Grey-Box Modellierung und Analyse des dieselmotorischen Arbeitsprozesses und der Schadstoffbildung

Trotz stetiger Fortschritte in der Methodenentwicklung wird die kurbelwinkelaufgelöste Berechnung der Stickoxid- und Rußemissionen auf Basis einer 1- oder mehrzonigen Arbeitsprozessrechnung aufgrund des hohen Modellierungs- und Abstimmaufwandes auch gegenwärtig kaum als Standardverfahren verwendet. Durch die strengeren gesetzlichen Regelungen und die dadurch hervorgerufenen Weiterentwicklungen der letzten Jahre, wurden vor allem bei modernen Dieselmotoren die Emissionen, insbesondere Ruß und Stickoxide, deutlich reduziert. Im Speziellen unterstreichen die detaillierten Analysen dieser Arbeit, dass die Verbrennung eines modernen Dieselmotors vielmehr einzelne Phasen durchläuft, die sich unterschiedlich stark auf die Schadstoffbildung auswirken. Zusätzlich ergeben sich bei aktuellen Motoren viele Freiheitsgrade, um gezielt den Verbrennungsablauf durch Anpassung von zahlreichen Steuergerätsollwertgrößen zu beeinflussen. Dies erschwert die kurbelwinkelaufgelöste Modellierung der Emissionskomponenten. Der Schwerpunkt dieser Arbeit lag daher vor allem darin die Auswirkungen einer geänderten Verbrennungscharakteristik auf die Schadstoffbildung, hervorgerufen beispielsweise durch veränderte Steuergeräteapplikation, detailliert zu analysieren und ausreichend mit neuen erweiterten kurbelwinkelaufgelösten Emissionsmodellen nachzubilden. Modelle, die in der Vergangenheit an Motoren mit weniger Freiheitsgraden erfolgreich eingesetzt wurden, liefern bei modernen Verbrennungskraftmaschinen oft nur mehr unzufriedenstellende Ergebnisse. Als wesentliche Neuerung wurden deswegen neben thermodynamischen vor allem datenbasierte Methoden verwendet, die sowohl bei der Systemanalyse als auch bei der Modellentwicklung zum Einsatz kamen. Erst durch die kombinierte Anwendung unterschiedlicher Werkzeuge konnten relevante Phänomene der Schadstoffbildung analysiert bzw. Verbesserungen bei der Modellierung und Vereinfachungen erzielt werden.