Emissionsminderung beim Kaltstart durch modellbasierte Motorsteuerung

Ziel der Arbeit war, das Potenzial einer zylinderdruckbasierten Steuerung eines Ottomotors im Kaltstart aufzuzeigen. Im Rahmen dieser Arbeit wurde das Kaltstartverhalten eines Vierzylinder-Ottomotors mit äußerer Gemischbildung hinsichtlich seines Minderungspotentials bezüglich der HC-Emissionen und des Kraftstoffverbrauchs untersucht. Anschließend wurde ein thermodynamisch basiertes Ansteuermodell für den Kaltstart und den sich daran anschließenden Warm lauf entwickelt. Dieses Modell nutzt das Zylinderdrucksignal als Hauptmessgröße zur Bestimmung des Luftliefergrades. Für die anderen Einflussgrößen, wie z. B. die Gastemperatur und den Restgasanteil im Zylinder, wurden thermodynamische Modelle entwickelt bzw. für den Kaltstart modifiziert. Die physikalischen Vorgänge bei der Gemischbildung im Saugrohr und im Zylinder, vor allem die bei niedrigen Temperaturen problematischen Effekte der Wandfilmbildung und der Kraftstoffverdampfung, wurden theoretisch und experimentell untersucht. Im Ansteuermodell wird die Kompensation des verzögerten Gemischtransportes durch eine Mehr- oder Mindereinspritzung realisiert. Die zeitliche Zuordnung der sequentiellen Einspritzung im Arbeitsspiel sorgt ab Startbeginn für gute Gemischaufbereitungsbedingungen. Der Zündzeitpunkt wird zylinder- und zyklusindividuell an die im Zyiinder ablaufenden Vorgänge angepasst. Die modellbasierte Berechnung der Steuergrößen wurde hinsichtlich des Laufverhaltens und der Rohemissionen überprüft. Es wurde gezeigt, dass die modellbasierte Steuerung des Kaltstarts auf Basis des Zylinderdrucksignals möglich ist. Die HC-Rohemission kann durch individuelle Berücksichtigung jedes einzelnen Arbeitsspiels reduziert werden. Außerdem verringert sich gegenüber Serienmotoren der Applikationsaufwand, durch die Benutzung physikalisch basierter Modelle.