TP3: VKA & MMP

Teilprojekt 3: Stabilisierung des GCAI-Brennverfahrens durch die Nutzung innerzyklischer Korrelationen

Das Teilprojekt 3 (TP3) der FOR2401 wird durch den Lehrstuhl für Verbrennungskraftmaschinen (vka) und das Lehr- und Forschungsgebiet für Mechatronik in mobilen Antrieben (mechatronics) dargestellt. Kernthemen sind die Untersuchung und Entwicklung der Multiskalenregelung sowie die detaillierte Prozessmodellierung und –erweiterung um neuartige Sensorkonzepte. Diese finden in dem ottomotorischen Prozess der Niedertemperatur-Verbrennung, der GCAI (Gasoline Controlled Auto Ignition), an einem Einzylinder-Forschungsmotor Anwendung.

Sowohl anhand von Zyklus-zu-Zyklus- als auch von In-Zyklus-Korrelationen und hierauf aufbauender Regelung kann eine Verbesserung der Prozessstabilität sowie der Effizienz erzielt werden. Ferner sind auch hinsichtlich von Rohemissionen Vorteile zu erwarten. Infolgedessen soll für die zweite Förderperiode an dem Konzept der Multiskalenregelung auf Basis unterschiedlicher zeitlicher Skalen festgehalten werden.

Während im Laufe der ersten Förderperiode mögliche Stellgrößen identifiziert wurden und deren Potential für die Regelung aufgezeigt wurde, ist es Ziel der zweiten Förderperiode die entwickelten Ansätze in der Multiskalenregelung in Zusammenarbeit mit den anderen TPs zusammenzuführen, um schließlich das Potential des Ansatzes in großen Bereichen des Kennfelds darzustellen. Hierzu ist insbesondere die strategische Erzeugung von Daten erforderlich, um auch transientes Verhalten untersuchen zu können. Die Schwerpunkte werden insbesondere hinsichtlich der Verringerung der Emissionen und bezüglich zusätzlicher Sensorkonzepte gesetzt. Letztere haben das Potential, weitere Informationen über die Gemischzusammensetzung und den Zustand der Zylinderladung bereitzustellen.

Ziele in Förderperiode 2

  • Generieren einer breiten Datenbasis durch Festlegen von zyklusindividuellen Stellgrößenkombinationen durch Anwendung von Reinforcement Learning
  • Reduzierung der zyklusindividuellen Emissionen durch Modellierung und Einbindung in die Multiskalenregelung
  • Verbesserung der In-Zyklus-Regelung durch Integration des Ionenstromsignals als chemischer Sensor
  • Verbesserung der Stabilität des Brennverfahrens in einem weiten Kennfeldbereich durch Adaption der In-Zyklus-Regelung

Highlights der Förderperiode 1

  • Das GCAI-Prozessverständnis konnte durch Untersuchung zyklischer und innerzyklischer Korrelationen substantiell erhöht werden.
  • Implementierung der Berechnung von Prozessgrößen sowie von Algorithmen für die In-Zyklus-Regelung mit minimaler Latenz auf einem FPGA.
  • Entwicklung eines physikalischen Ladungswechselmodells, das nach Optimierung der Hardwareressourcen erstmals in der Lage ist, den Zustand der Zylinderladung innerhalb von 0,1 °KW zu berechnen.
  • Das Potential der Wassereinspritzung als Stellgröße für den Multiskalenregelansatz wurde dargestellt.
  • Die Eignung der In-Zyklus-Regelansätze für die Multiskalenregelung konnte durch ausgiebige Prüfstandsuntersuchungen nachgewiesen werden.
  • Erzeugung einer breiten Datenbasis für GCAI durch neuartigen Vermessungsalgorithmus

Univ.-Prof. Dr.-Ing. Jakob Andert
Forschungsgruppensprecher, Teilprojektleiter

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Univ.-Prof. Dr.-Ing. Stefan Pischinger
Teilprojektleiter

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Julian Bedei, M. Sc.
Wissenschaftlicher Mitarbeiter

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Patrick Schaber, M. Sc.
Wissenschaftlicher Mitarbeiter

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Alexander Winkler, M. Sc.
Wissenschaftlicher Mitarbeiter

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