Co-Simulation einer Hochdruckpumpe gekoppelt mit Common-Rail-Hydrauliksystem

Herausforderung dieses Projekts war die gekoppelte Simulation zweier komplexer Systeme — die Co-Simulation einer Hochdruckpumpe (inklusive Antriebssystem) verbunden mit dem Common- Rail-Hydrauliksystem. Dabei wurde die detailgenaue elastohydrodynamische Leckage-Simulation zwischen Kolben und Zylinderwand der Hochdruckpumpe mit einbezogen. Unter simulationstechnischen Gesichtspunkten können Common-Rail- Systeme in ein mechanisches und ein hydraulisches Teilsystem zerlegt werden. Die Hochdruckpumpe inklusive Rädertrieb stellt hierbei den mechanischen Teil dar und die Pumpenhydraulik inklusive Common-Rail-System den hydraulischen Teil.

Für die gekoppelte Berechnung des Gesamtmodells wurden verschiedene Co-Simulationsverfahren eingesetzt und miteinander verglichen. Die Verfahren unterschieden sich hinsichtlich numerischer Stabilität und Rechenzeiteffizienz. Über voll gekoppelte Simulationen können Rückkopplungseffekte berücksichtigt werden, welche mit den konventionellen entkoppelten Analysetechniken nicht erfasst werden. Dies betrifft insbesondere die Simulation von Resonanzeffekten des Gesamtsystems, also Schwingungsformen des gekoppelten Mechanik-/Hydrauliksystems. Das Vorhaben wurde aus Mitteln des BMWi über die AiF (16060 N/1-3) finanziert.

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Prinzip der Co-Simulation

FORSCHUNGSSTELLEN:

1. FACHGEBIET MEHRKÖRPERSYSTEME (MKS), UNI KASSEL

2. INSTITUT FÜR FLUIDTECHNISCHE ANTRIEBE UND STEUERUNGEN (IFAS), RWTH AACHEN

3. INSTITUT FÜR MASCHINENELEMENTE UND KONSTRUKTIONSTECHNIK (IMK), UNI KASSEL

OBMANN:

DR.-ING. CLAUDIO LONGO,

CONTINENTAL

Regelungsstruktur für NOx- und Ruß-Rohemissionen

Die Reduktion der Schadstoffemissionen von Dieselmotoren führt dazu, dass ein aufwendiger Kalibrierprozess sowie teure Abgasnachbehandlungssysteme nötig sind, um die gesetzlichen Vorschriften noch einhalten zu können. Dieses Projekt hat zum Ziel, durch die Einbindung der NOx- und Ruß-Rohemissionen in das Motormanagement, das Einhalten der gesetzlichen Sollwerte und damit die Kalibrierung zu vereinfachen. Zu diesem Zweck wurde eine Regelungsstruktur inklusive Beobachter entwickelt und am Prüfstand implementiert, welche die NOx- und Ruß-Rohemissionen von Dieselmotoren auf die gewünschten Sollwerte regelt. Die Leistungsfähigkeit der Regelungsstruktur wurde mit verschiedenen Experimenten inklusive Fahrzyklen validiert. Dabei konnte gezeigt werden, dass mit vernachlässigbarem Kalibrieraufwand stark variierende Emissionsstrategien umgesetzt und Drifteinflüsse größtenteils eliminiert werden können. Das Vorhaben wurde aus Eigenmitteln der FVV und dem Schweizer Bundesamt für Umwelt BGAFU finanziert.

Forschungsstelle:

Institut für Dynamische Systeme

und Regelungstechnik (IDSC),

ETH Zürich

Labor für Aerothermochemie und Verbrennungssysteme (LAV), ETH Zürich

Obleute:

Dr. Josef Steuer, Daimler AG

Peter Lauer,

MAN Diesel & Turbo SE