Mit Simulation zur betriebskostenoptimierten Motorkalibrierung

Abstract

Die DEUTZ AG entwickelt, basierend auf einem bestehendem EU Stufe V Motor, einen neuen Motor für den chinesischen Markt ohne Abgasrückführung (AGR). Mit Einführung der China IV Gesetzgebung, welche aktuell als Entwurf vorliegt, wird erstmalig die sogenannte „In-Service Conformity“ Richtlinie im Bereich der mobilen Arbeitsmaschinen aktiv. Ähnlich zu den „Real Driving Emissions“ (RDE) bei PKW-Anwendungen, schreibt diese Richtlinie u.a. vor, die Emissionen einer Arbeitsmaschine in relevanten Arbeitszyklen zu messen. Auf den gesetzlichen Emissionsgrenzwert im Zertifizierungszyklus bezogen, darf der Wert einen vorgegebenen „Conformity Factor“ (CF) nicht überschreiten.

Die gesetzlichen Grenzwerte sind zwar vergleichsweise hoch, jedoch wird das übernommene Abgasnachbehandlungssystem durch den Entfall der AGR unter deutlich geänderten Randbedingungen betrieben: Mit erhöhtem NO_X-Niveau steigt das Kristallisationsrisiko, ein höherer Massenstrom hat direkten Einfluss auf die Raumgeschwindigkeiten und die niedrigere Temperatur erschwert eine frühzeitige Dosierfreigabe im Zyklus. Weiterhin sinkt durch die fehlende AGR die Variabilität in der Verbrennungsabstimmung und die innermotorische Kraftstoffeinsparung steht in direkter Konkurrenz mit einem niedrigem Roh-NO_XNiveau.

Um bereits während der Entwicklung das größtmögliche Betriebskostenpotential heben zu können, soll ein ganzheitlicher Kalibrieransatz mit Hilfe unterschiedlicher Simulationen verfolgt werden:

Als primäres Ziel soll die Summe der Kosten für Kraftstoff und AdBlue® in relevanten Arbeitszyklen minimiert und dabei sowohl die Emissionsgrenzwerte in den Zertifizierungszyklen wie auch bei In-Service Conformity Tests eingehalten werden. Die möglichen Dosiermengen werden aufgrund des höheren Kristallisationsrisikos in Abhängigkeit der Abgastemperatur und des -massenstroms beschränkt. Als Einflussgrößen werden Einspritzparameter, wie bspw. Einspritzzeitpunkt und -druck, sowie Sollwerte der AdBlue® Dosierregelung herangezogen. Dazu wird der Motor über Neuronale Netze dargestellt und die Emissionen, Massenströme und Temperaturen in die Simulation der Abgasnachbehandlung überführt. In jedem Optimierungsschritt werden so die Emissionen und die Kosten jeweils für die Zertifizierungs- und mehrere relevanten Arbeitszyklen berechnet.