Simulationsmodell eines elektronisch geregelten 6-Zyl.-Dieselmotors FH-Lippe, FB 6 Prof. Dr.-Ing. Schmitt Simulation im Maschinenbau Dresdner Tagung Simulation im Maschinenbau Softwaretools und Anwendungen in Lehre, Forschung und Praxis 24. /25. Februar 2000 Vortrag Simulationsmodell eines elektronisch geregelten 6-Zyl.-Dieselmotors

Simulation im Maschinenbau FH-Lippe, FB 6 Prof. Dr.-Ing. Schmitt Simulation im Maschinenbau Pedalwert 0...100% Steuergerät Kraftstoffmenge Spritzbeginn Dieselmotor Lastmoment Motordrehzahl Strukturbild der elektronischen Dieselregelung

Simulation im Maschinenbau FH-Lippe, FB 6 Prof. Dr.-Ing. Schmitt Simulation im Maschinenbau Kraftstoffmenge Spritzbeginn Lastmoment - + M_ke M_r M_m M_v M_a Drehwinkel Verbrennungs- moment Kompressions-/ Expansionsmoment Motordynamik Motordrehzahl Massenmoment Reibmoment Strukturbild Dieselmotor

Simulation im Maschinenbau Abbildungsverfahren der Verbrennung FH-Lippe, FB 6 Prof. Dr.-Ing. Schmitt Simulation im Maschinenbau Abbildungsverfahren der Verbrennung Fourier-Reihen Kennfelder Druckverlauf muß bekannt sein Gasdruckmomente darstellbar instationäre Vorgänge nur schwer erfaßbar große Datenmenge nur das mittlere Drehmoment des Motors darstellbar periodische Gasdruckmomente nicht darstellbar Momentenverläufe müssen am Motor aufgenommen werden keine innermotorische Betrachtung

Simulation im Maschinenbau FH-Lippe, FB 6 Prof. Dr.-Ing. Schmitt Simulation im Maschinenbau Prozessrechnung genaue Abbildung der Verbrennung mittels Vibe-Brennfunktion Darstellung der periodischen Gasdruckmomente mittels Einzonenmodell instationäre Vorgänge darstellbar handhabbare Datenmenge

Simulation im Maschinenbau FH-Lippe, FB 6 Prof. Dr.-Ing. Schmitt Simulation im Maschinenbau Einzonenmodell Zustandsgleichung Massenbilanz Energiebilanz

Simulation im Maschinenbau FH-Lippe, FB 6 Prof. Dr.-Ing. Schmitt Simulation im Maschinenbau Endgleichungen des Einzonenmodells Drucksteigerung Temperatursteigerung

Simulation im Maschinenbau FH-Lippe, FB 6 Prof. Dr.-Ing. Schmitt Simulation im Maschinenbau Vibe-Ersatzbrennverlauf

Simulation im Maschinenbau FH-Lippe, FB 6 Prof. Dr.-Ing. Schmitt Simulation im Maschinenbau EB VB m_k(soll) dQB/d [J/°] [kg] m_k(soll) Beispiel eines Brennverlaufes (Vibe)

Simulation im Maschinenbau Beispiel eines Druckverlaufes FH-Lippe, FB 6 Prof. Dr.-Ing. Schmitt Simulation im Maschinenbau pv VB m_k(soll) [kg] EB  [bar] Beispiel eines Druckverlaufes

Simulation im Maschinenbau Darstellung des Zylinderdruckes FH-Lippe, FB 6 Prof. Dr.-Ing. Schmitt Simulation im Maschinenbau Darstellung des Zylinderdruckes bar bar 100 100 p 90 90 p ges 80 80 70 70 60 60 50 v p 50 40 40 p_ ke 30 30 20 20 10 10 ° ° 90 90 180 180 270 270 360 360 450 450 540 540 630 630 720 720 OT UT OT UT OT j

