Ein Beitrag zur Analyse der Zyklus-Schwankungen des max. Zylinderdruckes bei Großgasmotoren

Abstract

Ziel dieser Arbeit war es, eine Praediktion des maximalen Zylinderdruckes vornehmen zu können, wobei das zur Praediktion erforderliche Modell, aus dem Messdaten des Zylinderdrucks gebildet werden sollte. Dies bedeutet, dass das Modell aus einer rein signalbasierten Analyse ohne Berücksichtigung physikalischer Vorgänge resultieren soll. Das Kernstück der Dissertation bilden daher Methoden bzw. Algorithmen mit welchen man in der Lage ist, deterministisch-chaotische Signale zu bewerten bzw. eine Unterscheidung zwischen deterministisch-chaotischem und stochastischem Verhalten durchzuführen. Es wurde eine umfangreiche Literaturstudie durchgeführt und Methoden der linearen und nichtlinearen Systemanalyse aus verschiedenen Teilgebieten der Physik, der Medizin (EEG), der Netzwerktechnik, der Spracherkennung, usw. für die vorliegende Aufgabenstellungen adaptiert. Weiters wurden Methoden zum Auffinden von Strukturen in hochdimensionalen Datenräumen für die Untersuchung verwendet. Es wurden die Druckverläufe bzw. charakteristische Größen aus den Druckverläufen analysiert. In Abhängigkeit von der an die Analyse gestellten Aufgabe wurden die Randbedingungen der Messungen variiert. So wurden Messungen mit konstanter Leistung bei Variation des Luftverhältnisses durch geführt, anhand derer gezeigt werden konnte, dass nur die Position des maximalen Druckgradienten vom Luftverhältnis abhängt. Weiters wird gezeigt, dass die Komplexibilität des Signals mit abnehmendem Luftverhältnis zunimmt. Dies bestätigt den Verdacht, dass die Interaktionen zwischen den Zyklen verursacht durch den Restgaseintrag mit zunehmenden Luftverhältnis stärker werden. Es stellte sich heraus, dass der maximale Druck global durch einen autoregressiven Prozess erster Ordnung mit einem sehr hohen Rauschanteil dargestellt werden kann. Anhand von Messungen mit variablem Züundzeitpunkt konnte gezeigt werden, dass der Erwartungswert des max. Druckes durch den Zündzeitpunkt vorgegeben werden kann. Weiters zeigte sich anhand dieser Messungen, dass die Schwankungen nur vom absoluten Betrag des Erwartungswertes des Druckes abhängen und somit leistungsbezogen sind. Auch ist der Versuch unternommen worden, die vorhandenen Messdaten an zwei aus der Literatur bekannte Motormodelle anzupassen. Diese Modelle wurden sowohl hinsichtlich ihrer dynamischen Eigenschaften als auch bezüglich ihrer Parameterempfindlichkeit untersucht. Beide Modelle beschreiben einen deterministisch-chaotischen Prozess, wobei für das Erreichen dieser Dynamik zum Teil physikalisch nicht realistische Annahmen bezüglich der Parameter getroffen werden müssen.