Entwurf und Realisierung eines universellen Prüfstandcontrollers für Motoren mit variablem Luftpfad

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1 Technik Thorsten Wolter Entwurf und Realisierung eines universellen Prüfstandcontrollers für Motoren mit variablem Luftpfad Masterarbeit

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3 Bibliografische Information der Deutschen Nationalbibliothek: Die Deutsche Bibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über abrufbar. Dieses Werk sowie alle darin enthaltenen einzelnen Beiträge und Abbildungen sind urheberrechtlich geschützt. Jede Verwertung, die nicht ausdrücklich vom Urheberrechtsschutz zugelassen ist, bedarf der vorherigen Zustimmung des Verlages. Das gilt insbesondere für Vervielfältigungen, Bearbeitungen, Übersetzungen, Mikroverfilmungen, Auswertungen durch Datenbanken und für die Einspeicherung und Verarbeitung in elektronische Systeme. Alle Rechte, auch die des auszugsweisen Nachdrucks, der fotomechanischen Wiedergabe (einschließlich Mikrokopie) sowie der Auswertung durch Datenbanken oder ähnliche Einrichtungen, vorbehalten. Impressum: Copyright 2014 GRIN Verlag, Open Publishing GmbH ISBN: Dieses Buch bei GRIN:

4 Thorsten Wolter Entwurf und Realisierung eines universellen Prüfstandcontrollers für Motoren mit variablem Luftpfad GRIN Verlag

5 GRIN - Your knowledge has value Der GRIN Verlag publiziert seit 1998 wissenschaftliche Arbeiten von Studenten, Hochschullehrern und anderen Akademikern als ebook und gedrucktes Buch. Die Verlagswebsite ist die ideale Plattform zur Veröffentlichung von Hausarbeiten, Abschlussarbeiten, wissenschaftlichen Aufsätzen, Dissertationen und Fachbüchern. Besuchen Sie uns im Internet:

6 Entwurf und Realisierung eines universellen Prüfstandcontrollers für Motoren mit variablem Luftpfad Masterarbeit Thorsten Wolter Am Lehrstuhl für Verbrennungskraftmaschinen Aachen RWTH Aachen University Eingereicht am:

7 Danksagung Im Vorfeld möchte ich mich bei allen bedanken, die mich bei der Durchführung und Anfertigung dieser Masterarbeit unterstützt und motiviert haben. Besonderer Dank gilt meinem Betreuer seitens der VEMAC GmbH & Co. KG in Aachen Dr.-Ing. Michael Reke. Seine motivierende Art, sowie das fundierte Fachwissen, welches er mir so bereitwillig zur Verfügung stellte, gaben dieser Arbeit den letzten Schliff. Weiterhin möchte ich mich an dieser Stelle bei M.Sc. Oguz Budak bedanken, der die Betreuung durch den Lehrstuhl für Verbrennungskraftmaschinen VKA der RWTH Aachen übernommen hat. Seine Motivation und die Korrekturen an meiner Arbeit waren sehr wertvoll für mich. Großer Dank gilt Dipl.-Ing. Michael Kiausch, der meine Kenntnisse der Funktionsentwicklung in Matlab/ Simulink so sehr erweitert hat und Dipl.-Ing. Thomas Töpfer, der mich in die Tiefen der Steuergeräteelektronik eingeführt hat. Auch unter dem Druck des operativen Tagesgeschäftes hatten sie immer ein offenes Ohr für meine Fragen und gaben wertvolle Anmerkungen und Lösungsansätze. Außerdem danke ich den Professoren Prof. Dr.-Ing. Stefan Pischinger (RWTH) und Prof. Dr.-Ing. Rudolf Flirl (TU Kaiserslautern), welche mir die Möglichkeit zur Durchführung dieser Arbeit boten. Weiterhin gebührt Dipl.-Ing. Jörg Neugärtner Dank für die stets gute Zusammenarbeit mit der Technischen Universität in Kaiserslautern und die Unterstützung während der Inbetriebnahme des Ottomotors. Des Weiteren gilt mein Dank Dipl.-Inf. Birgit Tamkus, Dipl.-Ing. Sebastian Grobosch und Dipl.-Ing. Axel Koblenz für ihre Art mich zu motivieren und den richtigen Rahmen für diese Masterarbeit zu schaffen. Abschließend gebührt meinen Eltern Dank, die mich während meines gesamten Studiums nicht nur finanziell, sondern vor allem emotional unterstützt haben. Ihnen verdanke ich die Motivation auch dann weiterzumachen, wenn es mal nicht so klappt. Aachen, im November 2014

8 Inhaltsverzeichnis I Inhaltsverzeichnis 1 EINLEITUNG STAND DER TECHNIK Downsizing und Aufladung Downsizing Aufladung Abgasturboaufladung Mechanische Aufladung Thermodynamische Grundlagen Carnot-Prozess Konventionelle Kreisprozesse Gleichraumprozess Gleichdruckprozess Seiligerprozess Vergleichende Betrachtung der Kreisprozesse Alternative Kreisprozesse Atkinsonprozess Millerprozess Ladungswechsel Arbeitsverluste Steuerzeiten Ladungsbewegung Der vollvariable Ventiltrieb UniAir... 22

9 Inhaltverzeichnis II VARIOVALVE UniValve Ottomotorisches Klopfen VEMAC Test-Bench-Controller Modellbasierte Softwareentwicklung Matlab/ Simulink Integration der Softwarekomponenten Steuergeräteapplikation ETAS INCA REALISIERUNG Modellerstellung Anforderungen eines universellen Prüfstandcontrollers Universalität Manuelle Funktionsstruktur und kennfeldbasierte Steuerung Leichte Erweiterbarkeit Einbeziehen von Prüfstandmesswerten Funktionale Grundstruktur Füllungssteuerung Füllungserfassung Zündungsfunktion Berechnung der Grundeinspritzmasse Reglerentwurf Leerlaufregler Drosselklappenregelung Lambdaregler Ladedruckregelung Klopfregelung... 48

10 Inhaltverzeichnis III Regelung des VVT Implementierung einer alternativen Klopfregelung ERGEBNIS Prüfstandsmotor Ottomotor Dieselmotor Sensorik/ Aktuatorik Ottomotor Drehzahlsensor Temperatursensoren Klopfsensoren Drucksensoren Lambdasensoren Drosselklappenstellglied Volume Control Valve (VCV) Sensorik/ Aktuatorik Dieselmotor Inbetriebnahme Prüfstandcontroller Installation Applikation Grunddaten Grunddaten Peak-and-Hold Injektoren Drehmomentbasierte Fahrpedalapplikation Applikation Ottomotor Drosselklappenapplikation Leerlaufreglerapplikation Einspritzwinkel, Zündwinkel und Einspritzmenge Einspritzdauer Raildruck... 76

11 Inhaltverzeichnis IV Lambda Applikation Dieselmotor Validierung ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK LITERATURVERZEICHNIS ANHANG... 87