Modellbasierte Verbrennungsregelung und Emissionspotential eines homogenen Tieftemperatur-Zweistoffbrennverfahrens in einem Mehrzylindermotor

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Im vorliegenden Band 2/2014 berichtet Herr Bach über die Umsetzung eines neuen Ansatzes zur Steuerung homogenen Tieftemperatur-Zweistoffbrennverfahrens in einem Mehrzylindermotor. Dabei werden zwei füssige Kraftstoffe mit unterschiedlicher Zündwilligkeit erst im Brennraum miteinander gemischt. Am Beispiel von Diesel als zündwilligem Kraftstoff sowie Benzin und E85 als Kraftstoffe mit nur geringer Neigung zur Selbstzündung werden im Stationärbetrieb die maßgeblichen Stellgr ößen dieses Zweistoffbrennverfahrens an einem Sechszylinder Nutzfahrzeugdieselmotor identifiziert und deren Auswirkungen auf den Verbrennungsablauf, das Emissionspotential und die mechanische Motorbelastung untersucht. Um ein möglichst genaues Bild des Zweistoffbetriebs an einem Vollmotor zu erhalten, werden umfangreiche thermodynamische Untersuchungen durchgeführt und ein sehr großer Motorkennfeldbereich erschlossen. Des Weiteren wurde zur Kontrolle der Wärmefreisetzung eine zylinderdruckbasierte Verbrennungsregelung kombiniert mit einer modellbasierten Vorsteuerung des Verbrennungsschwerpunktes entwickelt. Diese Verbrennungsregelungstrategie ermöglicht es den Motor im Zweistoffbetrieb auch transient zu betreiben. Selbst bei hohen Lasten und Drehzahlen und für unterschiedliche Primärkraftstoffe kann die Verbrennung zuverlässig über das energetische Mengenverhältnis gesteuert werden und es ergeben sich äußerst geringe Ruß- und NO_x Emissionen bei gleichzeitig akzeptabler Motorbelastung. Für die Emissionen unvollständiger Verbrennung wurde auch eine Dieseloxidationskatalysator als mögliches Abgasnachbehandlungssystem bewertet. Die in dieser Arbeit vorgestellte kombinierte Verbrennung brennraumintern gemischter Kraftstoffe mit unterschiedlichen Zündwilligkeiten und die Art der Verbrennungsregelung stellt ein Brennverfahrenskonzept mit großem Potenzial zur innermotorischen Einhaltung zukünftiger Abgasgrenzwerte dar. Die bekannten Herausforderungen kinetisch kontrollierter Brennverfahren sind durch die zylinderdruckbasierte Verbrennungsregelung beherrschbar.