Echtzeitfähige Verbrennungssimulation eines Dual-Fuel Motors für eine Hardware-in-the-Loop Anwendung

Abstract

Durch die sich verschärfenden Emissionsanforderungen gewinnen Dual-Fuel-Motoren gerade bei Schiffsanwendungen immer mehr an Bedeutung. Im Vergleich zu herkömmlichen Brennverfahren sind die Verbrennungscharakteristiken des DF-Verfahrens noch nicht vollständig verstanden und durch den erhöhten Freiheitsgrad bei der Motorregelung ergibt sich ein hoher Abstimmungs- und Testaufwand. Zur Beherrschung der sich daraus ergebenden Komplexität für die Entwicklung von Motorsteuerungen, ist es erforderlich den Entwicklungsprozess durch geeignete Simulationsmethoden zu unterstützen. Um die entwickelte Software auf den Steuergeräten testen zu können wird eine Hardware-in-the-Loop-Simulation eingesetzt. Diese ermöglicht die entwickelte Software sowohl funktional als auch im Systemverbund ausführlich und automatisiert validieren zu können. Für die Durchführung der Tests mit Hilfe einer HiL-Simulation benötigt es ein entsprechend geeignetes Modell, welches die Systemreaktion durch den Eingriff der Regelungsfunktion bestimmt. Dafür wurde ein echtzeitfähiges, arbeitsspielaufgelöstes, phänomenologisches Verbrennungsmodell der DF-Verbrennung entwickelt und auf einem HiL-Prüfstand implementiert. Das Modell bildet simultan, untergliedert in Teilmodelle, die beiden bei der DF-Verbrennung auftretenden Verbrennungsprozesse ab. Der Schwerpunkt des Verbrennungsmodells liegt auf der qualitativ korrekten Abbildung der bei der Verbrennung auftretenden Phänomene. Hinzu kommt das Einhalten einer harten Echtzeitanforderung des Modells auf der verwendeten Hardware als Vorrausetzung. Die zur Abstimmung des Modelles benötigten Parameter werden mit Hilfe des mathematischen Solvers WORHP identifiziert, welches auf Basis eines SQP-Algorithmus das nichtlineare Optimierungsproblem löst. Dafür werden geeignete Parameter des Modells bestimmt und mit Hilfe von Messdaten identifiziert. Im Anschluss werden die Ergebnisse analysiert und Aussagen über die Abbildungsgenauigkeit des identifizierten Modells getroffen.