Das Teilprojekt umfasst die Entwicklung und Erprobung einer simulationsbasierten Methode für die Synthese von Fuel Cell Hybrid Electric Vehicles (FCEVs) und Battery Electric Vehicles (BEVs). Damit ist eine optimale Auslegung der Antriebskomponenten zu realisieren, insbesondere der Energiespeichersysteme, unter Berücksichtigung ihrer dynamischen Wechselwirkungen im Gesamtsystembetrieb. Das bei dem Forschungsvorhaben entstehende Entwicklungswerkzeug basiert auf der Nutzung komponentenbasierter und frei parametrierbarer Simulationsmodelle, die sich leicht an andere Fahrzeugtypen oder Anwendungen anpassen lassen. Somit entsteht eine Dienstleistung oder Transferleistung für das CMD, mit der Komponentenentwickler (z.B. aus der Zulieferindustrie) bei der Bewertung ihres Produktes auf Gesamtsystemebene unterstützt werden können.

Projektziel ist die Entwicklung eines echtzeitfähigen Simulationsmodells für FCEV und BEV mit Fokus auf Energiemanagement und Antriebsauslegung. Die der Anwendbarkeit von Methoden zur automatisierten Auslegung von Antriebssystemen auf Basis von maschinellen Lernverfahren und nichtlinearer Optimierung werden untersucht und validiert.

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Das Teilprojekt besteht aus der Erprobung verschiedener Komponenten eines Brennstoffzellen-elektrischen-Antriebsstranges auf dem Prüfstand. Dabei stehen die Einflussfaktoren der PEM-Brennstoffzelle im Fokus, zu denen unter anderem die Befeuchtung, Degradation und Stöchiometrie gehören. Auf Basis von Messdaten kann das reale Systemverhalten bestimmt werden, welches für die Validierung des digitalen Zwillings und Verifizierung der Simulationsmethodik notwendig ist. Zudem erfolgt eine energetische Untersuchung sowie mögliche vibroakustische Analyse der kritischen Komponenten (Sub-Systeme: Wasserstoff-, Luft-, Wassermanagement), um Potentiale im Bereich des Energiemanagements zu identifizieren.

Das Projektziel umfasst zum einen die Entwicklung von automatisierten Prüfabläufen und Ableitung von Test- und Raffzyklen. Zum anderen wird eine Methodik für die System- und Komponententestung und -auslegung eines FCEV in der frühen Entwicklungsphase hinsichtlich des vibroakustischen, energetischen und System-Verhaltens generiert. Dies erfolgt auf Basis der Umsetzung und Entwicklung einer modellbasierten Transferpfadanalyse eines Brennstoffzellen-elektrischen Fahrzeuges.

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Im Rahmen des Projekts TRAINS UV15 wird ein Konzept zur Umrüstung eines dieselmotorischen Triebzugantriebs auf einen Wasserstoff-Verbrennungsmotor entwickelt. Dabei werden verschiedene innovative Technologien mit Fokus auf Gemischbildung, Zündung und Verbrennung von Wasserstoff untersucht. Ziel des Projekts ist es, eine vollständige Umrüstung des Dieselmotors auf Wasserstoff im Triebzug zu realisieren und gleichzeitig einen sicheren Fahrbetrieb zu gewährleisten. Zudem soll angestrebt werden, die Diesel-Volllastlinie möglichst zu erreichen. Das Teilvorhaben des Lehrstuhls für Energiewandlung für mobile Anwendungen im Projekt TRAINS UV15 umfasst die akustische Vermessung und Analyse des Motors, die simulative Vorauslegung der Motorparameter für das Betriebskennfeld anhand eines prüfstandnahen Simulationsmodells sowie die simulative Untersuchung in der 3D-CFD. Diese Arbeiten dienen der Unterstützung und Optimierung der Entwicklung, Umrüstung und Zulassung eines Motors für den Wasserstoffbetrieb.

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Das Projekt zielt darauf ab, die Leistungsdichte eines schadstofffreien Kreislaufmotors zu steigern, der derzeit von der WTZ Roßlau gGmbH betrieben wird. In Zusammenarbeit mit dem IMS der Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg werden Maßnahmen wie die Erhöhung des Kraftstoffanteils, die Anpassung des Verdichtungsverhältnisses und die Umstellung auf ein 2-Takt-Prinzip umgesetzt. Die limitierende Größe des aktuellen Systems, der maximale Wasserstoffmassenstrom des Injektors, soll durch die simulative Analyse der Injektorgeometrie optimiert werden. Die geplanten Veränderungen könnten zu erhöhter mechanischer und thermischer Belastung sowie einem gesteigerten Risiko für Verbrennungsanomalien führen, was durch Simulationen und Tests am Motorenprüfstand untersucht wird. Die Erkenntnisse sollen nicht nur für den vorgesehenen 4-Takt-Motor, sondern auch für Großmotoren mit 2-Takt-Prinzip übertragbar sein, wobei der Fokus auf der Beschreibung physikalischer Phänomene liegt, um eine Skalierbarkeit auf Motoren mit größeren Bohrungen sicherzustellen.

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Projektziel: Untersuchung der Integration von flüssigem LPG in einem 1-Zylinder-Otto-Motor und Vergleich mit konventionellem Kraftstoff.
Der Motorprüfstand muss umgebaut werden, um den LPG-Betrieb vorzubereiten. Nach dieser Anpassung des Systems werden umfangreiche Messungen und Analysen mit LPG durchgeführt.

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Im Rahmen des Projektes werden neuartige passive sowie aktive Geräuschminderungsmaßnahmen entwickelt und verifiziert. Bei den passiven Maßnahmen kommen neuartige Materialpaarungen zum Einsatz und bei den aktiven Methoden werden im Hochvoltbereich kollokale Regelungsstrukturen erprobt. Es wird versucht, eine direkte Geschwindigkeitsrückführung so zu implementieren, dass die Schwingungsamplituden in einem großen Frequenzbereich reduziert werden können. Dazu müssen adaptive Regler und Filter entwickelt werden.

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Im Rahmen dieses Projekts erfolgt aufbauend auf den Ergebnissen von UV 1.1 Studien zu Dieselersatzlösungen für Bestandszüge die konkrete Umrüstung und Auslegung eines dieselmotorischen Triebzugantriebs auf ein Wasserstoff-Erdgas-Verbrennungsmotors. Dazu wird im ersten Schritt das Aufladesystem für den H₂-CNG-Motorbetrieb ausgewählt, auf dem Anwendungsfall im Triebzug angepasst und dessen Lastregelung ausgelegt. Anschließend erfolgen, auf Basis von Messdaten des realen Motoraggregats, Modellanpassungen am 1D und CFD-Modell. Diese Modelle sind im Vorgängerprojekt entwickelt worden. Weiter wird prädiktiv die entstehenden Abgasemissionen in der Modellrechnung bestimmt und auf Basis dessen das Abgasnachbehandlungssystem ausgelegt. Abschließend erfolgt die Anpassung der Steuerzeiten und Zündeinstellungen sowie der Injektoren, der Aufladung und der Abgasrückführung an den realen Motorbetrieb. Ziel dieses Projekts ist die Umrüstung des Dieselmotors auf Wasserstoff-Erdgas-Betrieb abzuschließen, sodass dieser im Folgeprojekt in den Triebzug eingesetzt werden kann.

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Zur effizienteren Bewertung der thermischen Betriebssicherheit (TBS) wurde ein physikalisches Fahrzeugmodell erstellt, welches für unterschiedliche Antriebskonzepte Aussagen über die kritischen Bauteile bzw. Baugruppen ermöglicht. Hierbei sollen die Analyse der Wärmeverteilung und -ausbreitung, mithilfe definierten Temperaturzonen, von den kritischen auf angrenzende Baugruppen im Vordergrund stehen. In dem zu erstellenden Modell wurden alle drei Formen des Wärmetransports, Wärmeleitung, -strahlung sowie -strömung berücksichtigt. Das erstellte Fahrzeugmodell wurde anhand von Mess- und Simulationsdaten, welche vom Auftraggeber zur Verfügung gestellt wurden, empirisch so verbessert, dass es zur Konzeptbewertung hinsichtlich der TBS für unterschiedliche Antriebssysteme geeignet ist.

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Kompetenz in Elektromobilität 2
Im Rahmen des öffentlich geförderten Projektes "Kompetenz in Elektromobilität 2" (KeM II) liegt der Schwerpunkt einerseits im Aufbau eines Prüfzentrums in Form des "Center for Method Development" (CMD) in Barleben. Andererseits sollen energieeffiziente Prozesse beim Aufbau eines Forschungsfahrzeuges methodisch entwickelt und angewendet werden.
In diesem Zusammenhang ist der Lehrstuhl "Energiewandlungssysteme für mobile Anwendungen" (EMA) des Instituts für Mobile Systeme (IMS) im Bereich der Brennstoffzellenfahrzeuge tätig. Für das Prüfzentrum CMD wurden die Arbeitspakete der Auslegung, Konzeption, Planung und Betreuung der Brennstoffzellen-Prüfstände vom IMS-EMA übernommen. Zu den weiteren Aufgaben gehört unter anderem die Einarbeitung und Vorbereitung der Inbetriebnahme der Prüfstände. Dafür ist es notwendig einen Versuchsträger auszuwählen und zu beschaffen.
Des Weiteren umfasst das Forschungsprojekt "KeM II" die Anwendung digitaler Entwicklungsmethoden für die automatische Synthese von FCEV und BEV. Das Ziel ist es diese Methoden im Rahmen einer Komponenten- und Systemauslegung sowie Fahrzeugintegration eines PEM-Brennstoffzellen-Systems bei der Umrüstung eines Forschungsfahrzeuges anzuwenden. Für die Bearbeitung dieser Themenstellungen erfolgt derzeit eine Skizzenausarbeitung und die Projektvorbereitung. Parallel dazu wird das Gesamtfahrzeug-Simulationsmodell eines Brennstoffzellenfahrzeuges angepasst, damit die zukünftige Anwendbarkeit gewährleistet werden kann. Zusätzlich dazu werden studentische Arbeiten in diesem Themengebiet betreut.

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Es werden verschiedene PKW-Antriebskonzepte akustisch miteinander verglichen. Dafür werden standardisierte Luft- und Körperschallmessungen durchgeführt. Zusätzlich kommen als spezielle Messtechniken Mikrofonarrays und Kunstköpfe zum Einsatz.
Die Messungen finden in einem umgebauten Motorakustikprüfstand statt. Eingebaut wurde ein Batteriesimulator, ein Zwischengetriebe zur Anpassung von Drehmoment und Drehzahl sowie die entsprechende elektrische Verkabelung für den Hochvoltbereich. Angepasst wurden zudem die Steuerung und Regelung des Prüfstandes. E-Motoren sind zwar leiser als die klassischen Verbrenner, hören sich aber nicht unbedingt angenehmer an, vor allem nicht im Innenraum.

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Das Projekt konzentriert sich auf alternative Ottokraftstoffe, insbesondere synthetische Kraftstoffe, durch eine gründliche Literaturrecherche und die Analyse von Wirkungsgradketten in ihrer Produktion. Das Ziel besteht darin, eine fundierte Empfehlung für einen synthetischen Kraftstoff abzuleiten, der für einen Sportwagenmotor optimal geeignet ist.

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Dieses Projekt dient der erweitereten Analyse und Vermessung von Filterblättchen, die mit Partikeln beladen sind. Dazu wird eine gravimetrische Methode angewandt und wissenschaftlich bewertet; inklusive Vor- und Nachkonditionierung der Filter nach ISO 8178.

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Die zunehmende Elektrifizierung in Fahrzeugen, die software-geführte Steuerung und Regelung sowie die steigende Komplexität der Antriebssysteme stellen hohe Anforderungen an die Diagnose und Überwachung im Fahrbetrieb. Durch die Verschärfung der Abgasnorm werden moderne Fahrzeuge mit Ottomotor mit einem Benzinpartikelfilter ausgestattet. Zur Überwachung dieses abgasrelevanten Bauteils fordert der Gesetzgeber und Hersteller eine zuverlässige On-Board-Diagnose. Aktuell existiert jedoch kein Diagnose- und Überwachungsverfahren, das alle Anforderungen erfüllt. Deshalb muss eine Methodik entwickelt werden, die alle relevanten Betriebszustände (Ruß- und Aschebeladung, Schadens- und Präsenzkontrolle) zuverlässig erfasst und bewertet. Das ermöglicht ein integriertes Lebensdauermanagement (Predictive Maintenance) und somit die Erhöhung der wahrgenommen Produkt- und Servicequalität. Die Methodik wird zunächst am Motorprüfstand entwickelt und anschließend für eine robuste Anwendung im realen Fahrbetrieb validiert und optimiert. Der kosten- und zeitintensive experimentelle Entwicklungsanteil wird durch die Erstellung eines digitalen Zwillings reduziert.

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Bei den Messungen handelte es sich neben vibroakustischen Messungen um telemetrische Drehmomentmessungen, welche in der Industrie keinen Standard darstellen. Hier wurde eine an der OVGU entwickelte Messapparatur, bestehend aus Sender und Empfänger, verwendet. Bei den Auswertungen und Analysen handelte es sich um signalanalytisch neue Auswertemethoden, die für den speziellen Anwendungsfall, Großdieselmotor für den Bahnbetrieb, entwickelt werden mussten.

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Ziel des Projektes ist die Prüfung der Anwendbarkeit von Verbrennungsmodellen, welche im CFD-Solver AVL-Fire zur Verfügung stehen, unter Verwendung von Wasserstoff als Kraftstoff.
Hierzu erfolgt im ersten Teil aufbauend auf bereits erworbenen Kenntnissen in der Modellierung der Wasserstoffverbrennung eine Vorauswahl über potentiell anwendbare Modelle.
Die ausgewählten Modelle werden hinsichtlich Stabilität, Sensibilität und Genauigkeit untersucht, um eine "best practice" Empfehlung zur Simulation von Wasserstoffverbrennungsmotoren zu entwickeln.
Hierbei erfolgt außerdem die Analyse der Wärmefreisetzung und Wandwärmeverluste.
Grundlage der Bewertung bildet ein Abgleich mit vom Auftraggeber bereitgestellten Messdaten.
Im zweiten Teil erfolgt eine Analyse und Bewertung des Mechanismus der Stickoxidentstehung und Nachreaktion.
Hierzu werden die Reaktionskinetiken hinsichtlich ihres Einflusses bewertet und die simulativ bestimmten emittierten Stickoxide validiert.
Grundlage der Validierung bilden ebenfalls bereitgestellte Messwerte vom Auftraggeber.
Zusätzlich zur direkten Berechnung der Stickoxide innerhalb des CFD-Solvers erfolgt eine asynchrone Berechnung im postprocessing auf Basis der zeitabhängigen Temperaturverteilung.
Beide Berechnungsansätze werden mit den Messdaten gegenübergestellt, um ebenfalls einen "best practice" Ansatz herauszuarbeiten.

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Ziel dieses Projektes ist die Erarbeitung und Validierung eines 1D-Katalysatormodells, welches fähig ist die Vorgänge in realen Katalysatoren für die CNG-Anwendung darzustellen. Um die Validierung zu ermöglichen, werden unsererseits Kaltstartversuche mit einem Drei-Wege-Katalysator und einem Methan-Oxidations-Katalysator durchgeführt. Der monovalenten CNG-Motor durchfährt die ersten 300s des WLTPs unter verschiedenen Anfangsbedingungen (-7; 0; 8 und 20 Grad Celsius). Nach der Validierung des 1D-Models soll eine optimale Strategie zum Heizen des Katalysators simulativ für den Fahrzyklus ermittelt und anschließend am Prüfstand am realen Motor überprüft werden.

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In diesem Projekt wird eine Wasserstoff-Sauerstoff-Verbrennung in einer Inertgas-Atmosphäre analysiert. Die Verbrennung erfolgt in einem Kreislaufverbrennungsmotor. Dabei wird eine Sauerstoff-Inertgas-Mischung in den Brennraum eingebracht und dort mit direkteingeblasenem Wasserstoff zur Selbstzündung gebracht. Das aus dieser Verbrennung resultierende Wasser wird anschließend aus dem Inertgas, was als Trägergas fungiert, abgeschieden. Das Inertgas wird anschließend erneut mit Sauerstoff angereichert und dem Brennraum erneut zugeführt. Ziel dieses Projektes ist eine Potentialanalyse dieses Wasserstoff-Kreislaufmotors hinsichtlich Effizienz und Leistungsvermögen. Diese Potentialanalyse erfolgt simulativ mit 1D und 3D-CFD Berechnungsmodellen. Analysiert werden sollen verschiedene Inertgase sowie Sauerstoffkonzentrationen. Zudem ist die Integration anderer Technologien wie beispielsweise eine Aufladung oder ein 2-Takt-Verfahren in diesem Projekt angedacht.

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Im Rahmen des Projektes wird ein hocheffizientes ottomotorisches Brennverfahren entwickelt, welches eine Kombination aus Miller-Brennverfahren und einer maßgeschneiderten, isolierenden Brennraumbeschichtung darstellt. Neben der maximalen Ausschöpfung des Wirkungsgradpotentials durch die Beschichtung in Kombination mit dem Miller-Brennverfahren stehen auch die thermodynamischen Quereinflüsse im Fokus. Dazu gilt es eine Methodik in Form verknüpfter Simulationswerkzeuge zu entwickeln, welche von Beginn an die relevanten Einflussgrößen für verschiedene Motorbetriebspunkte berücksichtigen kann. Abschließend sollen die gewonnenen Erkenntnisse an einem Einzylinder-Forschungsmotor validiert und das Potential des neuen Brennverfahrens quantifiziert werden. Im Rahmen dieses Forschungsvorhabens sollen erstmalig die für das ottomotorische Brennverfahren optimalen Charakteristika einer isolierenden Brennraumbeschichtung als Kompromiss zwischen reduzierten Wandwärmeverlusten und negativen Effekten wie z.B. eine erhöhte Klopf- oder Vorentflammungsneigung identifiziert und deren material- bzw. produktionstechnische Umsetzbarkeit untersucht werden.

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Im Rahmen des Promotionsvorhabens soll zukünftig ein Beitrag zum Energiemanagement eines Brennstoffzellen-Fahrzeuges geleistet werden, indem Potentiale bei der Auslegung des Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzellen-Gesamtsystems erschlossen werden. Der Fokus dieser Betrachtung umfasst die simulative Abbildung eines Brennstoffzellen-Fahrzeuges in der Simulationsumgebung Matlab / Simulink.

Das generierte Simulationsmodell beinhaltet die verschiedenen Teilebenen eines Gesamtsystems für die Anwendung im Pkw. Zu den Teilebenen gehört zunächst ein Modell der Zelle, welches die physikalischen und elektrochemischen Wirkzusammenhänge beschreibt. Darauf aufbauend sind die Komponenten des Betriebsmedienmanagements (H₂, O₂, H₂O) in das Modell integriert. Von besonderem Interesse ist das Luftmanagement, da sich in der Luftversorgungseinheit ein elektrischer Verbraucher in Form eines elektrisch angetriebenen Verdichters befindet. Dieser hat enormen Einfluss auf die Effizienz und die Leistungsfähigkeit des Brennstoffzellen-Systems. Darauf aufbauend ist das Gesamtfahrzeug abgebildet, welches die Komponenten des Antriebsstranges umfasst. Der Fokus liegt dabei in der optimalen Auslegung des Batteriesystems in Hinblick auf die Parameter Batteriekapazität, Rekuperationsfähigkeit sowie der möglichen Nutzung eines Superkondensators.

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Im Rahmen dieses Projekts wird ein Konzept zur Umrüstung eines dieselmotorischen Triebzugantriebs auf ein Wasserstoff-Erdgas-Verbrennungsmotors erstellt. Dazu werden Einsatzmöglichkeiten verschiedener innovativer Technologien mit dem Fokus auf Gemischbildung, Zündung sowie Verbrennung von Wasserstoff-Methan-Gemischen untersucht. Ziel ist es ein innovatives Brennverfahren in Abhängigkeit vom H₂NG-Mischungsverhältnis zu entwickeln, um den spezifischen Kraftstoffverbrauch und die Schadstoffemissionen zu reduzieren. Die Auslegung des Brennverfahrens erfolgt simulativ mit 1D und 3D-CFD Berechnungsmodellen. Darauf aufbauend wird im Folgeprojekt ein Versuchsträger auf dem H₂NG-Betrieb umgestellt, der zukünftig als Teil eines Reallabors zum Antrieb eines Triebwagens eingesetzt werden soll.

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Dieses Projekt dient der Analyse und Vermessung von Filterblättchen, die mit Partikeln beladen sind. Dazu wird eine gravimetrische Methode angewandt; inklusive Vor- und Nachkonditionierung der Filter nach ISO 8178.

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Für einen Simulationsabgleich beziehungsweise für eine Optimierung von zukünftigen Simulationsmodellen sollen drei Getriebegehäuse mittels Laserscanningvibrometers vermessen werden. Die Gehäuse wiegen jeweils über 1000 kg und müssen geeignet aufgebaut und angeregt werden, um die zu messenden Schwinggeschwindigkeiten korrekt abbilden zu können. Die Oberfläche sollte so vorbereitet werden, dass pro Gehäuseseite bis zu 1000 Messpunkte möglich sind.

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Zukünftig ist von einer deutlichen Verschärfung der Grenzwerte für NO_X-Emissionen von Gas-Großmotoren auszugehen. Durch eine Abmagerung des Kraftstoff-Luft-Gemisches kann durch eine damit verbundene Absenkung der Verbrennungstemperaturen die Stickoxid­emission wirkungsvoll abgesenkt werden. Diese Vorgehensweise bedingt allerdings eine wesentlich verbesserte Zündung, da dadurch die Entflammbarkeit des Gemisches weiter abgesenkt wird. Aktuell verfügbare Zündverfahren werden ohne tiefergehende Modifika­tionen an den Motor­konstruktionen nicht in der Lage sein, die Entflammbarkeit solcher Gemische sicherzustellen. Erschwerend ist zu berücksichtigen, dass die überstöchio­me­trische Verbrennung die Entstehung von Kohlenwasserstoffemissionen (THC-Emissionen) begünstigt. Da Kohlen­wasserstoffe Vorläufersubstanzen von bodennahem Ozon und zum Teil krebserregend sind, werden diese von der WHO als umwelt- und gesundheitsschädlich eingestuft. Es ist zu erwarten, dass der Gesetzgeber zukünftig auch die THC-Emissionen stark reglementieren wird. Hierdurch werden die Anforderungen an eine sichere und vollständige Entflammung des Gemisches nochmals deutlich erhöht.
Gesamtziel des Vorhabens ist die Verbesserung von Gemischbildung und Verbrennung durch die Neugestaltung des Zündsystems eines Gasmotors sowie Beeinflussung der Verbrennungsvorgänge im Hauptbrennraum des Gasmotors bei gleichzeitiger Reduzierung des Brennstoffanteils bezogen auf das Mischungsverhältnis Brennstoff-Luft. Hierfür soll ein neues Zündverfahren auf der Basis einer partiell brenngasgespülten Vorkammerzündkerze entwickelt werden.

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Im Rahmen des Projektes soll die Übertragung einer empirischen Ticker-Formel zur Bewertung des Einspritzsystems vom Motorprüfstand auf den Komponentenprüfstand der CHP Messtechnik vollzogen werden. So ist es möglich das Einspritzsystem auf einem Komponenten- oder Injektorprüfstand insofern zu untersuchen, dass die entstehenden Geräusche, welche größtenteils nur aus dem Tickern der Injektoren resultieren, ohne die Einflüsse der Verbrennungsgeräusche am Versuchsmotor analysiert werden können.
Alle praktischen Versuche am Versuchsträger (Kennfeldvermessung, Drehzahl- und Lasthochläufe, Schallquellenlokalisierung) werden auf dem Akustikprüfstand der Universität Magdeburg am Lehrstuhl Energiewandlungssysteme für mobile Anwendungen mithilfe modernster und genauester Messtechnik (hochpräzise Mikrofone, 3D-Beschleunigungs-aufnehmer, Mikrofon-Array, Inkrementalgeber usw.) durchgeführt.
Des Weiteren können die einzelnen Unterschiede der zu untersuchenden Einspritz-systemkomponenten mithilfe des Injection Analyzers gemessen und analysiert werden, sodass sie Aufschluss über die jeweiligen Geräuschunterschiede geben. Die bei den Untersuchungen aufgenommenen akustischen/psychoakustischen Messgrößen dienen als Eingangsgrößen für die entstehenden Bewertungsmodelle, dafür werden Hörversuche in einer doppelwandigen Hörkabine durchgeführt. Diese Modelle sind die Grundlage für die Motorgeräuschsynthesen, bei denen die Einspritzgeräuschanteile des Motorgesamtgeräusches durch jene vom Komponentenprüfstand ersetzt werden.

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Die Recherche wurde auf Diesel- Einspritzsysteme eingegrenzt und diente insbesondere der Systematisierung von Erkenntnissen der Wirkung von Festpartikeln im Kraftstoffeinspritzsystem. In der Recherche wurden die folgenden Teil- und angrenzenden Themen untersucht: Bedeutung und Möglichkeiten der Härtung der Bauteiloberfläche, Abrasivverschleiß im Vergleich zu Erosiv-verschleiß: Schadensbilder, Morphologie, Partikelgrößen, Abrasivgleitverschleiß durch loses Korn, Erosiv-verschleiß durch Strömung, Kavitation und ihre Bedingung, Bedeutung Partikel für Kavitation, Einflussgrößen Partikel (Härte, Größe, Menge), Einflussgrößen Kraftstoff (Viskosität), Einfluss Werkstoffoberfläche, Filtratsanalysen (reale Partikelzusammensetzungen nach Material, Größe), Filtrationsanalysen (Einfluss der Filterbeschaffenheit auf den Verschleiß), Analogiestudien bei hydroerosivem Verrunden von Einspritzlöchern, hydroerosives Trennen beim Läppen, Prüfsysteme und Prüfprozeduren für Einspritzsysteme. Die Ergebnisse wurden strukturiert in zwei Zwischenpräsentationen und einem Abschlussbericht dargestellt.

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Prozessüberwachung der Fertigung von verbrennungsmotorisch optimal designten Aluminium­zylinderköpfen mittels In-Line-Computertomographie mit dem Ziel der Verbrauchs- und Schadstoffreduzierung .

Die Entwicklung zukünftiger Fahrzeuge wird wesentlich von Umweltaspekten, hauptsächlich der CO_2-Reduzierung geprägt, ohne dabei die steigenden Mobilitätsanforderungen zu vernachlässigen. Das Projekt hat das Ziel, eine optimale Lösung für das Design der einzelnen Funktionsbereiche eines Zylinderkopfes zu entwickeln, um somit das volle Potential bzgl. Festigkeit, Reibung und Gewicht ausschöpfen zu können. Aus Sicht der Gießerei bedeutet dieses eine sinnvolle Eingrenzung von Toleranzen in der Fertigung, um Ausschuss zu vermeiden und damit die Umwelt sowie Ressourcen zu schonen.
Der Lehrstuhl Energiewandlungssysteme für mobile Anwendung führt im Rahmen dieses Projektes motorische Untersuchungen durch. Das Ziel dieser Untersuchungen ist die Identifizierung von messtechnisch erfassbaren Grenzbereichen die dem Fertiger eindeutige Zielbereiche für die Merkmale eines Gussstückes liefert.

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1D und 3D CFD übergreifende Entwicklungsmethodik um den Motorwassermantel vom Konzept bis zur Fertigungsreife zu optimieren

Analyse des Wärmeübergangs zwischen Struktur und Kühlwasser an realen Motoren sowie Entwicklung von Methoden und phänomenologischen Modellen zur näherungsweisen Abbildung von komplexen, dreidimensionalen Strömungseffekten innerhalb einer eindimensionalen Strömungssimulation. Eine bessere Darstellung des Wärmeübergangs in der eindimensionalen Strömungssimulation ist eine notwendige Randbedingung um Bauteil- und Fluidtemperaturen genauer vorhersagen zu können. Die Auslegung des Kühlsystems hat wichtige Rückwirkungen auf die Motorenentwicklung, auf Packaging und das äußere Design des Gesamtfahrzeugs. Es besteht ein großes wirtschaftliches Interesse, in möglichst frühen Stadien des Motorentwicklungsprozesses belastbare Aussagen zum Kühlsystem treffen zu können.

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Angesichts der weltweit hohen Verfügbarkeit bieten sich Gaskraftstoffe als eine sinnvolle kurz- und mittelfristige Ergänzung des Kraftstoffportfolios an. Insbesondere die Verwendung von CNG (Compressed Natural Gas) in modernen Turbo-DI-Ottomotoren stellt ein vielversprechendes Konzept dar und ermöglicht aufgrund des niedrigen C/H-Verhältnisses des Kraftstoffs erhebliche Treibhausgasemissionseinsparungen. Infolge der geringen Klopfempfindlichkeit des Kraftstoffes CNG soll ein moderner Turbo-DI-Ottomotor mit einem erhöhten Verdichtungsverhältnis als Basis dienen, um das Potenzial des Kraftstoffes ausschöpfen zu können.

Als Ergebnis des angeregten Vorhabens soll eine grundlegende Bewertung des Potenzials eines homogenen CNG-DI Brennverfahrens in Kombination mit Miller Verfahren, Hochlast-AGR und alternativen Zündsystemen erarbeitet werden. Mittels Hochlast-AGR und Miller-Brennverfahren soll die Möglichkeit zur Verminderung der Klopfneigung und Erhöhung des Verdichtungsverhältnisses analysiert werden. Die Verwendung eines alternativen Zündsystems soll eine Beurteilung der Möglichkeiten zur Steigerung der AGR-Raten und der Erweiterung der Entflammungsgrenzen erlauben.

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Im Projekt wurden mit der Simulationssoftware CarMaker aus dem Geschwindigkeitsprofil des WLTP-Zyklus und eines schnellen RDE-Zyklus für verschiedene Schaltstrategien des Getriebes Drehzahl- und Drehmomentverlauf eines 4-Zylinder-Otto-DI-Motors berechnet. Der Drehzahl- und Drehmomentverlauf einer realitätsnahen Schaltstrategie wurde auf die Prüfstandsteuerung übertragen. Der Ottomotor wurde am Prüfstand mitsamt Abgasmesstechnik, einem Prüfstandsteuergerät, Restbussimulation, Abgasnachbehandlungssystem und einer elektrischen Heizungsstromversorgung am Prüfstand aufgebaut und in zwei Messserien mit einem mit Verkleidung und Heizsystem sowie Thermoelementen versehenen Katalysator in den programmierten WLTP-Prüfzyklen vermessen. Varianten des Katalysatorbetriebes waren: Katalysator unverkleidet, verkleidet mit und ohne elektrische Heizung, mit und ohne elektrischer Vorheizung vor Zyklusbeginn, verschiedene Temperaturstufen, alles jeweils mit und ohne motorisches Katvorheizen durch späte Verbrennungsschwerpunktlage. Ausgewertet wurden alle EU6d-relevanten Abgaskomponenten und CO₂, Kraftstoffverbrauch, Heizenergiebedarf und daraus resultierender zusätzlicher Verbrauch, sowie sieben Temperaturen im und am Katalysator, drei weitere an den Heizungsdrähten. Es wurden Reproduzierbarkeit der Messungen und die verbrauchs- und Schadstoffärmsten Betriebsarten des Katalysators nachgewiesen und in einer Präsentation ausführlich dargestellt und diskutiert.

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In diesem Forschungsprojekt liegt der Schwerpunkt auf der Untersuchung verschiedener Einblasventile, die in Wasserstoffverbrennungsmotoren zum Einsatz kommen sollen.

Dabei wurden Injektoren drei verschiedener Hersteller hinsichtlich ihrer Eignung für Wasserstoffverbrennungsmotoren untersucht. Jene Einblasventile werden bereits in Fahrzeugen, die mit Erdgas betrieben werden, verwendet.
Die zu überprüfenden Injektoren unterschieden sich dabei in den folgenden relevanten Punkten:

• Austrittsquerschnitt,
• die vom jeweiligen Hersteller empfohlene maximal zulässige Temperatur
• erforderlicher Booststrom, der für das Öffnen des Ventils notwendig ist

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Zum Aufbau und Erhalt der Methodenkompetenz zum Thema Range Extender und Verbrennungsmotoren werden neben der Benzinbasisapplikation des ROTAX-Motors folgende Grundlagenthemen bearbeitet:

• Entwicklung einer Range Extender spezifischen Motoransteuerung
• Anpassung der Elektromaschine an die systemimmanente Drehungleichförmigkeit des Verbrennungsmotors
• Untersuchung eines alternativen Verbrennungsmotors (Wankelmotor) am Prüfstand
• Gemischbildungsuntersuchungen Gas/Luft für einen Range Extender Motor

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Für den Industriepartner, einem Zulieferer der Automobilindustrie, wurden unterschiedliche Zylinderkopf- und Ölwannenabdeckungen zur Motorgeräuschreduktion an einem Vierzylinder-Dieselmotor untersucht. Die Untersuchung fand in einem Halbfreifeld-Akustik-Motorprüfstand statt. Für die Charakterisierung der Geräuschreduktion wurden Einzelmikrofone an allen Seiten des Motors im Fernfeld aufgestellt, und einfache Mikrofon-Arrays mit 4 oder 6 Mikrofonen im Nahfeld der Ölwannenabdeckung und der Zylinderkopfabdeckung in fixer Position. Der Motor wurde im unverkleideten Zustand, mit einer Standard-Abdeckung des Motorherstellers und einer schweren Abdeckung mit maximaler akustischen Wirkung als Referenzen vermessen. Dabei wurde das Schallabstrahlverhalten im gesamten Teillastbereich des Motorkennfeldes charakterisiert, indem das Abgestrahlte Geräusch der Abdeckungen jeweils im Leerlauf, und in zwei Drehzahlhochläufen bei mittlerer und hoher Teillast aufgezeichnet wurde. Jede Messung wurde dreimal wiederholt, um ein Maß für die Messabweichung zu erhalten. Nach diesem Schema wurde dann der Motor mit 12 verschiedenen Varianten der Ölwannenabdeckung und 15 verschiedenen Varianten der Zylinderkopfabdeckung untersucht, wobei Ölwannen- und Zylinderkopfabdeckungen jeweils gemeinsam montiert wurden. Die Abdeckungen unterschieden sich in der Anordnung einzelner Materiallagen, deren Dicke, Werkstoff, Porosität und Masse. Die Auswertung umfasste eine umfangreiche Betrachtung der Wiederholgenauigkeit, des Störgrößeneinflusses und den Vergleich der Schalldruckpegelreduktion der verschiedenen Gestaltungsvarianten in unterschiedlichen Betriebszuständen.

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Ein Transparentmotor bietet durch seine optische Brennraumzugänglichkeit die Möglichkeit eine
hochgeschwindigkeitskamerabasierte Analyse von Einspritz- und Gemischbildungsvorgängen durchzuführen. Mit der Kameraanalyse lassen sich unter anderem die Auswirkungen von geänderten Ein- und Auslasskanalgeometrien untersuchen, welche die Ladungsbewegung und Turbulenz im Brennraum deutlich verändern. Einen weiteren Untersuchungsaspekt stellten neue Einspritzkonzepte dar, wobei das Augenmerk auf der Erweiterung der direkten Kraftstoff-Hochdruck-Einspritzung in den Brennraum um die Kraftstoff-Niederdruck-Einspritzung sowie die Wassereinspritzung in den Einlasskanal lag.
Vor der Messphase wurde eine Zylinderkopfscheibe mit den genannten Änderungen konstruiert und gefertigt. Die Ergebnisse der optischen Untersuchungen dienen der Applikations- und Bauteiloptimierung, mit dem Fokus minimale Kraftstoffverbräuche wie auch Rohemissionswerte zu erreichen. Zusätzlich sind 3D-CFD Simulationen mit den Ergebnissen aus den optischen Untersuchungen abgeglichen und verifiziert worden.

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Auf Basis eines NFZ Dieselmotors wird ein 1/0D Simulationsmodell eines H2 Motors erstellt. Ziel dieses Vorhabens ist eine Grundbedatung des Wasserstoffmotors für die Prüfstandsuntersuchung bereitzustellen sowie die Performance des Motors voraus zu sagen. Die Ergebnisse dienen dazu eine erweiterte Turboladerauslegung für das aktuelle sowie künftige Motorkonzept zu erarbeiten.

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Hierbei steht ein H₂-elektrischer Antrieb in Kombination mit einem Verbrennungsmotor und ein Brennstoffzellen-H₂-elektrischer Antrieb im Fokus der Betrachtung. Diese Antriebskonzepte sollen den konventionellen Dieselmotor im Triebwagen ersetzten und somit die Umweltverträglichkeit verbessern. Die Antriebskonzepte wurden hinsichtlich Ihres Gesamtwirkungsgrad in einer Well-to-Wheel - Analyse und hinsichtlich der Umsetzbarkeit in einer Kosten- und Machbarkeitsanalyse verglichen und bewertet.

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Zukünftige Abgasnormen stellen die Motorentwicklung vor große Herausforderungen.
CO₂-Flottenemissionen, welche direkt mit Kraftstoffverbrauch gekoppelt sind, müssen bis zum Jahr 2020 drastisch gesenkt werden. Wassereinspritzung ist eine wirksame Technologie, um Kraftstoffverbrauch und Schadstoffemissionen zu reduzieren oder Leistung zu steigern. Wasser besitzt eine hohe Wärmekapazität und Verdampfungsenthalpie im Vergleich zu Benzin. Durch das Verdampfen des Wassers ist es möglich, die Ladelufttemperatur sowie die Gemischtemperatur im Brennraum zu reduzieren. Wasser kann dabei auf verschiedene Weisen über das Ansaugsystem oder direkt in den Brennraum eingebracht werden - die resultierende Wirkung unterscheidet sich je nach Variante. Die Direkteinspritzung der Benzin-Wasser-Emulsion weist bessere Effizienz hinsichtlich Kraftstoff- und Wasserverbrauch auf, ist aber die aufwendigere Variante. Diese Methode der Wassereinspritzung wird in der Studie untersucht.
Für die Untersuchungen wurde ein Prüfstand aufgebaut, der eine Implementierung der Wassereinspritzung in den Niederdruck- und Hochdruckkreislauf des Kraftstoffsystems vorsieht. An diesen Prüfstand kann die Emulsion nach deren Austritt aus der Hochdruckpumpe beobachtet werden. Weiter werden Versuche zur Emulsionserzeugung durchgeführt und hinsichtlich Herstellung und Stabilität für den Einsatz im Verbrennungsmotor bewertet. Die Emulgierungen wurden anhand des Prüfstands und Ultraschall-Homogenisators mit verschiedenen Benzinsorten und Additive für verschiedene Wasseranteile durchgeführt.
Ferner wurde der Einfluss des Wasseranteils auf das Spraybild bei Einspritzung einer Benzin-Wasser-Emulsion mit Wasseranteil von 0-100% untersucht. Hierzu wird das Spraybild eines Benzin-DI-Injektors in einer Hochdruck-Einspritzkammer mittels Highspeed-Kamera im Schattenverfahren aufgenommen und vermessen sowie statistisch analysiert.

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Zukünftige Abgasnormen stellen die Motorentwicklung vor große Herausforderungen.
CO₂-Flottenemissionen, welche direkt mit Kraftstoffverbrauch gekoppelt sind, müssen bis zum Jahr 2020 drastisch gesenkt werden. Wassereinspritzung ist eine wirksame Technologie, um Kraftstoffverbrauch und Schadstoffemissionen zu reduzieren oder Leistung zu steigern. Wasser besitzt eine hohe Wärmekapazität und Verdampfungsenthalpie im Vergleich zu Benzin. Durch das Verdampfen des Wassers ist es möglich, die Ladelufttemperatur sowie die Gemischtemperatur im Brennraum zu reduzieren. Wasser kann dabei auf verschiedene Weisen über das Ansaugsystem oder direkt in den Brennraum eingebracht werden - die resultierende Wirkung unterscheidet sich je nach Variante. Die Direkteinspritzung der Benzin-Wasser-Emulsion weist bessere Effizienz hinsichtlich Kraftstoff- und Wasserverbrauch auf, ist aber die aufwendigere Variante. Diese Methode der Wassereinspritzung wird in der Studie untersucht.
Für die Untersuchungen wurde ein Prüfstand aufgebaut, der eine Implementierung der Wassereinspritzung in den Niederdruck- und Hochdruckkreislauf des Kraftstoffsystems vorsieht. An diesen Prüfstand kann die Emulsion nach deren Austritt aus der Hochdruckpumpe beobachtet werden. Weiter werden Versuche zur Emulsionserzeugung durchgeführt und hinsichtlich Herstellung und Stabilität für den Einsatz im Verbrennungsmotor bewertet. Die Emulgierungen wurden anhand des Prüfstands und Ultraschall-Homogenisators mit verschiedenen Benzinsorten und Additive für verschiedene Wasseranteile durchgeführt.
Ferner wurde der Einfluss des Wasseranteils auf das Spraybild bei Einspritzung einer Benzin-Wasser-Emulsion mit Wasseranteil von 0-100% untersucht. Hierzu wird das Spraybild eines Benzin-DI-Injektors in einer Hochdruck-Einspritzkammer mittels Highspeed-Kamera im Schattenverfahren aufgenommen und vermessen sowie statistisch analysiert.

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Untersuchungsschwerpunkt ist die Aufbereitung, Bereitstellung und Spraybildausbildung einer Wasser-Benzin- Emulsion für den Verbrennungsprozess in einem Ottomotor. Dabei werden zum einen der Einfluss von Emulgatoren auf unterschiedliche Wasser-Konzentrationen untersucht und die Machbarkeit einer On-Demand-Zumischung über eine zusätzliche Vorförderpumpe ohne den Einsatz von Emulgatoren. Nach erfolgreicher Emulsionserzeugung werden diese in einer optisch zugänglichen Kammer über einen Serieninjektor eingespritzt. Die Einspritzung wird per High-Speed-Kamera aufgenommen und die Qualität der Spraybildausbildung bewertet.

Die Ergebnisse der Spraybilduntersuchung in Verbindung mit einer 1D-Simualtion bilden die Grundlage für eine 3D-CFD Simulation zur weiteren analytischen Untersuchung.

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Im Rahmen von Vorgängerprojekten (Rumpfmotor Akustik I, II, III, IV und V) wurden auf numerischem und experimentellem Wege erste Erkenntnisse für die Weiterentwicklung eines Dieselmotors gewonnen.

Um den Schalldruckpegel eines Dieselmotors signifikant reduzieren zu können, sollen zu Beginn die relevanten Körperschallleitwege untersucht und gewichtet werden. Danach werden die in den Leitwegen befindlichen Bauteile bestimmt und Optimierungspotentiale aufgezeigt. Die durchzuführenden Modifikationen lassen sich in primäre und sekundäre Maßnahmen zur Geräuschminderung am Motor aufteilen. In diesem Folgeprojekt soll ein besonderer Fokus auf der Reduzierung der Körperschallanregung des Zylinderkopfes liegen.

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Die Anwendung von Absorbermaterialien zum Zweck der Geräuschreduktion unterliegt im Automotive-Sektor der Forderung nach geringer Masse und Volumen bei gleichzeitig hoher Geräuschminderung von Strukturschwingungen, die schon am Motor unterhalb 500 Hz liegen können. Dafür sind Mechanismen der Dissipation nutzbar zu machen. Um diese gegenüber üblicherweise verwendeten Kunststoffschäumen zu erhöhen, wurden in dieser Studie verschiedene Granulate und Mikrofasern in eine von Kunststoffschaum umschlossene Kammer eingelagert. Diese Granulatstruktur wurde auf der Oberfläche einer steifen Aluminiumplatte und einem wenig steifen Stahlblech angebracht, und die durch sie erzielte Verringerung des Schalldruckes der zu Schwingungen angeregten Körper in einem Freifeldraum gemessen. Die Gestaltung der Granulatstruktur wurde auf verschiedene Weise variiert. Untersuchte Einflüsse waren u. a. Granulat- und Faserwerkstoff, Packungsdichte, Korngröße, Packungsdicke. Bei der Auswahl wurden leichte und temperaturbeständige Granulate bevorzugt. Um vorteilhafte Konfigurationen zu ermitteln, wurden alle Ergebnisse mit denen ähnlich schwerer, handelsüblicher Akustikmaterialien verglichen. Dies erfolgte hinsichtlich des absoluten und des massespezifischen Transmission Loss der dämpfenden Werkstoffe, die jeweils befestigt und getestet wurden. Darüber hinaus wurde die Wirkung akustisch wirksamer Gitter in verschiedenen Anordnungen und Spaltgrößen untersucht.

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Untersucht wurden zwei Einzylinder-Verbrennungsmotoren verschiedener Zulieferer, die mit Erdgas Flüssiggas oder einem Gemisch aus diesen Kraftstoffen betrieben werden, sowie als Teil eines Blockheizkraftwerks betrieben werden. Im Fokus der Betrachtung stand die unterschiedlichen Einsatzgebiete alternativer Kraftstoffe in Verbrennungsmotoren.

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In diesem Projekt werden mehrere Varianten von Abschirmteilen einer Abgasanlage vergleichend analysiert. Dazu sollen thermische und akustische Messungen durchgeführt werden.

Die verwendeten mehrlagigen Materialien wurden im Vorfeld mithilfe komplexer Simulationen für bestimmte Frequenzen optimiert. Die Messungen dienen damit auch zum Simulationsabgleich.

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In der Diskussion um erhöhte Abgasemissionen und CO₂-Ausstoß im Verkehrssektor stellt Wasserstoff, als kohlenstofffreier Kraftstoff, eine sinnvolle Alternative zu den konventionellen Kraftstoffen dar. Insbesondere die Verwendung von Wasserstoff in modernen Verbrennungsmotoren bietet eine schnelle und kostengünstige Möglichkeit einer Dekarbonisierung des Verkehrssektors.
Infolgedessen soll in diesem Projekt ein Verbrennungsmotor, der zunächst nach dem konventionellen Dieselverfahren betrieben wird auf Wasserstoffbetrieb umgestellt werden. Die Einbringung des Wasserstoffes erfolgt zunächst außerhalb des Zylinders im Ansaugsystem. Anschließend erfolgt die Umstellung des Wasserstoffs auf eine Direkteinblasung im Zylinder. Anhand einer Verlustanalyse an einem eindimensionalen Einzylindermodell sollen diese drei Betriebsstrategien analysiert und bewertet werden. Dieses Einzylindermodell ist von einem modernen Nutzfahrzeug-Dieselmotor abgeleitet worden. Zur Umstellung auf Wasserstoffbetrieb sind im Modell einige Anpassungen hinsichtlich der Wasserstoffverbrennung zu treffen, die nicht standardmäßig in der verwendeten Simulationssoftware hinterlegt sind.

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Aufgrund der aktuellen Abgasgesetzgebung steigen die Ansprüche an moderne Abgassysteme aller Automobilhersteller und Zulieferer. Infolgedessen steigt der Berechnungs- und Kalibrierungsaufwand in der Entwicklung dieser Systeme erheblich. Um Entwicklungskosten zu senken werden meist eindimensionale Simulationsmodelle zu Rate gezogen, an denen erste Systemabschätzungen von Neu- oder Weiterentwicklungen getestet werden können. Diese Modelle können grundlegende Funktionsweisen der Abgassysteme abbilden.

Als Resultat des angestrebten Vorhabens soll ein eindimensionales thermisches Modell des Abgassystems eines Mittelklasse PKW s sein. Dieses Modell wird anhand von Messdaten zweier Betriebspunkte validiert. Schwerpunkt der Modellierung liegt in der simulativen Berechnung der Wandwärmeverluste im Abgassystem. Hierbei liegt der Fokus auf dem Nachschalldämpfer.

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Entwicklung, Bau und Inbetriebnahme eines ZKG und ZK mit optischen Zugängen für eine PIV-Messung der Kühlwasserströmung um die Zylinderbuchsen. Hierfür werden Öffnungen für die optische Zugänglichkeit geschaffen. Diese werden mit Hilfe von Plexiglasschreiben geschlossen. Es folgt ein Aufbau mit Antrieb für die Wasserpumpe, Flüssigkeit für die Messung und den optischen Messgeräten. Danke der PIV Messung kann anschließend ein Strömungsfeld errechnet werden, welches für Validationen von 3D-CFD-Simulationen herangezogen wird.

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Entwicklung, Bau und Inbetriebnahme eines Prüfstands zur optischen Untersuchung einer Benzin-Wasser-Mischung. Die Kraftstoffmischung wird mittels Hochdruckpumpe hergestellt und anschließend in einem optisch zugänglichen Rohr untersucht. Hierfür wird eine High-Speed-Kamera verwendet, welche die Messung aufzeichnet. Anschließend wird das Ergebnis bewertet.

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Der Stand der Technik weist sehr verschiedenartige Ausführungen von Zylinderkurbelgehäusen mit unterschiedlicher Erfüllung der akustischen Anforderungen auf. Im Rahmen dieses Projektes sollen zwei Zylinderkurbelgehäuse bezüglich ihres Hauptlagerübertragungsverhaltens verglichen werden.

Als Ergebnis müssen die unterschiedlichen Strukturmerkmale analysiert, das Körperschallübertragungs­verhalten der verschiedenen Zylinderkurbelgehäuse bewertet, die Korrelation zwischen Körper- und Luftschall im Nah- und Fernfeld untersucht und ein abschließender Vergleich der beiden Kurbelgehäuse vollzogen werden.

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Der Stand der Technik weist sehr verschiedenartige Ausführungen von Zylinderkurbelgehäusen mit unterschiedlicher Erfüllung der akustischen Anforderungen auf. Im Rahmen der Vorgängerprojekte (Struktur-Akustik-Analyse Zylinderkurbelgehäuse I, II und III) wurden vibroakustische Analysen von diversen Zylinderkurbelgehäusen durchgeführt und Anregungsimpulse an einer Platte berechnet, als Vorarbeit für eine spätere Ergebnisübertragung zum Zylinderkurbelgehäuse. Darauf aufbauend sollen in diesem Projekt einerseits weitere Zylinderkurbelgehäuse vermessen und dem Benchmarking der Vorgängerprojekte hinzugefügt werden. Andererseits soll mithilfe des Versuchsaufbaus ein Ansatz weiterentwickelt werden, der es ermöglicht die Koordinaten der Anregungsimpulse am Zylinderkurbelgehäuse zu berechnen.

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Im Rahmen von Vorgängerprojekten (Rumpfmotor Akustik I, II, III und IV) wurden auf numerischem und experimentellem Wege erste Erkenntnisse für die Weiterentwicklung eines Dieselmotors gewonnen.

Um den Schalldruckpegel eines Dieselmotors signifikant reduzieren zu können, sollen zu Beginn die relevanten Körperschallleitwege untersucht und gewichtet werden. Danach werden die in den Leitwegen befindlichen Bauteile bestimmt und Optimierungspotentiale aufgezeigt. Die durchzuführenden Modifikationen lassen sich in primäre und sekundäre Maßnahmen zur Geräuschminderung am Motor aufteilen.

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Zur Erfassung des Mündungsgeräusches verschiedener Schalldämpfer werden diverse Mikrofone im Nah- und Fernfeld verwendet. Für die binauralen Messungen werden zusätzlich zwei Mikrofone im Abstand von 15 cm zueinander im Raum platziert, wobei dieser Stereomikrofonaufbau in Höhe des Endschalldämpfers positioniert wird. Als Beurteilungsgröße für das akustische Verhalten wird der Schalldruck herangezogen. Für die Auswertung der Mikrofonmessungen werden Campbell-Diagramme, Gesamtpegelverläufe, Autopowerspektren und Motorordnungsverläufe vergleichend analysiert.

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Auf Basis eines NFZ Dieselmotors wird ein 1/0D Simulationsmodell eines H2 Motors erstellt. Ziel dieses Vorhabens ist eine Grundbedatung des Wasserstoffmotors für die Prüfstandsuntersuchung bereitzustellen sowie die Performance des Motors voraus zu sagen.

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Mit zunehmender Limitierung der CO2-Emissionen gewinnt der Einsatz von Erdgasmotoren an Bedeutung. Um die Einbringung des Erdgases in den Motor effektiver zu machen und die Gleichverteilung auf die einzelnen Zylinder zu präzisieren ist es erforderlich die Injektoren auf einer Testbank zu prüfen und deren Verhalten zu analysieren. Daraus resultieren Entwicklung, Bau und Inbetriebnahme eines Prüfstandes zur Einblasratenmessung von Erdgasinjektoren.
Das Ziel des Baus eines Vermessungsprüfstandes ist die Weiterentwicklung des Erdgasantriebs hinsichtlich der Direkteinblasung, die für den Kraftstoff Benzin bereits Stand der Technik ist. Hierfür ist es notwendig, die entwickelten Gasinjektoren bzgl. ihres hydraulischen Verhaltens zu vermessen. In der vorliegenden Arbeit ist ein Prüfstand entwickelt worden, mit dem es möglich ist, die Einblasrate von direkteinblasenden Erdgasinjektoren zu bestimmen und damit das hydraulische Verhalten des Injektors zu beurteilen. Das Prüfmedium ist das Gas Stickstoff, welches für Vermessungsprüfstande hinsichtlich der Übertragbarkeit auf Erdgas häufig genutzt wird und Eigenschaften besitzt, die für den Prüfstandsbetrieb von Vorteil sind. Das Messprinzip für den Prüfstand beruht auf dem hydraulischen Druckanstiegsverfahren. Die eigentliche Kammer ist dem Brennraum des KFZ physikalisch nachempfunden. Die maximale Einblasmenge (35 mg) ist für einen Standard zwei Liter Ottomotor mit 4 Zylindern bei Volllast und einer Drehzahl von 6000 1/min-1 berechnet worden. Die aus der Einblasung resultierende Druckänderung wird dabei von zwei Drucksensoren, einem piezoelektrischen und einem piezoresistiven Drucksensor, erfasst.

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Die Neuentwicklung basiert auf dem Strömungsmessprinzip des "Anemometric Tester". Der bestehende Prüfstand ist in Soft- und Hardware zu überarbeiten.

Die Hardware wird mit Hilfe von Normteilen gebaut, die Software wurde neu geschrieben und weiterentwickelt.

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Ziel dieser Arbeit ist die Untersuchung einer möglichen Umsetzbarkeit eines Organic Rankine Cycle für den stationären Betrieb in mobilen Anwendungen. Diesbezüglich soll ein Simulationsprogramm mit Hilfe des Softwaretools MATLAB sowie der Stoffdatenbank REFPROP entwickelt werden. Mit MATLAB ist es möglich die einzelnen Zykluskomponenten getrennt voneinander zu modellieren und darzustellen. Ziel ist eine Bewertung der Möglichkeiten der ORC-Umsetzung.

Weiterführend soll mit diesen Ergebnissen eine Abschätzung für die Mindestanforderungen für den Betrieb eines ORC erfolgen, sowie die Übertragbarkeit der Ergebnisse auf den dynamischen Betrieb diskutiert werden.

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Im Rahmen eines Vorgängerprojektes "Reinigung eines Dieselpartikelfilters"(2012) wurde die Wirksamkeit der Reinigungsleistung untersucht. In dem neuen Projekt steht nicht die Reinigungsleistung, sondern die Verträglichkeit des chemischen Reinigers mit den nachstehenden NOx-Sensoren im Vordergrund.
Hierzu wurde eine experimentelle Untersuchung durchgeführt und die Funktionsfähigkeit der NOx-Sensoren vor und nach der Reinigung des Dieselpartikelfilters getestet und miteinander verglichen.

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Im Rahmen des FVV-Projektes "Motorwärmetausch I-III" wurde ein Simulationsmodell entwickelt, mit dessen Hilfe der Warmlauf eines Verbrennungsmotors untersucht werden kann. Dieses Tool kann genutzt werden um unterschiedliche Thermomanagementmaßnahmen in das Modell einzubauen und dessen Auswirkungen auf den Kraftstoffverbrauch direkt zu bewerten.

Der Simulationsbereich wurde von beginnend bei 20°C auf eine Starttemperatur von 0°C erweitert.
Während dieses Projektes wurden insgesamt 8 verschiedener Thermomanagementmaßnahmen in das bestehende "Motorwärmetausch-Model" implementiert, auf deren Auswirkungen auf den Warmlauf hin untersucht und optimiert.

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Durch die akustische Vermessung eines Ottomotors sollen Vor- und Nachteile eines Zylinderkurbelgehäuses aus Kunststoff gegenüber einer Aluminiumvariante analysiert und bewertet werden. Für die Messungen stehen zwei baugleiche Zylinderkurbelgehäuse zur Verfügung.

Zur Erfassung der räumlichen Schalldruck- und Schallintensitätsverteilungen kommen zwei verschiedene Arrayformen (gleichmäßiges Array und Combo-Array) zum Einsatz.

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Heutige Personenkraftwagen mit Dieselmotoren zeichnen sich durch niedrige CO2-Emission (Kraftstoffverbrauch) und dynamisches Fahrverhalten aus. Der Dieselmotor hat jedoch im unteren Last- und Drehzahlbereich ein gegenüber den anderen Geräuschquellen dominierendes Verbrennungsgeräusch.
Das erste angestrebte Ziel dieses Forschungsvorhabens besteht darin, die Übertragbarkeit der Ergebnisse des FVV-Forschungsprojektes Geräuschgeregelter Dieselmotor auf andere Dieselmotoren für einen großen Drehzahl-Lastbereich nachzuweisen. Das Motormanagementsystem ist dann anschließend so zu erweitern, dass eine zylinderselektive Regelung der Verbrennungsschwerpunktlage erfolgen kann. Die Realisierung einer zylinderselektiven Regelung der Verbrennungsschwerpunktlage sowie der zylinderselektiven Voreinspritzung auf Basis eines virtuellen Zylinderdruck- und Geräuschsensors stellt ein weiteres wesentliches Forschungsziel dar. Bisher wurden die Freiheitsgrade des Common-Rail-Einspritzsystems mit einer Haupteinspritzung und mehreren Voreinspritzungen noch nicht erschöpfend genutzt. Es soll geklärt werden, welches Potenzial sich durch die Veränderung der Voreinspritzungen bezüglich einer verbesserten Dieselnote bei Berücksichtigung der Abgasemissionen und des Verbrauchs ergibt. Eine zylinderselektive Regelung der Verbrennungslage und der Voreinspritzung erfordert auch die Zustandserkennung des Einspritzsystems.

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Ziel dieser Arbeit war es eine Wasserdirekteinspritzung simulativ zu modellieren und deren Auswirkungen auf die Verbrennung, Emissionen und Effizienz des Motors zu untersuchen. Dazu wurden zunächst Grundlagen des Ottomotors erläutert. Weiter wurde genauer auf die Grundlagen zur Effizienz- und Leistungssteigerung sowie der Wassereinspritzung eingegangen. Zur Erstellung des 3D-CFD-Modells wurde zuallererst das 3D-Basismodell über ein CAD-Tool generiert, um anschließend das bewegte Netz mittels für den Solver erstellen zu können. Um die nötigen Rand- und Initialbedingungen für den Solver definieren zu können mussten hierbei auch die nötigen Selections für das Netz erstellt werden. Üblicherweise werden hierzu Ergebnisse aus 1D-Modellen oder experimentellen Untersuchen herangezogen. In diesem Fall standen keine Daten dieser Art zur Verfügung, wodurch mit Werten aus der Literatur gestartet und sich im Folgenden über einen Iterationsprozess den richtigen Werten und Einstellungen angenähert wurde. Dabei wurden zum Anfang auch Einstellungen aus Beipielcases studiert und mit in die vorliegende Rechnung übernommen um ein stabiles Modell zu erhalten. Anschließend wurden in einzelnen Schritten die zur Auswertung relevanten Module und Einstellungen ergänzt und plausibilisiert. Ein Finetuning der jeweiligen zu untersuchenden Betriebspunkte musste erfolgen, um für die Fälle die nötige Vergleichbarkeit zu schaffen. Abschließend konnte über das 2D und 3D Post-processing eine Evaluation der Ergebnisse durchgeführt werden.

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Der Anteil an Elektrofahrzeugen im Straßenverkehr wird in der Zukunft zunehmen. Studien haben ergeben, dass die akustische Wahrnehmung von leisen  E-Fahrzeugen durch Fußgänger und andere Verkehrsteilnehmer im Straßenverkehr mitunter problematisch ist. Auch Fahrer/innen verbinden das bekannte Geräusch eines Verbrennungsmotors mit dem fahren eines Pkw. Für die Verbesserung der Wahrnehmung wurde ein Soundgenerator entwickelt, gebaut und in Betrieb genommen mit der geschwindigkeitsabhängigen Wiedergeben von Fahr/Motorgeräuschen.

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Die Absenkung von Schadstoffemissionen und des Kraftstoffverbrauchs liegt stets im Fokus der Motorenentwicklung. Mit Hilfe der Benzindirekteinspritzung in Verbindung mit Downsizing-Konzepten konnten in den letzten Jahren der Kraftstoffverbrauch weiter gesenkt und der thermische Wirkungsgrad des Ottomotors erhöht werden. Ein weiteres Steigerungspotenzial bietet darauf aufbauend die Wassereinspritzung. In diesem Artikel werden die Grundlagen der Wassereinspritzung vorgestellt und der Einfluss des Wasseranteils auf das Spraybild bei Einspritzung einer Benzin-Wasser-Emulsion mit Wasseranteilen von 0 - 100 % untersucht. Hierzu wird das Spraybild eines Benzin-DI-Injektors in einer Hochdruck-Einspritzkammer mittels Highspeed-Kamera im Schattenverfahren aufgenommen, vermessen sowie analysiert. Weiter werden Versuche zur Emulsionserzeugung vorgestellt und hinsichtlich Herstellung und Stabilität in einem verbrennungsmotorischen Einsatz bewertet.

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Das Projekt Einspritzhydraulik befasste sich mit der Analyse der Raildruckregelung. Das Ziel war es die Erkenntnisse aus dem Projekt Benchmark Einspritzsimulation auszubauen und die erzielten Ergebnisse an den gemessenen Realzustand anzunähern. Die Simulationsmodelle wurden um eine Regelstruktur erweitert, die einen physikalischen Ansatz als Regelmultiplikator verfolgt. Die Regelstruktur wurde in einer Matlab/Simulink Umgebung modelliert und mittels einer Co-Simulation konnte eine aktive Regelung umgesetzt werden. Zudem wurden die Modelle erweitert um einen realen Messgrößenverlauf zu erhalten. Es konnten reales Systemverhalten modelliert, relevante Einflussgrößen ermittelt und untersucht werden.

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Eine weitverbreitete Maßnahme zur Reduzierung des Motorgeräusches sind akustisch wirksame Teilkapselungen von Zylinderkopf, Riementrieb, Ölwanne und anderen akustischen Strahlern. In diesem Projekt geht es darum, die akustische Wirksamkeit solcher Kapselungen anhand eines zweilagigen Dämmmaterials zu untersuchen. Dabei ist das Ziel, eine Formgestaltung des Materials und eine Befestigung zu ermitteln, welche die effektive Schallabsorption der Abdeckung optimal werden lässt. Zu diesem Zweck werden unter Rückgriff auf die Ergebnisse vorhergehender Untersuchungen verschieden große Luftspalte zwischen Dämmungsmaterial und akustischem Strahler erzeugt. Außerdem werden dämpfende Befestigungselemente entwickelt, die eine Minderung des auf den Schaum übertragenen Körperschalles bewirken sollen. Zusätzlich werden mithilfe von vibrometrischen Oberflächenmessungen und Struktur-Akustik-Simulationen Befestigungspunkte für die Abdeckungen ausfindig gemacht, welche sich durch verhältnismäßig geringe Schwingungen auszeichnen.

Die Untersuchungen werden auf einem Akustik-Motorprüfstand mit Halbfreifeldbedingungen mithilfe von Mikrofon-Arrays, Einzelmikrofonen und Beschleunigungsaufnehmern durchgeführt. Dabei werden drei Betriebspunkte des Vier-Zylinder-Dieselmotors angefahren um das akustische Verhalten im gesamten Motorkennfeld abschätzen zu können.
 
Das Resultat des Projektes sind experimentell und simulativ gewonnene Aussagen zur akustisch optimalen Gestaltung des Luftraumes zwischen Abdeckung und Strahler, zur Befestigungsart der Abdeckung und zu den optimalen Befestigungsstellen.

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Im Rahmen von Vorgängerprojekten (Rumpfmotor Akustik I, II und III; Abschluss im Jahr 2013) wurden auf numerischem und experimentellem Wege erste Erkenntnisse für die Weiterentwicklung eines Dieselmotors gewonnen. Dazu wurde hinsichtlich der Simulation ein 3D-FE-Modell des Rädertriebes aufgebaut und damit Parameterkombinationen untersucht. Das Modell wurde durch experimentelle Untersuchungen auf einem dynamischen Akustik-Motorprüfstand abgesichert. Zusätzlich wurden Optimierungen am Torsionsschwingungsdämpfer, dem Ölpumpenmodul sowie an der Zahnriemenabdeckung vorgenommen.

Darauf aufbauend sollen in diesem Projekt bestimmte Komponenten eines Dieselmotors vibroakustisch untersucht, optimiert und weiterentwickelt werden. Das übergeordnete Ziel ist dabei die Reduzierung des Gesamtschalldruckpegels des Dieselmotors.

Um den Schalldruckpegel des Dieselmotors reduzieren zu können, sollen zu Beginn die relevanten Körperschallleitwege untersucht und gewichtet werden. Danach werden die in den Leitwegen befindlichen Bauteile einzeln und im Verbund betrachtet.

Abschließend soll die Lästigkeit des Dieselnagelgeräusches analysiert und berechnet werden.

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Der Gegenstand dieses Projektes sind zweischichtige Schäume und Vliese. Deren Aufbau ist durch eine weiche und leichte dämpfende Schicht und eine steifere und schwerere Masseschicht gekennzeichnet. Das Ziel der Untersuchung ist es, die Einflüsse verschiedener Faktoren auf das Schallabsorptionsverhalten der Dämmmaterialien zu untersuchen. Zu diesen Einflüssen gehören u. a. die Befestigungsart des Dämmstoffes an der schallabstrahlenden Oberfläche, die Schichtdicke der Masseschicht und des Materials insgesamt, die dämpfende oder dämmende Wirkung von Oberflächenfolien und Schwerfolien sowie die Wahl des Dämmmaterials. Die Untersuchungen werden in einem Freifeldraum durchgeführt und mit Struktur-Akustik-Simulationen begleitet. Die Schallabstrahlung der Platte mit den Dämmmaterialien wird im Nahfeld mit einem Mikrofonarray und im Fernfeld mit einem Einzelmikrofon gemessen. Mithilfe der Mikrofonarry-Messungen wird der Einfluss der Schäume auf die Schalldruckverteilung an charakteristischen Eigenfrequenzen des Gesamtsystems bestimmt.
 
Das Resultat des Projektes werden allgemeine und vergleichende Aussagen zum Einfluss der genannten Faktoren auf das Schallabsorptionsverhalten der genannten Schäume und ein numerisches Modell zur Darstellung dieser Einflüsse sein.

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In diesem Projekt werden Werkstoffe zur akustischen und thermischen Schirmung von Motoren untersucht. Es geht hauptsächlich darum, den Einfluss von Hohlräumen zu ermitteln, die zwischen Schalung und einer Schall und Wärme abstrahlenden Oberfläche bestehen können. Dabei wird der Einfluss der Hohlräume auf Schalldruck und -intensität in einem Freifeldraum im Nah- und Fernfeld untersucht. Dazu wird eine für diesen Zweck konzipierte Versuchsplattform entwickelt und die Ergebnisse mithilfe einer Struktur-Akustik-Simulation vorhergesagt. Der Einfluss der Hohlräume auf die Wärmeabstrahlung wird mit einem gesonderten Versuchsaufbau ermittelt. Bei diesem wird das Schirmungsmaterial auf einer mit definierten Hohlräumen versehenen erhitzten Oberfläche befestigt und das Erwärmungsverhalten bei für Motoren charakteristischen Oberflächentemperaturen mit einer thermischen Kamera aufgezeichnet. Auch diese Versuchsergebnisse werden zuvor mit einer Simulation angenähert.

Resultat des Projektes werden allgemeine Aussagen über den Einfluss von Hohl- und Zwischenräumen zwischen Motor und Schirmungswerkstoffen sowie ein Simulationsmodell zur Vorhersage des Einflusses sein.

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Im Rahmen dieses Projektes sollen akustische und thermische Vermessungen an einem gekapselten und ungekapselten Ottomotor durchgeführt werden. Dadurch kann die Wirksamkeit einer von außen applizierten Isolation des Grundmotors analysiert und bewertet werden. Die Isolation selbst besteht aus einem unmittelbar auf die entsprechenden Motorbauteile aufgebrachten Schaummaterials. Zur Schallquellenlokalisierung werden für die Luftschallmessungen - abhängig vom Frequenzbereich - die akustische Nahfeldholographie bzw. das Beamformingverfahren und für die Körperschallmessungen 3D-Beschleunigungsaufnehmer zum Einsatz kommen. Die experimentellen Untersuchungen erfolgen auf dem dynamischen Akustik-Motorprüfstand des Lehrstuhls Energiewandlungssysteme für mobile Anwendungen.

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Forschungsziel ist die Schaffung eines Motor-Simulationsmodells, welches geeignet ist zeitlich veränderliche Motorbetriebszustände abzubilden, die Wärmeströme in Bezug auf Betrag und Richtung  innerhalb des Verbrennungsmotors in Abhängigkeit der Geometrie und der Zylinderlage zu analysieren und Strategien zur bedarfsgerechten Lenkung der Wärmeströme abzuleiten. An einem Dieselmotor soll beispielhaft das Potenzial für die Kraftstoffverbrauchs- und CO2-Reduzierung aufgezeigt werden, wobei besonders die Start- und Warmlaufphase sowie der Betrieb  auf Kurzstrecken dargestellt wird. Die Einbindung der Simulationssoftware in Gesamtfahrzeugmodelle zur Optimierung des Wärmemanagements ist vorgesehen. Durch die Entwicklung eines vereinfachten Kalibriermodells wird der messtechnische Aufwand bei der Neuentwicklung von Motoren stark vereinfacht und damit effizienter bezüglich Kosten- und Zeitaufwand. Die erwarteten Ergebnisse tragen zur Kraftstoffverbrauchs- und CO2 - Reduzierung bei.

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Der Stand der Technik weist sehr verschiedenartige Ausführungen von Zylinderkurbelgehäusen mit unterschiedlicher Erfüllung der akustischen Anforderungen auf. Im Rahmen der Vorgängerprojekte (Struktur-Akustik-Analyse Zylinderkurbelgehäuse I und II) wurden vibroakustische Analysen von diversen Zylinderkurbelgehäusen durchgeführt. Darauf aufbauend sollen in diesem Projekt einerseits weitere Zylinderkurbelgehäuse vermessen und dem Benchmarking der Vorgängerprojekte hinzugefügt werden. Andererseits soll mithilfe des Versuchsaufbaus ein Ansatz entwickelt werden, der es ermöglicht die Koordinaten der Anregungsimpulse zu berechnen.

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Aufsetzend auf den bisher gelaufenen Vorarbeiten im Rahmen des Projektes COMO II, werden die Ingenieure des Lehrstuhls für Energiewandlungssysteme für mobile Anwendungen (EMA) in diesem Projekt ein Ansaugmodul, ein Abgasnachbehandlungssystem und eine Ölwanne für einen Range Extender (Dieselmotor, Hubraum < 1000 cm³) entwickeln, die speziell auf den stationären Betrieb in wenigen Arbeitspunkten abgestimmt sind. Diese gewichts- und verbrauchsoptimierten Systemkomponenten führen zu einer deutlichen Erhöhung des Gesamtwirkungsgrads des Fahrzeugs und liefern somit einen Beitrag zur weiteren Erschließung der Elektromobilität.

Das Ansaugmodul wird so ausgelegt, dass es, strömungsoptimiert, einen möglichst hohen Liefergrad unter Nutzung der Schwingrohraufladung gewährleistet. Es soll den Anforderungen einer modernen Serienfertigung genügen. Die Auslegung erfolgt so, dass störende Eigenfrequenzen gedämpft oder verschoben werden.

Mithilfe des Abgasnachbehandlungssystems sollen die Schadstoffemissionen des Motors auf Euro 6-Niveau reduziert werden. Durch numerische Verfahren der Strömungssimulation wird das System vibroakustisch optimiert.

Die Besonderheit der Ölwanne besteht in ihrer Gestaltung mit einer Aluminiumschaumstruktur, welche der thermischen und akustischen Isolierung dient, sowie der Funktionsintegration des Ölfilters und eines Öl-Wasser-Wärmetauschers. Die im Öl gespeicherte Wärme soll durch den Wärmetauscher nutzbar gemacht werden. Die Entwicklung auch dieser Komponente erfolgt unter dem Gesichtspunkt einer möglichst geringen Schallabstrahlung.

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Im Rahmen des Nachfolgeprojektes COMO II soll ein Seriendieselmotor (Downsizingkonzept, Hubraum < 1000 cm³) am Institut für Mobile Systeme, Lehrstuhl für Energiewandlungssystem für Mobile Anwendungen, für den Einsatz als Range Extender in einem Elektrofahrzeug angepasst und optimiert werden. Dazu wird in einem ersten Schritt das Motoraggregat auf den Prüfstand installiert und die Mess- und Steuerungstechnik integriert. Die Erstellung eines Verbrauchs- und Emissionskennfelds stellt dabei das Ziel dieses ersten Arbeitspaketes dar.

Um das Gewicht des Motors zu reduzieren, soll das aufgeladene Dieselaggregat auf Saugbetrieb optimiert werden. Dazu wird in einem zweiten Arbeitspaket das Brennverfahren an die Saugbedingungen angepasst. Das Ziel hierbei ist die Erreichung der EURO6-Norm in einem bzw. wenigen ausgesuchten und optimierten Betriebspunkten bei konstantem bzw. reduziertem Kraftstoffverbrauch.
 
In 2012 wurde dazu das Motoraggregat beschafft und in eine bestehende Prüfstandumgebung des IMS integriert und angepasst. Hierzu besteht durch den Aufbau des Einzylinderaggregates in COMO I großes Erfahrungspotential, das für dieses Projekt genutzt werden konnte. Neben einer Indizierung des Zylinderdruck-, Abgasgegendruck und Ladedrucksignals, konnten Kraftstoffverbrauchs- und Abgasanalysemesseinrichtungen zum Detektieren der gesetzlich limitierten Emissionen (Partikelanzahl, Ruß, Stickoxide, Kohlenwasserstoffe und Kohlenmonoxide) erfolgreich am Prüfstand installiert werden. Die Steuerung des Motors erfolgt dabei im ersten Schritt über ein Seriensteuergerät. Um die ausgewählten Betriebspunkte bzw. –bereiche zu optimieren wird ein Applikationssteuergerät im weiteren Verlauf des Projektes zum Einsatz kommen. Ein erstes Ziel im Jahr 2012, ist die Aufnahme eines Verbrauchs- und Emissionskennfelds des Serienmotors. Damit lassen sich für den späteren Range Extender Betrieb des Motors verbrauchs- und emissionsoptimierte Betriebspunkte bzw. -bereiche ableiten, um damit eine Ladestrategie für unterschiedliche Fahrszenarien ausarbeiten zu können.

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Es gibt Überlegungen, rein batteriebetriebene Fahrzeuge durch einen zusätzlichen Antrieb für sinnvolle Reichweiten geeignet zu machen. Man spricht dann von einem sogenannten „Range Extender“ (RE). Mit diesem Projekt wird ein interdisziplinärer wissenschaftlicher Beitrag zur Weiterentwicklung von numerischen und experimentellen Methoden der Vibroakustik zur Schwingungs- und Geräuschreduktion von Elektrofahrzeugen mit Range Extender (Dieselmotor) geleistet. 

Es werden modellbasiert erste Konzeptstudien zur Geräuschreduktion am RE durchgeführt, wobei der Fokus auf der Entwicklung von geeigneten Schalen zur Kapselung des RE liegt. Darauf aufbauend sollen passive Voll- und Teilkapselungen untersucht und das Potential der akustischen Beeinflussung von großen Abstrahlflächen ermittelt werden. Ein Schwerpunkt liegt auf der Optimierung der Geometrie und der Materialeigenschaften von Kapseln zur Erzielung einer möglichst maximalen Reduktion des Schalldrucks. In die Modellbildung wir das Temperaturfeld integriert, um auch die Temperaturentwicklung aus dem Verbrennungsprozess berücksichtigen zu können. Zur Entwicklung und zur Validierung der Modelle werden experimentelle Unter­suchungen an einem Akustik-Motorprüfstand durchgeführt. Die entwickelte thermoakustische Motorkapsel wird abschließend am aufgebauten Dieselmotor erprobt. Damit lassen sich Aussagen zum Potential der Schallbeeinflussung der Kapselung treffen.

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Das Ziel dieses Projektes ist eine vibroakustische Gesamtanalyse eines Dieselmotors unter Berücksichtigung von Verbrennungsgrößen und der Motorstruktur. Zur Erfassung der Verbrennungsanregung wird für jeden Zylinder der Zylinderdruck gemessen. Zur Untersuchung und Analyse der Korrelation mit dem äußeren und inneren Körperschallleitweg müssen geeignete Messpositionen an der Motorstruktur ausgewählt werden.

Als Beurteilungsgrößen für das motorakustische Verhalten werden als (objektiv) messbare Größen der Schalldruck bzw. die Beschleunigung und für die (subjektive) Wahrnehmbarkeit die Lautheit betrachtet. Die Untersuchungen zur Korrelation mit der Verbrennung erfolgen mit Hilfe von Ansätzen der Signaltheorie.

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Am Lehrstuhl Energiewandlungssysteme für mobile Anwendungen (EMA) der Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg wird für eine nachhaltige und ökologische Energieversorgung ein fast vergessenes regeneratives Energiekonzept wieder aufgegriffen, die Vergasung von Holz. Für ein solches Energiekonzept wird ein Gasmotor untersucht, der den qualitativ minderen Kraftstoffeigenschaften trotzt und so ein für Holzgas-BHKW Anwendungen lukrativen Betrieb ermöglicht. Der Gasmotor wird an die gegebenen Randbedingungen angepasst, indem die Vergasungsmechanismen, der Ladungswechsel und der Verbrennungsprozess mit Simulationswerkzeugen nachgebildet werden. Dieses Vorgehen ermöglicht eine Ableitung von konstruktiven Verbesserungsmaßnahmen, um den Motor in seiner frühen Entwicklungsphase nahe an seinem Wirkungsgrad und Emissionsoptimum zu betreiben.

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Der Stand der Technik weist sehr verschiedenartige Ausführungen von Zylinderkurbelgehäusen mit unterschiedlicher Erfüllung der akustischen Anforderungen auf. Im Rahmen des Vorgängerprojektes („Struktur-Akustik-Analyse Zylinderkurbelgehäuse“) wurden vibroakustische Analysen von diversen Zylinderkurbelgehäusen durchgeführt. Darauf aufbauend sollen in diesem Projekt weitere Zylinderkurbelgehäuse vermessen und dem Benchmarking des Vorgängerprojektes hinzugefügt werden. Zusätzlich sollen Anbauteile, wie Ölwanne und Zylinderkopf, in die Betrachtung mit einbezogen werden.

Als Ergebnis sollen die unterschiedlichen Strukturmerkmale dokumentiert, das Körperschallübertragungsverhalten der verschiedenen Zylinderkurbelgehäuse bewertet und die Korrelation zwischen Körper- und Luftschall mittels Korrekturfaktoren untersucht werden. Die Korrekturfaktoren müssen dabei das Material, die Oberfläche und die Zylinderzahl berücksichtigen.

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Derzeit ist die Nutzung von Erdgas als Kraftstoff eine attraktive Alternative. Das Kohlen-Wasserstoff-Verhältnis von Erdgas liegt bei 4:1, bei Benzin hingegen beträgt es 2,3:1. Folglich entsteht durch chemische Reaktionen weniger Kohlendioxid und mehr Wasser. Ohne wei­tere Optimierung eines Ottomotors sind so ca. 25 % weniger Schadstoffemissionen mit Erd­gas möglich. Aktuell werden alle Serien-PKW mit saugrohreinblasenden Systemen ausgerüs­tet. Die Saugrohreinblasung bedingt Nachteile bei der Füllung der Zylinder, gegenüber di­rekteinspritzender Benzin-Ottomotoren, wodurch es zu Leistungseinbußen beim Erdgasbe­trieb, zum Beispiel im Low-End-Torque-Bereich, kommt. Diese und andere negativen Effekt kann man mit der Verwendung von direkteinblasenden Erdgasinjektoren kompensieren bzw. umgehen. Die Direkteinblasung von Erdgas befindet sich aber noch im Prototypenstadium, so dass hier noch Forschungsbedarf besteht. Besondere Schwerpunkte sind hier die Druck­bereitstellung, die Injektoren, die Brennverfahrensentwicklung und die Abgasnachbehand­lung wozu am Institut für Mobile Energiewandlungssysteme Recherchearbeiten durchge­führt wurden.

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Am Institut für mobile Systeme dem Lehrstuhl für Energiewandlungssysteme für mobile Anwendungen der Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg wurde auf dem JAROS-Strö­mungsprüfstand „Anemometric Tester 24 TV“ ein Einzylinder-4-Ventil-Zylinderkopf vermessen. Der Zylinderkopf wurde zum einen hinsichtlich der Durchflusszahlen aK und aJ (nach Jaros) einlass- sowie auslassseitig sowohl vorwärts als auch rückwärts untersucht. Die Durchflussmessungen wurden für Ventilhübe hv = 1 bis 10 mm mit einer Schrittweite von 0,5 mm durchgeführt. Weiter wurde die Zylinderinnenströmung (Ladungsbewegung) des Zy­linderkopfes in 16 Ebenen von 10 bis 40 mm bei drei unterschiedlichen Ventilhüben von hv = 2; 5 und 9 mm gemessen. Für die einzelnen Ebenen wurden die Drall- sowie Tumblezahlen bestimmt und die Strömungsfelder erfasst. Die Strömungsfelder dienen dem Abgleich und der Validierung der mit Hilfe der CFD-Simulation ermittelten Ergebnisse. Für die Visualisier­ung der Messergebnisse wurden die Ergebnisvektoren auf ein unstrukturiertes Gitter über­tragen und anschließend 3D in Form von Stromlinien, Isoflächen und Vektordarstellungen dargestellt.

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Der Stand der Technik weist sehr verschiedenartige Ausführungen von Zylinderkurbelgehäusen mit unterschiedlicher Erfüllung der akustischen Anforderungen auf. Durch den deutlichen Trend zum Leichtbau ist die Verwendung von Aluminium-Werkstoffen im Bereich von Zylinderkurbelgehäusen bereits weit verbreitet. Im Rahmen des Projektes soll zunächst eine Analyse eines aus Aluminiumguss ausgeführten Zylinderkurbelgehäuses durchgeführt werden. Im weiteren Verlauf sollen vergleichende Untersuchungen weiterer Zylinderkurbelgehäuse mit verschiedenen Materialien und Zylinderzahlen stattfinden.

Als Ergebnis müssen die unterschiedlichen Strukturmerkmale analysiert, das Körperschallübertragungs­verhalten der verschiedenen Zylinderkurbelgehäuse bewertet, die Korrelation zwischen Körper- und Luftschall im Nah- und Fernfeld untersucht und Empfehlungen zur Definition geeigneter Zielgrößen für die Auslegung akustisch optimaler Zylinderkurbelgehäuse erarbeitet werden.

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Im Rahmen von Vorgängerprojekten („Rumpfmotor Akustik I und II“) wurden auf numerischem und experimentellem Wege erste Erkenntnisse für die Weiterentwicklung eines Dieselmotors gewonnen. Dazu wurde hinsichtlich der Simulation ein 3D-FE-Modell des Rädertriebes aufgebaut und damit Parameterkombinationen untersucht. Das Modell wurde durch experimentelle Untersuchungen auf einem dynamischen Akustik-Motorprüfstand abgesichert. Darauf aufbauend sollen in diesem Projekt bestimmte Komponenten des Dieselmotors vibroakustisch untersucht werden.

Das Ziel dieses Projektes ist es, den Einfluss der Motorkomponenten Torsions­schwingungsdämpfer, Ölpumpenmodul und Wasserpumpe auf das vibroakustische Motorverhalten zu untersuchen. Damit können Geräuschminderungsmaßnahmen abgeleitet und umgesetzt werden.

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Zielsetzung des Projektes sind weiterführende experimentelle und theoretische Untersuchungen, um die durch den Rädertrieb und die Ausgleichswellen entstehenden akustischen Anregungen eines Dieselmotors zu untersuchen. Ausgehend von den Ergebnissen des Vorgängerprojektes „Rumpfmotor Akustik“ ist in diesem Projekt ein gegenüber dem Ausgangszustand erweitertes und verbessertes Rechenmodell zu entwickeln, das es ermöglicht, weitere, bisher nicht erfasste Parameter des Rädertriebes sowie den Einfluss wichtiger Nebenaggregate in die Berechnung einzubeziehen, um neue Erkenntnisse hinsichtlich der Stoßvorgänge und der dadurch verursachten akustischen Anregungen wirklichkeitsnah berechnen zu können. Das erweiterte Modell wird genutzt, um den Einfluss unterschiedlicher Systemparameter zu untersuchen und mögliche Verbesserungspotentiale zu erkennen. Zur Entwicklung und zur Validierung des Modells werden experimentelle Unter­suchungen an einem Motorprüfstand durchgeführt.

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