Simulation im Maschinenbau FH-Lippe, FB 6 Prof. Dr.-Ing. Schmitt Simulation im Maschinenbau Berechnung des Kompressions- / Expansionsdruckes Zylinder- Arbeitsvolumen V_z p_ke(phi) Arbeitsspiel 720°KW Druck Kompression-Expansion p_ke(180°KW-540°KW) Eingangsgröße Drehwinkel  p_L p_ke  (720°)

Simulation im Maschinenbau Beispiel eines Temperaturverlaufes FH-Lippe, FB 6 Prof. Dr.-Ing. Schmitt Simulation im Maschinenbau EB VB m_k(soll) Tv [kg] [K]  Beispiel eines Temperaturverlaufes

Simulation im Maschinenbau FH-Lippe, FB 6 Prof. Dr.-Ing. Schmitt Simulation im Maschinenbau Darstellung der Brennraumtemperatur K K T 2000 2000 T ges 1500 1500 v T 1000 1000 T ke 500 500 ° ° 90 90 180 180 270 270 360 360 450 450 540 540 630 630 720 720 OT UT OT UT OT j

Simulation im Maschinenbau Darstellung des Antriebsmomentes FH-Lippe, FB 6 Prof. Dr.-Ing. Schmitt Simulation im Maschinenbau Darstellung des Antriebsmomentes M Nm Nm Reibmoment 2500 2500 2000 2000 Massenmoment 1500 1500 Kompressions- Expansionsmoment 1000 1000 500 500 Verbrennungsmoment Antriebsmoment -500 -500 ° ° -1000 -1000 90 90 180 180 270 270 360 360 450 450 540 540 630 630 720 720 j OT UT OT UT OT

Simulation im Maschinenbau Strukturbild Steuergerät FH-Lippe, FB 6 Prof. Dr.-Ing. Schmitt Simulation im Maschinenbau Strukturbild Steuergerät Motordrehzahl Pedalwert Vollast- Begrenzung Enddrehzahl- Regler Leerlauf- Regler Fahrverhalten- Kennfeld m_End m_Begrenz + m_Fahr m_LL Minimal - Auswahl Kraftstoffmenge Spritzbeginn- Kennfeld Spritzbeginn

Simulation im Maschinenbau Regelung der Enddrehzahl FH-Lippe, FB 6 Prof. Dr.-Ing. Schmitt Simulation im Maschinenbau Regelung der Enddrehzahl Makro Enddrehzahlregler: Rückgekoppelter PI-Regler

Simulation im Maschinenbau FH-Lippe, FB 6 Prof. Dr.-Ing. Schmitt Simulation im Maschinenbau Simulationsmodell 6-Zyl.-Dieselmotor

Simulation im Maschinenbau FH-Lippe, FB 6 Prof. Dr.-Ing. Schmitt Simulation im Maschinenbau Antriebsmoment an Zylinder 1 bzw. Gesamtantriebsmoment an der Kurbelwelle

Simulation im Maschinenbau FH-Lippe, FB 6 Prof. Dr.-Ing. Schmitt Simulation im Maschinenbau Verhalten von Einspritzmengenstreuungen auf den Drehzahlverlauf Zyl. 1 mit m_k(stör) : + 2mg Kraftstoff Zyl. 3 mit m_k(stör) : - 1mg Kraftstoff Zyl. 5 mit m_k(stör) : + 5mg Kraftstoff

Simulation im Maschinenbau FH-Lippe, FB 6 Prof. Dr.-Ing. Schmitt Simulation im Maschinenbau Verwendungszweck des Simulationsmodells Simulation in der Ingenieurausbildung - Verständnis der komplexen Teilprozesse - mechatronische Gesamtbetrachtung des Systems Untersuchung der dynamischen Beanspruchung verschiedener Motorkomponenten Systementwicklung in der Kraftfahrzeugtechnik - Laufruheregelung - Fahrgeschwindigkeitsregelung, -begrenzung - Ruckeldämpfer - Zylinderabschaltung etc. Dynamikuntersuchungen an Fahrzeugsträngen unter Verwendung einer realitätsnahen Antriebsquelle