Modellbildung und Simulation eines Dieselmotors unter Dymola und ...

wendet, die durch eine Optimierung der jeweiligen freien Parameter an die spezifischen Motordaten
angepasst wurden. Details hierzu finden sich in [1], [6] und Abschnitt 4. Eine für
den hier gewünschten Einsatzzweck übliche Besonderheit findet sich bei Betrachtung des
Motorblocks: Hier wurde eine Mittelwertmodellierung gewählt, d.h. es werden nicht die einzelnen
Arbeitsspiele der Zylinder berücksichtigt, sondern der Motor wird als kontinuierlich
durchströmt angesehen und durch Mitteldrücke und mittlere Massenströme und Temperaturen
repräsentiert. Dies bringt immense Vorteile beim Rechenzeitbedarf, so dass die gewünschte
Echtzeitfähigkeit erhalten bleibt, ohne die gewünschte Genauigkeit im Bereich von
5-10% Abweichung zu verletzen
Für die Entwicklung der Ansätze wurde zu Beginn eine detaillierte Vermessung aller Motor-
Komponenten durchgeführt, um eine fein aufgelöste Untersuchung der Modelle gewährleisten
zu können. Für einen Transfer der Ansätze, die als gut übertragbar verifiziert wurden,
sind deutlich geringere Datenmengen ausreichend. Bei vorliegenden Daten zum gewünschten
Motor ist so eine Modellierung des gesamten Systems in 2-3 Wochen möglich.
4 Modellierungsbeispiele
Das vorliegende Modell ist von der Grundstruktur aus modular und hierarchisch aufgebaut.
Eine Unterteilung in Teilmodelle erfolgt sowohl anhand physikalischer Baugruppen, wie z.B.
„Verdichter“, „Motorblock“, Luftsystem“ oder „Turbine“ auf der obersten Ebene, als auch in
logische Einheiten, wie z.B. „Hochdruck-Prozess“ und „Ladungswechsel“ innerhalb des Motorblocks.
Im Folgenden werden exemplarisch einige Ansätze vorgestellt.
4.1 Hochdruck-Prozess im Motorblock
Für Motormodelle sind diverse Vergleichsprozesse bekannt, wie z.B. der Seiliger-Prozess
oder der Verbrennungsverlauf nach Vibe und Woschni. Diesen Ansätzen bilden jedoch alle
den Druckverlauf über ein Arbeitsspiel des Motors ab und sind daher zunächst für ein Mittelwertmodell
nicht verwendbar. Der über einen Zyklus analytisch gebildete Mittelwert einer
solchen Gleichung sollte allerdings in der Lage sein, entsprechende Werte zu beschreiben
und sich mit entsprechend „langsam“ gemessenen Daten decken. Problematisch hierbei ist
aber genau die analytische Mittelwertbildung, da sich längst nicht für alle Gleichungen eine
geschlossene, rein algebraische Form finden lässt. Für den indizierten Mitteldruck am Motor
ergibt sich aus dem Leistungsgleichgewicht folgener Zusammenhang:
p
mi
η ⋅m&
⋅H
=
inV ⋅ ⋅
thVP , B u
H
(4.1)