Multiskalenregelung der PCCI-Verbrennung

• Antragsteller: Professor Dr. Christopher Onder
• Fachliche Zuordnung: Strömungs- und Kolbenmaschinen
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 277012063

Da der Weg zu einer CO2-neutralen Mobilität nicht eindeutig ist und thermisch-chemische Energieträger signifikante Vorteile gegenüber elektro-chemischen Energieträgern haben, kommt der Erforschung und Entwicklung neuartiger Verbrennungsmotoren eine wesentliche Bedeutung zu. Niedertemperaturbrennverfahren wie PCCI (engl. Premixed Charge Compression Ignition) sind dabei eine vielversprechende Technologie, um die Effizienz der heutigen Verbrennungsmotoren bei gleichzeitiger Senkung der Schadstoffemissionen zu erhöhen.Um einen stabilen und schnellen Betrieb des PCCI-Prozesses in einem Vollmotor zu ermöglichen, bedarf es eines koordinierten Zusammenspiels zwischen Luftpfad- und Verbrennungsregelung, da der Verbrennungsprozess sensitiv auf die bereitgestellten Luftpfadgrössen reagiert. Anforderungen an die Luftpfadregelung sind daher die genaue und schnelle Sicherstellung der notwendigen thermodynamischen Zustandsgrössen im Zylinder für den statischen als auch transienten Betrieb des Motors. Die Geschwindigkeit, mit welcher die Zustandsgrössen bereitgestellt werden, hängt dabei von der Auslegung des vorhandenen Luftpfads und dessen Dynamik ab. Die Verbrennungsregelung soll mithilfe der bereitgestellten Zustandsgrössen zylinder-individuelle Störungen für den nächsten Zyklus ausgleichen und vorgegebene Randbedingungen und Einschränkungen berücksichtigen. Durch die Verwendung eines voll-variablen Ventiltriebs (VVT), Niederdruck-AGR und mehrstufiger Aufladung, kann ein kompressionsgezündeter Vollmotor zusätzliche Freiheitsgrade in der Bereitstellung der thermodynamischen Zustandsgrössen für den Zylinder nutzen. Die Vielzahl an Stellgrössen für den Luftpfad resultiert in unterschiedliche Zeitskalen, mit welcher der Verbrennungsprozess beeinflusst werden kann. Diese Eigenschaft kann gezielt durch eine Multiskalenregelung genutzt werden. Als Methodik kommen nur modell- und optimierungsbasierte Regler in Frage, um die Komplexität der Regelstrecke adäquat zu berücksichtigen. Um eine echtzeitfähige Multiskalenregelung des Luftpfads zu ermöglichen, bedarf es vereinfachter Modelle und numerisch optimierter Algorithmen, welche in enger Zusammenarbeit mit anderen Teilprojekten erarbeitet werden. Die Verbrennungsregelung soll in einem weiteren Schritt in die Multiskalenregelung des Luftpfads eingebunden werden, um die Wechselwirkung zwischen Luftpfad und Verbrennung zu berücksichtigen. Dabei werden die Vorarbeiten anderer Teilprojekte zur Verbrennungsratenregelung zielführend für den PCCI-Prozess weiterentwickelt.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: FOR 2401: Optimierungsbasierte Multiskalenregelung motorischer Niedertemperatur-Brennverfahren
• Internationaler Bezug: Schweiz
• Partnerorganisation: Schweizerischer Nationalfonds (SNF)