian Kurt

Gutachterinnen und Gutachter

Andert, Jakob Lukas
Abel, Dirk

Identifikationsnummern

  • REPORT NUMBER: RWTH-2019-12203

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