Optimierung des Einspritzverhaltens von Dieselinjektoren unter dem Einfluss von Alterungserscheinungen des Injektors

• Antragsteller: Professor Dr. Daniel J. Rixen; Professor Dr.-Ing. Georg Wachtmeister
• Fachliche Zuordnung: Strömungs- und Kolbenmaschinen
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 252168426

Mit Dieselmotoren ausgestattete Fahrzeuge sind aktuell meist mit der Common-Rail-Einspritztechnologie (CR) ausgerüstet. Höhere Einspritzdrücke, schnellere Ansprechzeiten und eine flexible Anpassung der Einspritzung tragen zur Einhaltung steigender Anforderungen durch Abgasnormen bei. Neben der Ermittlung des Schadstoffausstoßes bei der Zulassung von Dieselfahrzeugen gewinnt auch das Emissionsverhalten über die gesamte Lebensdauer des Motors zunehmend an Bedeutung und muss deshalb bereits bei der Motorentwicklung berücksichtigt werden. Bei Dieselinjektoren sind Verkokung, Verschleiß und Kavitation mögliche Ursachen für Alterungserscheinungen, die zu einem veränderten Einspritzverhalten führen. Da sich diese Veränderungen negativ auf den Emissionsausstoß auswirken können, sind die Langzeitfolgen von Alterungserscheinungen Gegenstand aktueller Untersuchungen. Eine gezielte Steuerung des Verbrennungsablaufs und der dabei entstehenden Schadstoffemissionen kann durch eine geeignete Abstimmung des CR-Einspritzsystems erreicht werden. Eine erfolgsversprechende Möglichkeit bietet neben der Erhöhung des Raildrucks besonders die modellbasierte Optimierung des Einspritzverhaltens während des Betriebs. In diesem Vorhaben wird eine Adaptionsmethodik entwickelt, die eine Anpassung der Ansteuerung an den aktuellen Alterungszustand des Injektors ermöglicht und damit zur Einhaltung der Emissionsgrenzwerte über die Betriebsdauer des Motors beiträgt. Zur Untersuchung der Auswirkungen von Alterungserscheinungen auf die Einspritzung werden zusätzliche Messgrößen, wie der Einspritzdruck und der Steuerkolbenhub, erfasst und anschließend verwendet, um ein detailliertes Simulationsmodell des Injektors zu validieren. Mithilfe des Injektormodells kann die Einspritzrate während des Betriebs geschätzt werden, die anschließend zur Kompensation alterungsbedingter Veränderungen verwendet wird. Mit der optimierten Einspritzung wird ein verbessertes Emissionsverhalten angestrebt, das in der bereits bewilligten Antragsperiode mit der Einspritzrate als Zielgröße der Injektorsteuerung umgesetzt wurde. Aus den bisherigen Ergebnissen ergeben sich die folgenden Punkte, die in der beantragten Verlängerung von einem Jahr weiter behandelt werden: 1) Analyse der Auswirkungen von Alterungserscheinungen auf das Gesamtmotorverhalten;2) Adaptierung und Erweiterung der bestehenden Identifikations- und Adaptionsverfahren;3) Machbarkeitsstudie einer erweiterten Injektorsteuerung zur modellbasierten Optimierung von Motorkenngrößen unter Verwendung von Mehrfacheinspritzungen.Die adaptive Injektorsteuerung wird exemplarisch anhand eines Magnetventil-Injektors umgesetzt und an einem Einzylinder-Forschungsmotor getestet. Die entwickelten Methoden sind allerdings allgemein auf Einspritzsysteme mit unterschiedlichen Injektortypen übertragbar und können für ein verbessertes Langzeitverhalten eingesetzt werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen