Aus regelungstechnischer Sicht stellt der Verbrennungsmotor eine ideale Spielwiese dar

Dipl.-Ing. Dennis Ritter (RWTH Aachen) über modellbasierte Regelung von Erdgas/Diesel-Dual-Fuel-Motoren für maritime Anwendungen

Dennis Ritter,
© Bina Engel

Woran forschen Sie?

Gemeinsam mit meinen Kollegen forsche ich an modell- und optimierungsbasierten Regelungsverfahren für Verbrennungsmotoren. Vereinfacht gesprochen, versuchen wir durch die Entwicklung neuartiger Software-Algorithmen Motoren möglichst effizient und sauber zu betreiben. Eines der Forschungsprojekte, an welchem ich – neben weiteren interdisziplinären Partnern aus dem universitären und auch industriellen Umfeld – mitgearbeitet habe, hatte die Entwicklung eines neuen Dual-Fuel Schiffsmotorenkonzeptes speziell für den Einsatz in emissionsregulierten Binnen- und Küstengewässern, sogenannten Emission Control Areas, zum Ziel. Dual-Fuel Motoren verwenden zwei Kraftstoffe, in diesem Fall Erdgas und Diesel, und können dadurch in gewisser Weise die Vorteile beider Kraftstoffe – beispielsweise hinsichtlich der CO2– und Schadstoffemissionen – kombinieren. Eine Hauptherausforderung stellt hierbei jedoch die Prozessführung und damit die Regelung des Motors dar, um einen unter allen Randbedingungen optimalen Betrieb zu gewährleisten, da nur so auch die Vorteile dieses Brennverfahrens genutzt werden können.

Welche Verbesserungen bringt das (für die maritime Branche)?

Die Themen Ressourcenschonung und Reduktion von Umweltbelastungen durch Emissionen von Treibhausgasen und Schadstoffen gehören zu den aktuell dominierenden Treibern in der maritimen Motorenentwicklung. Neben diesen Zielgrößen müssen allerdings auch Kosten-, Robustheits- und Sicherheitsaspekte berücksichtigt werden. Durch den softwareseitigen Einsatz moderner modellbasierter Regelungsverfahren lassen sich bereits ohne oder zumindest mit begrenztem zusätzlichem Hardwareaufwand vorhandene Potenziale voll ausschöpfen bzw. sogar neue schaffen.

Was fasziniert Sie daran?

Aus regelungstechnischer Sicht stellt der Verbrennungsmotor eine ideale Spielwiese dar, da er aufgrund seiner hohen Komplexität eine Vielzahl an herausfordernden systemtheoretischen Eigenschaften in sich vereint (hohe Anzahl an gekoppelten Stell- und Regelgrößen, stark nichtlineares Übertragungsverhalten und Dynamiken auf unterschiedlichen Zeitskalen, um nur einige zu nennen). Hierdurch ergibt sich die Notwendigkeit bei den verwendeten regelungstechnischen Methoden aus dem Vollen zu schöpfen, was aus Forschungsperspektive natürlich sehr reizvoll ist.  Darüber hinaus ist es faszinierend, durch das breite Anwendungsfeld von Verbrennungsmotoren, Einblicke in für mich weniger alltägliche Branchen, wie beispielsweise der maritimen, zu erhalten.

Was wird in Ihrem Forschungsbereich wichtig in den nächsten fünf Jahren?

Aus methodischer Sicht werden modellprädiktive Verfahren basierend auf Echtzeitoptimierung durch die Verfügbarkeit leistungsfähiger und kostengünstiger Steuergeräte-Hardware und ausgereifter Solver auch für den Serieneinsatz interessant werden. Aus Anwendungssicht wird aus meiner Sicht vor allem das Thema Kraftstoff-Flexibilität und damit auch die Handhabung unterschiedlichster Kraftstoffqualitäten ein starker Innovationstreiber im Bereich Motorenregelung sein.

Was werden Sie nie gefragt, würde Sie aber gerne mal sagen?

Dass Verbrennungsregelung heute und auch in Zukunft ein spannendes, interessantes und relevantes Forschungsfeld ist und sein wird, in das es sich lohnt Zeit, Energie und Leidenschaft zu investieren.

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