Um die gesetzlichen Grenzwerte für CO2-Emissionen bei Pkws auch zukünftig einhalten zu können, ist neben der Elektrifizierung des Antriebsstrangs auch die Optimierung der Verbrennung im Motor erforderlich, um den Wirkungsgrad des Antriebs zu verbessern. Für die Verbrennungsoptimierung werden Informationen über die Energieumsetzung im Zylinder benötigt. Die entscheidende physikalische Größe ist dabei der Verlauf des Verbrennungsdrucks, aus dem weitere wichtige Kenngrößen abgeleitet werden können. Mit diesen Informationen kann die klassische kennfeldbasierte Motorsteuerung zu einem geschlossenen Regelkreis erweitert werden, wodurch der Verbrennungsprozess optimiert werden kann. Zur Bestimmung des Zylinderdrucks ist ein zusätzlicher Drucksensor erforderlich, der einen direkten Zugang zum Zylinder benötigt. Dadurch würden jedoch die Kosten und der Bauraum steigen, was für eine Serienanwendung ungeeignet ist. Aus diesem Grund wird in dieser Arbeit das Potential sogenannter Self-sensing-Aktoren (z.B. Piezoaktoren) genutzt, die gleichzeitig aktorische und sensorische Aufgaben unabhängig voneinander durchführen können. Hierzu wird ein Einspritzventil entwickelt, das neben dem gewohnten Injizieren des Kraftstoffs auch den Zylinderdruck bestimmen kann. Der Vorteil dieses Ansatzes ist, dass für die Sensorik weder zusätzliche Kosten anfallen noch Platz im Zylinderkopf zur Verfügung stehen muss. Um diese beiden widersprüchlichen Eigenschaften optimieren zu können, werden physikalische Netzwerkmodelle verwendet. Dabei wird insbesondere auch der Piezoaktor untersucht, der mit seinen sensorischen Eigenschaften die zentrale Komponente bei dieser Aufgabenstellung ist. Basierend auf diesen Ergebnissen wird ein Injektor-Labormuster entwickelt und aufgebaut. Für die Adaption des zeitvarianten elektromechanischen Piezo-Kopplungsparameters wird ein Injektormodell erstellt, dessen Ordnung zur Verringerung der Rechenzeit soweit wie möglich reduziert wird. Wie in den Injektormessungen dieser Arbeit zu sehen ist, wirken während der Sensorphase Störungen auf das System ein, die eine Rekonstruktion des Zylinderdrucks erschweren. Aus diesem Grund werden die Ursachen dieser Störungen mithilfe verschiedener Versuche und Messungen analysiert. Anhand dieser Ergebnisse wird ein physikalisches Modell erstellt, mit dem die Störungen kompensiert werden können. Des Weiteren wird in der Arbeit ein Ansatz vorgestellt, wie der Injektor mit dessen sensorischen Eigenschaften auch unkontrollierte Selbstzündungen, die als Motorklopfen bezeichnet werden, erfolgreich detektieren kann. Zum Schluss der Arbeit werden die verschiedenen Ansätze und Modelle anhand von Prüfstandsversuchen validiert. Hier wird gezeigt, dass insbesondere die Höhe und Lage des Spitzendrucks gut rekonstruiert werden können. Die daraus resultierenden „kostenlosen“ Informationen könnten für eine Regelung des Verbrennungsprozesses herangezogen werden, um den Wirkungsgrad zu erhöhen. Bei den Motorversuchen wird anhand einer klopfender Verbrennung gezeigt, dass der Injektor mithilfe eines zusätzlichen, jedoch fast kostenneutralen Filterentwurfs problemlos als Klopfsensor geeignet ist und somit den vorhandenen, serienmäßig verbauten Sensor kostensparend ersetzen kann.    «

Um die gesetzlichen Grenzwerte für CO2-Emissionen bei Pkws auch zukünftig einhalten zu können, ist neben der Elektrifizierung des Antriebsstrangs auch die Optimierung der Verbrennung im Motor erforderlich, um den Wirkungsgrad des Antriebs zu verbessern. Für die Verbrennungsoptimierung werden Informationen über die Energieumsetzung im Zylinder benötigt. Die entscheidende physikalische Größe ist dabei der Verlauf des Verbrennungsdrucks, aus dem weitere wichtige Kenngrößen abgeleitet werden können....    »