Untersuchung und Modellierung eines Dieselmotors zur Bestimmung von Verbrennungsmerkmalen aus der Motordrehzahl:
Gespeichert in:
| 1. Verfasser: | |
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| Format: | Abschlussarbeit Buch |
| Sprache: | German |
| Veröffentlicht: |
Düsseldorf
VDI-Verl.
2008
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| Ausgabe: | Als Ms. gedr. |
| Schriftenreihe: | Fortschritt-Berichte VDI
Reihe 12, Verkehrstechnik/Fahrzeugtechnik ; Nr. 676 |
| Schlagworte: | |
| Online-Zugang: | Inhaltsverzeichnis |
| Beschreibung: | XII, 148 S. Ill., graph. Darst. 21 cm |
| ISBN: | 9783183676125 3183676125 |
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Inhaltsverzeichnis
Nomenklatur VIII
Formelzcichen VIII
Indizes X
Abkürzungen XII
1 Einleitung 1
1.1 Zielsetzung der Arbeit 1
2 Grundlagen und Entwicklung des Dieselmotors 3
2.1 Entwicklung der Emissions-Vorschriften 3
2.2 Dieselmotorische Brennverfahren 5
2.2.1 Konventionelle Diescl-Brennverfahren 6
2.2.2 Neue „homogene Brennverfahren 6
2.3 Elektronisches Motormanagement beim Dieselmotor 9
2.3.1 Entwicklungstendenzen der Motorsteuergeräte-Hard- und Software . . 9
2.4 Steuerung und Regelung des Verbrennungsprozesses 10
2.4.1 Steuerung der Verbrennung 10
2.4.2 Sensorik für eine Regelung der Verbrennung 11
2.4.2.1 Zylinderdruck-Sensorik 12
2.4.2.2 Strahlungs- Sensorik 14
2.4.2.3 Ionenstrom-Sensorik 15
2.4.3 Zylinderdruckgeführte Verbrennungsregelung 16
2.4.3.1 Regelung von Ottomotoren mit konventionellem Brennver¬
fahren 17
2.4.3.2 Regelung von Dieselmotoren mit konventionellem Brennver¬
fahren 17
2.4.3.3 Regelung von Homogenen Diesel-Brennverfahren 19
2.4.4 Konsequenzen für drehzahlbasierte Verbrennungsmerkmalc 20
3 Entstehung. Messung und Ausweitung des Motordrehzahlverlaufes 22
3.1 Ungleichförmigkeit der Kurbelwcllendrehzahl 24
3.1.1 Gasdrehmoment und Kinematik des Kurbeltriebs 24
3.1.2 Massenmomente des Kurbeltriebs 30
3.2 Messung mechanischer Größen am Verbrennungsmotor 33
3.2.1 Systematische Fehler des Drchzahl-Messverfahrens und ihre Kompen¬
sation 37
3.2.1.1 Amplitudendämpfung 37
3.2.1.2 Phasenverschiebung 38
3.2.1.3 Zahnteilungsfehler und Verfahren zur Kompensation .... 39
VI Inhaltsverzeichnis
3.2.2 Messtechnische Analyse von Drehhchwingungeii 42
3.3 Stand der Technik 44
3.3.1 Direkte Drehmoment-Messverfahren • 45
3.3.2 Schätzverfahren unter Auswertung der Kurbelwellendrehzahl 4C
3.3.3 Drehzahlbasierte Schä tzverfahren unter Verwendung von Steuergrößen 49
3.4 Zusammenfassende Bewertung existierender Ausätze 50
4 Thermodynamik-Modell des Hubkolben-Verbrennungsmotors 51
4.1 Modell des Bremiraumes 51
4.2 Analyse von Zylinderdruckverläufen für die Bestimmung von Verbrennungs-
merkmalen 53
4.2.1 Offset-Kompensation 53
4.2.2 Bestimmung des Heizverlaufes ans dein Druckverlauf 54
4.2.3 OT-Fehler • ¦ . • 50
4.3 Modell des Verbrennungsverlaufe • ¦ . ¦ 57
4.4 Berechnung des Zylinderdruekverlaufes 59
4.4.1 Herleitung einer geschlossenen Lösung für den Zylinderdruckverlauf • 59
4.4.2 Breimfuiiktion zur schnellen Zylinderdruckberechnung 00
5 Modellierung der Motormechanik 63
5.1 Externe Momente an der Kurbelwelle ö4
5.1.1 Dynamik des Steuertriebs G4
5.1.1.1 Ventiltriebsinomente X
5.1.1.2 Momente des Punipedüse-Ehispritzsystems ß8
5.1.1.3 Schwingungsmodell des Zahnriemcn-Steuertriebs ...... 71
5.1.1.4 Parameter des Steiiertriebmodells 70
