Modellbasierte Regelung eines elektrischen Verdichters zur Verbesserung des Drehmomentverlaufs und dessen Auswirkung auf die Erfüllung von «Real Driving Emissions» bei Dieselmotoren

03. November 2017

Elektrische Zusatzverdichter sind bereits länger im Gespräch zur Verbesserung des Ansprechverhaltens des Motors. In der Kombination mit der entsprechenden Software und Motorbedatung kann ein Zusatzverdichter zusätzlich zu einer Reduktion von Schadstoffemissionen beitragen. Mit dieser gemeinsamen Entwicklung von Software und Komponenten beschäftigt sich die Robert Bosch GmbH. In einem Versuchsaufbau hat Bosch einen Celeroton Turbo Kompressor CT-14-1000 an einem Dieselmotor mit einer entsprechenden Regelung kombiniert und erfolgreich getestet.

Regulierungen mit immer strengeren Vorschriften zwingen Autohersteller zu Innovationen im Bereich der Motortechnologie und Abgasnachbehandlung. Die Publikation „Control of an Electric Compressor for a Passenger Car Diesel Engine“ von G. Cornetti, A. Henle und W. Knühl, die auf der Aufladetechnischen Konferenz 2016 publiziert wurde, wirft ein neues Licht auf die Anwendung der elektrischen Zusatzverdichtung für PKW-Dieselmotoren. Die modellbasierte Regelstruktur erlaubt die schnelle Zuschaltung des elektrischen Verdichters und einen schnellen Drehmomentaufbau, die z.B. Rückschaltmanöver der Automatikgetriebe unter vielen Fahrbedingungen überflüssig macht. Die verbesserte Regelbarkeit des elektrischen Verdichters wirkt sich positiv auf die Senkung der Motoremissionen bei Beschleunigungsvorgängen aus und erlaubt damit eine verbesserte Zusammenarbeit mit dem Abgasbehandlungssystem. Sie hilft insbesondere bei der Erreichung der Emissionsziele im Strassenverkehr, die bei Gesetzgebungen unter «Real Driving Emissions» genannt sind. Um die optimierte Regelung zu testen, verwendete die Robert Bosch GmbH einen Versuchsaufbau, bei dem der Celeroton Turbo Kompressor CT-14-1000 samt Celeroton Umrichter CC-230-3500 an einem 1.7 Liter 4 Zylinder Dieselmotor als elektrischer Zusatzverdichter hinter dem bestehenden Turbolader eingesetzt wird. Das Gehäuse des Kompressors wurde dabei für Eintrittsdrücke bis 3 bar modifiziert. Ein Foto des Turbo Kompressors inklusive modifiziertem Gehäuse ist nachfolgend gezeigt.

 
Abbildung 1: Turbo Kompressor inklusive modifiziertem Gehäuse.


Bosch Gruppenleiter Luftsystem-Engineering Giovanni Cornetti zur Zusammenarbeit mit Celeroton: „Elektrische Zusatzverdichter haben ein bisher ungenutztes Potential: In Kombination mit dem entsprechenden Regelungsansatz ist eine verbesserte Zusammenarbeit mit dem Abgasnachbehandlungssystem des Dieselmotors und gleichzeitig eine Leistungssteigerung möglich. Der elektrisch angetriebene Turbo Kompressor von Celeroton ist besonders interessant, weil er sehr kompakt gebaut ist und zudem sehr gute Effizienz als auch ausreichende Leistung aufweist“. Erste Messungen bei Bosch zeigen die Wirksamkeit des Konzeptes die durch den Turbo Kompressor von Celeroton ermöglicht wird:



Abbildung 2: Messungen von Bosch.


Weitere Schritte hin zur Praxistauglichkeit des Konzeptes ist die Entwicklung eines anwendungsspezifischen Turbo Kompressors für den Einsatz in einem Fahrzeug.

Carlo Scaffidi et al. haben kürzlich in der Veröffentlichung “Electrically assisted internal combustion engines: a comparative analysis” einen Vergleich zu unterschiedlichen Hybridkonzepten publiziert. Das potentiell vielversprechendste Konzept setzt den Celeroton Turbo Kompressor CT-14-1000 zur Unterstützung eines aufgeladenen Verbrennungsmotors ein, um das so genannte Turbo-Loch zu beseitigen.

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