Hohe Verbrauchsvorteile (CO2-Reduktion) bei gleichzeitig niedrigen Stickoxid- und Partikelemissionen sind die charakteristischen Merkmale des HCCI- (Homogeneous Charge Compression Ignition) beziehungsweise CAI-Brennverfahrens (Controlled Auto Ignition) bei Otto-Motoren. CAI ist ein mageres Teillastbrennverfahren, welches aufgrund der niedrigen Stickoxyd-Emissionen mit einer konventionellen Abgasnachbehandlung auskommt. Demgegenüber stehen bei der Realisierung dieses Brennverfahrens spezielle Anforderungen an den Ventiltrieb, das Einspritzsystem, die Sensorik und an die Motorsteuerung. Das Fehlen eines direkten Verbrennungstriggers macht den Zeitpunkt der Selbstzündung sehr sensibel gegenüber Toleranzen der Aktorik, Variation der Umgebungsbedingungen und der Kraftstoffqualität. Deshalb kommt der Steuerung und Regelung der Verbrennung eine entscheidende Rolle zu. In dieser Arbeit werden Konzepte zur Regelung eines CAI-Brennverfahrens mit interner Abgasrückführung (Trapping) vorgestellt. Die Konzepte basieren auf Verbrennungsmerkmalen, die aus dem Brennraumdrucksignal gewonnen werden. Zur Beeinflussung der Verbrennung stehen die Stellgrößen des Luft- und Kraftstoffsystem zur Verfügung. Die Arbeiten erfolgen an Motoren mit variablem Ventiltrieb mit unterschiedlicher Ausprägung der Variabilität und einem System zur Kraftstoffdirekteinspritzung. Im ersten Schritt wird von einer vollvariablen Ventilsteuerung ausgegangen, die eine zylinderindividuelle Verstellung der Gaswechselventile ermöglicht. Getrieben vom Einsatz kostenoptimaler Ventilsysteme wird in einem zweiten Schritt eine Regelungsstrategie vorgestellt, die diese Vorrausetzung der Zylinderindividualität fallen lässt und auf eine Ventilstrategie setzt, die mit konventionellen Phasenstellern realisierbar ist. Die aufgezeigten Regelkonzepte bestehen aus einer Kombination aus Vorsteuerung und Brennmerkmalsregelung. Ergebnisse zur Betriebsartenumschaltung, zum Dynamikbetrieb und zur Stabilisierung der CAI-Betriebsart werden ebenfalls vorgestellt. Zur Vermeidung von Verbrennungsaussetzern und extrem frühen und somit lauten Verbrennungen sowohl im Dynamikbetrieb als auch bei einem Betriebartenwechsel kommt speziell der Vorsteuerung eine besondere Bedeutung zu.
Strategien zur Regelung von CAI-Brennverfahren
2008
13 Seiten, 11 Bilder, 5 Quellen
Conference paper
German
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