Experimental investigation for PCCI diesel engine control design

Gegenstand dieser Arbeit ist die Entwicklung und Realisierung eines dieselmotorischen Brennverfahrens, um im niedrigen Lastbereich mit nahezu homogener oder leicht geschichteter Mischung arbeiten zu können. Solch teilhomogenisierte Brennverfahren beherbergen ein großes Potential, NOx- und Ruß-Emissionen drastisch zu reduzieren. Diese Art der Niedertemperatur Brennverfahren werden als PCCI (Premixed Charge Compression Ignition) bezeichnet. Durch die frühe Einspritzung erreichen diese Brennverfahren eine Teilhomogenisierung des Gemisches und somit eine Reduzierung von Ruß. Das sehr magere Gemisch zündet an vielen Stellen im Brennraum gleichzeitig und brennt deshalb sehr schnell durch. Auch treten keine lokalen Temperaturspitzen in Erscheinung, wodurch die thermische NO-Bildung verhindert wird. Nach einer Einführung in die Thematik stellt Kapitel 2 die Grundlagen zur dieselmotorischen Verbrennung, die Gemischbildung, Zündung und Schadstoffbildung vor. Auch wird über das Teilhomogenisierte Brennverfahren (PCCI) sowie über die Ziele dieser Arbeit berichtet. Kapitel 3 enthält einen kompletten Überblick über die neue Messtechnik die im Rahmen dieses Projekts in Betrieb genommen wurde. In Kapitel 4 werden die Optimierung des Einspritzkegelwinkels sowie der Kolbengeometrie vorgestellt. Kapitel 5 beinhaltet eine Analyse des Einflusses von Kraftstoffen mit niedriger Cetanzahl auf das PCCI Brennverfahren. Beginnend mit der Diesel-Benzinmischung wird danach die Diesel-Ethanol Mischung diskutiert. Nachdem in einer vorhergehenden Phase der Focus auf Regelgrößen wie IMEP, CA 50 und MPPR lag, befasst sich Kapitel 6 abschließend mit einer kompletten Untersuchung von potentiellen Stellgrößen, welche die neuen Regelgrößen (NOx- und HC-Emissionen) beeinflussen können. Hierzu wurde die statistische Versuchsplanung eingesetzt. Aufgrund der Vielzahl der Stellparameter, die einen direkten Einfluss auf die Regelgrößen ausüben sowie möglichen Wechselwirkungen zwischen den Parametern, war es notwendig eine gesonderte Untersuchung zu führen. Hierbei wurde der individuelle Einfluss der vorgeschlagenen Stellgröße auf die Regelgröße untersucht. Um die Anzahl der Versuche auf ein zeitlich machbares Maß zu begrenzen, wurde anstatt mit einem vollfaktoriellen Modell mit einem D-optimalen Modell gearbeitet. Ziel war letztendlich die Formulierung analytischer Regressionsmodelle, die einen Zusammenhang zwischen den Eingangsgrößen und den Ausgangsgrößen des Motors zeigen.