5.1.1.5 Modellparameter-Identifikation des Steucrfriebmodclls ¦ . • 7
5.1.2 Einfiuss des Nebenaggregatetliebes 8
5.1.2.1 Kliinakompressor 80
5.1.2.2 Generator mit Freilauf 81
5.1.2.3 Simulationsinodell für den Generator mit Freilauf ^
5.1.3 Einfiuss des Zweimassen-Scliwungradcs • ¦ ¦ $6
5.1.3.1 Drehschwingungsmessungen am Zweima-ssenschwungratl ¦ • *
5.1.3.2 Rückwirkung des Zweitnassenschwungrades auf die Kurbelwelle 8i
5.1.3.3 Berechnung des Venire.liwinke.ls aus der Motonlrehzahl • ¦ • ^°
5.1.4 Schlupfgeregelte Wandlerüberbrückungskupplung • ¦ ¦ J1
5.1.4.1 EinHuss les Teils -hlupfes auf die Kurbelwelle ¦ ¦ ¦ y2
5.1.4.2 Simulationsmodell der Wrindlerkupplung ¦ • • ^
5.1.4.3 Verfahren zur Rekonstruktion von Kupplungsinomeut und
Turbinendrehzahl ¦ ¦ • Uo
5.1.4.4 VVandlerkui)plung: Zu-vunmenfassung und Ausblick . . ¦ ¦ • ¦*¦*
5.1.5 Zusainmenfassung: Externe Momente • ¦ • J 1
5.2 Innere Momente der Kurbelwelle • ¦ ¦
5.2.1 Struktur der Kurbelwelle ¦ ¦ ¦ 1()1
5.2.2 Mathematiselies Simulafionsmodell der Kurbelwelle ¦ • - 1();!
5.2.2.1 Nichtlineare Bewegungsgleichung der Einzelkröpfung . • • ¦ 1M
Inhaltsverzeichnis VII
5.2.2.2 Linearisierung des Kurbelwellenmodells 105
5.2.2.3 Lineares Zustandsmodell der Kurbelwelle 106
5.2.2.4 Ausgangsgrößen des Zustandsmodells 109
5.2.3 Übertragungsfunktionen des Kurbelwellenmodells 110
5.2.4 Momententrennung 111
5.2.5 Identifikation der Modcllparameter 113
5.2.5.1 Bestimmung der Steifigkeitsparameter über die Systemeigen¬
frequenzen 113
5.2.5.2 Parameter-Bestimmung durch Optimierung von Winkelbe¬
schleunigungsverläufen 115
5.2.6 Frequenzgänge des physikalischen Kurbelwellenmodells 120
5.2.6.1 Frequenzgänge bei Variation der Kurbehvellensteifigkeit . . 123
5.2.6.2 Frequenzgänge bei Variation der Kurbelwellendämpfung . . 123
5.2.7 Betrachtungen zur zylinderspezifischen Dynamik im Zeitbereich . . . 123
5.2.7.1 Variationen der Brennenergie 126
5.2.7.2 Variationen des Brennbeginns 126
5.2.7.3 Zylindersegment-Überlagerung 129
5.2.8 Zusammenfassung: Innere Momente 131
6 Bestimmung von drehzahlbasierten Verbrennungsmerkmalen 132
6.1 Modellabgleich- Verfahren 132
6.2 Bewertung der Ergebnisse und Ausblick 136
7 Zusammenfassung 137
Literatur 140
|
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V
Inhaltsverzeichnis
Nomenklatur VIII
Formelzcichen VIII
Indizes X
Abkürzungen XII
1 Einleitung 1
1.1 Zielsetzung der Arbeit 1
2 Grundlagen und Entwicklung des Dieselmotors 3
2.1 Entwicklung der Emissions-Vorschriften 3
2.2 Dieselmotorische Brennverfahren 5
2.2.1 Konventionelle Diescl-Brennverfahren 6
2.2.2 Neue „homogene" Brennverfahren 6
2.3 Elektronisches Motormanagement beim Dieselmotor 9
2.3.1 Entwicklungstendenzen der Motorsteuergeräte-Hard- und Software . . 9
2.4 Steuerung und Regelung des Verbrennungsprozesses 10
2.4.1 Steuerung der Verbrennung 10
2.4.2 Sensorik für eine Regelung der Verbrennung 11
2.4.2.1 Zylinderdruck-Sensorik 12
2.4.2.2 Strahlungs- Sensorik 14
2.4.2.3 Ionenstrom-Sensorik 15
2.4.3 Zylinderdruckgeführte Verbrennungsregelung 16
2.4.3.1 Regelung von Ottomotoren mit konventionellem Brennver¬
fahren 17
2.4.3.2 Regelung von Dieselmotoren mit konventionellem Brennver¬
fahren 17
2.4.3.3 Regelung von Homogenen Diesel-Brennverfahren 19
2.4.4 Konsequenzen für drehzahlbasierte Verbrennungsmerkmalc 20
3 Entstehung. Messung und Ausweitung des Motordrehzahlverlaufes 22
3.1 Ungleichförmigkeit der Kurbelwcllendrehzahl 24
