Emissionsoptimierter Dieselmotor

Moderne Dieselmotoren verfügen über viele Stellgrößen, die die Emissionscharakteristik des Fahrzeugs beeinflussen. Die Kalibrierung des Steuergeräts, das diese Stellgrößen verarbeitet, ist daher für die Einhaltung von Emissionsgrenzwerten essenziell. Herkömmliche Kalibrierverfahren sind zeitaufwendig, nichtsystematisch und führen teilweise zu suboptimalen Ergebnissen. Im Rahmen des Projekts wurde eine universelle Kalibrierung des Steuergeräts entwickelt, die einen jederzeitigen Wechsel der Emissionsstrategie auch während des Motorbetriebs ermöglicht. Die Grundlage dafür sind parametrierte Kennfelder, die alle möglichen Emissionsstrategien abbilden. Zudem wurden modellbasierte virtuelle Emissionssensoren abgeleitet, die diese Kennfelder modellbasiert herleiten können oder auch die Emissionsregelung unterstützen und Informationen schneller und günstiger als reale Sensoren zur Verfügung stellen. Mit dieser wissenschaftlich abgesicherten, anwendungsfreundlichen Methodik lassen sich Steuergeräte optimal im Hinblick auf die Reinheit der dieselmotorischen Abgase einstellen.

Motivation

Moderne Dieselmotoren unterliegen hohen Emissionsanforderungen. Das Steuergerät verarbeitet eine Vielzahl von Stellgrößen, die einen maßgeblichen Einfluss auf die Rohemissionen des Motors haben. Herkömmliche Verfahren zum Kalibrieren von Steuergeräten basieren auf nichtsystematischen, intuitiven Methoden, sind unverhältnismäßig zeitaufwendig und führen nicht notwendigerweise zu optimalen Resultaten. Das Ziel des Projekts war es, eine fundierte Herangehensweise zur Kalibrierung zu entwickeln, die das gesamte Optimierungspotenzial des Motors ausschöpft.

Methodik

Im regelungstechnischen Teil stand die Entwicklung einer feedbackbasierten Emissionsregelung im Fokus. Dazu wurden alle möglichen Emissionsstrategien errechnet und in parametrierten Kennfeldern abgelegt. Tests an einem Motorprüfstand dienten zur Überprüfung der integrierten und adaptierten Emissionsregelung. Im verbrennungstechnischen Teil drehte sich alles um virtuelle Emissionssensoren. Sie können reale Sensoren ersetzen und damit Emissionsinformationen schneller und günstiger zur Verfügung stellen.

Ergebnis

Messungen am Motorprüfstand zeigten, dass sich die Partikel- und NOx-Emissionen mithilfe der neuen Regelstrategie im Neuen Europäischen Fahrzyklus (NEFZ) sowie im Weltweit Harmonisierten Testzyklus für leichte Nutzfahrzeuge (Worldwide Harmonized Light vehicles Test Cycle, WLTC) um bis zu 50 Prozent bei gleichbleibendem Verbrauch reduzieren lassen. Die neue Emissionsregelung hat keinen Einfluss auf die Größenverteilung der sich bildenden Rußpartikel. Ein weiteres wichtiges Ergebnis sind phänomenologische Modelle, die auf physikalischen Zusammenhängen basieren und das Emissionsverhalten unter Einbeziehung aller relevanten Einflussgrößen beschreiben. Sie stellen die virtuellen Emissionssensoren dar, deren Wirksamkeit ebenfalls erfolgreich am Motorprüfstand getestet wurde. Mit diesen Erkenntnissen ist es möglich, Steuergeräte zukünftig systematisch im Hinblick auf eine effiziente Emissionskontrolle zu kalibrieren.

Dokumentation

Emissionsoptimierter Dieselmotor | Steuer- und Regelkonzepte für Dieselmotoren mit virtuellen NOx- und PM-Sensoren. Automatisierte Sollwertgenerierung für individuell wählbare Emissionsstrategien | Vorhaben-Nr. 1140

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