3.1.1 Gasdrehmoment und Kinematik des Kurbeltriebs 24
3.1.2 Massenmomente des Kurbeltriebs 30
3.2 Messung mechanischer Größen am Verbrennungsmotor 33
3.2.1 Systematische Fehler des Drchzahl-Messverfahrens und ihre Kompen¬
sation 37
3.2.1.1 Amplitudendämpfung 37
3.2.1.2 Phasenverschiebung 38
3.2.1.3 Zahnteilungsfehler und Verfahren zur Kompensation . 39
VI Inhaltsverzeichnis
3.2.2 Messtechnische Analyse von Drehhchwingungeii 42
3.3 Stand der Technik 44
3.3.1 Direkte Drehmoment-Messverfahren • 45
3.3.2 Schätzverfahren unter Auswertung der Kurbelwellendrehzahl 4C
3.3.3 Drehzahlbasierte Schä'tzverfahren unter Verwendung von Steuergrößen 49
3.4 Zusammenfassende Bewertung existierender Ausätze 50
4 Thermodynamik-Modell des Hubkolben-Verbrennungsmotors 51
4.1 Modell des Bremiraumes 51
4.2 Analyse von Zylinderdruckverläufen für die Bestimmung von Verbrennungs-
merkmalen 53
4.2.1 Offset-Kompensation 53
4.2.2 Bestimmung des Heizverlaufes ans dein Druckverlauf 54
4.2.3 OT-Fehler • ¦ . • 50
4.3 Modell des Verbrennungsverlaufe • ¦ . ¦ 57
4.4 Berechnung des Zylinderdruekverlaufes 59
4.4.1 Herleitung einer geschlossenen Lösung für den Zylinderdruckverlauf • 59
4.4.2 Breimfuiiktion zur schnellen Zylinderdruckberechnung 00
5 Modellierung der Motormechanik 63
5.1 Externe Momente an der Kurbelwelle ö4
5.1.1 Dynamik des Steuertriebs G4
5.1.1.1 Ventiltriebsinomente X
5.1.1.2 Momente des Punipedüse-Ehispritzsystems ß8
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5.1.2 Einfiuss des Nebenaggregatetliebes 8"
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5.1.2.3 Simulationsinodell für den Generator mit Freilauf ^
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5.1.3.2 Rückwirkung des Zweitnassenschwungrades auf die Kurbelwelle 8i
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5.1.4.3 Verfahren zur Rekonstruktion von Kupplungsinomeut und
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5.2 Innere Momente der Kurbelwelle • ¦ ¦ '""
5.2.1 Struktur der Kurbelwelle ¦ ¦ ¦ 1()1
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Inhaltsverzeichnis VII
5.2.2.2 Linearisierung des Kurbelwellenmodells 105
5.2.2.3 Lineares Zustandsmodell der Kurbelwelle 106
5.2.2.4 Ausgangsgrößen des Zustandsmodells 109
5.2.3 Übertragungsfunktionen des Kurbelwellenmodells 110
5.2.4 Momententrennung 111
5.2.5 Identifikation der Modcllparameter 113
5.2.5.1 Bestimmung der Steifigkeitsparameter über die Systemeigen¬
frequenzen 113
5.2.5.2 Parameter-Bestimmung durch Optimierung von Winkelbe¬
schleunigungsverläufen 115
5.2.6 Frequenzgänge des physikalischen Kurbelwellenmodells 120
5.2.6.1 Frequenzgänge bei Variation der Kurbehvellensteifigkeit . . 123
5.2.6.2 Frequenzgänge bei Variation der Kurbelwellendämpfung . . 123
5.2.7 Betrachtungen zur zylinderspezifischen Dynamik im Zeitbereich . . . 123
5.2.7.1 Variationen der Brennenergie 126
5.2.7.2 Variationen des Brennbeginns 126
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5.2.8 Zusammenfassung: Innere Momente 131
6 Bestimmung von drehzahlbasierten Verbrennungsmerkmalen 132
6.1 Modellabgleich- Verfahren 132
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Literatur 140 |
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Inhaltsverzeichnis
Schweinfurt Magazin
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2900 07158 |
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| Exemplar 1 | ausleihbar Verfügbar Bestellen |