Helmut Tschöke

Noise Reduction Potential of an Engine Oil Pan

Considering automobiles with internal combustion engines, the power train represents one of the main noise sources, especially during idling and slow driving speeds. One major contributor to the overall power train noise emission is the engine oil pan. The objective of this paper is to evaluate the noise reduction potential of an oil pan with a combined use of passive and active methods. The passive approach is best suited for a frequency range above 1,000 Hz and is implemented in this study using different substitute materials. Active noise control techniques are efficient in a frequency range below 1,000 Hz. In the present study piezoceramic patches are used as actuators as well as sensors. By means of FE simulations a smart system is designed to reduce passively and actively the structural vibrations and consequently the resulting sound radiation. Therefore, optimal locations of piezoelectric actuators are computed. A control algorithm with respect to a collocated design is used to obtain high active damping effects. With control, attenuations up to 15 dB in vibration level are achieved at the resonance frequency regions of the most dominant modes of the oil pans in laboratory. It is shown that significant reductions up to 4 dB are achieved on the engine test bench in a frequency range up to 1,000 Hz and at engine speeds below 2,000 rpm, where a multi-discrete excitation characteristic exists. Due to the use of a low-mass plastic oil pan, improvements at several engine operating points are measurable. Drawbacks of this material substitution are the higher temperature dependency and the lower electromechanical coupling of the piezoelectric patches due to the elasticity of the plastic ground material. An oil pan made of sheet steel has shown the worst acoustical properties.

Abgasemission von Dieselmotoren

Die direkte Abgabe der Abgaskomponenten aus Verbrennungsvorgangen an die Umgebung, d. h. die Emission ist der primare und wichtigste Prozess in einer Wirkkette von der Emission uber die Transmission zur Immission und Wirkung. Grundsatzlich unterscheiden wir naturliche Emissionen, z. B. aus der Vegetation, von Meeren, aus der Vulkanaktivitat oder aus der Faulnis von Biomasse, und sog. anthropogene, d. h. vom Menschen verursachte oder beeinflusste Emissionen, wie z. B. bei der Energieerzeugung, dem Verkehr, der Industrie, dem Haushalt und der Landwirtschaft. Wir beschaftigen uns nachfolgend ausschlieslich mit den anthropogenen Emissionen aus dem Verbrennungsvorgang des Dieselmotors. Bild 15-1 zeigt diese Wirkungskette mit den wichtigsten anthropogenen Quellen [15-1]. Die Abgaskomponenten konnen sowohl schadlich als auch unschadlich sowie gasformig, flussig oder fest sein.

Abgasemissionen von Dieselmotoren

Die Wirkungskette von der Emission uber die Immission bis zur Wirkung auf Mensch und Natur wird beschrieben und der jeweils verkehrsbedingte Anteil der wichtigsten Abgaskomponenten des dieselmotorischen Verbrennungsprozess angegeben. Es stehen die Immissionen, also die Luftbelastung durch die Abgasemissionen im Vordergrund. Die gesetzlichen Vorgaben fur die Luftqualitat werden zusammengefasst.

Definition und Einteilung der Hubkolbenmotoren

Kolbenmaschinen sind Maschinen, in denen die Energie eines Fluids (Gas oder Flussigkeit) auf einen bewegten Verdranger (zum Beispiel einen Kolben) oder von dem Verdranger auf das Fluid ubertragen wird [1, 2, 14]. Sie gehoren damit zu den Fluidenergiemaschinen, die als Arbeitsmaschinen mechanische Energie aufnehmen, um die Energie des geforderten Fluids zu erhohen. Dagegen wird bei Kraftmaschinen mechanische Energie als Nutzarbeit am Kolben beziehungsweise am Kurbeltrieb freigesetzt.

Gemischbildungsverfahren und -systeme

Die Verbrennung, chemisch betrachtet eine Oxidation der Kraftstoffmolekule, setzt voraus, dass eine hinreichende Zuganglichkeit des Oxidators Sauerstoff an das Kraftstoffmolekul vorliegt. Daher ist es notwendig, Kraftstoff aufzubereiten, das heist in eine gasformige Phase zu uberfuhren und mit Luft zu vermischen. Das geschieht ublicherweise mit Gemischbildungssystemen. Man unterscheidet beim motorischen Betrieb dabei zwischen der inneren und auseren Gemischbildung.

Thermodynamische und chemische Grundlagen

Ausgehend von grundlegenden thermodynamischen Betrachtungen zur Energiewandlung in Kraftmaschinen sowie der Kinematik des Kurbeltriebs von Hubkolbenmotoren werden zunachst ideale Kreisprozesse fur Verbrennungsmotoren beschrieben. Mit der Ableitung von Kenngrosen und Uberlegungen zur Verlustteilung gelangt man schlieslich mittel Kennwerten von diesen Idealprozessen zum realen Motorprozess. Mit Hilfe dieser Kenngrosen konnen die Hauptabmessungen von Motoren berechnet werden. Dies wird zunachst fur Pkw-, Nfz- und Hochleistungs-Dieselmotoren fur Schiffsantriebe und anschliesend fur einen Motor fur Rennwagen der Formel 1 erlautert. Aufbauend auf Kohlenwasserstoffverbindungen werden dann konventionelle Brennstoffe vorgestellt, Das Kapitel schliest mit Uberlegungen zu den in der Diskussion befindlichen als auch zu zukunftigen Brennstoffen fur Benzin-, Gas- und Dieselmotoren.

Allgemeine Grundlagen der Kolbenmaschinen

Kolbenmaschinen sind Fluidenergiemaschinen, die als Arbeitsmaschinen die Energie eines Fluids (Gas, Flussigkeit) mittels eines Verdrangers (Kolbens) durch Zufuhr mechanischer Energie erhohen oder als Kraftmaschinen unter Abfuhr mechanischer Energie vermindern.

Reducing HC in gasoline engine warm-up

In order to comply with ever stricter emission standards for gasoline engines, reducing the hydrocarbon emissions during the cold start and warm up phases is taking on particular importance. This paper reports on the results of tests on influencing fuel-air mixing conducted at the Institute for Measurement Technology and Reciprocating Machines at Otto von Guericke University Magdeburg. This work was carried out as part of an FVV project.

Abgaskonzept für einen Euro-IV-Pkw-DI-Dieselmotor (II)

Durch den Einsatz moderner Dieselmotoren wurde die Partikelemission von Pkw in den letzten zehn Jahren erheblich vermindert. Insbesondere bei schweren Fahrzeugen erfordert die gleichzeitige Verminderung der NOx- und der Partikelemission jedoch eine aufwendige Abgasnachbehandlung. Das Bundesministerium fur Bildung und Forschung forderte hierzu ein Verbund-Projekt. Ziel war die Realisierung eines Abgasnachbehandlungskonzepts fur ein Fahrzeug der Mittelklasse mit einem DI-Dieselmotor unter Einhaltung der ab 2005 geltenden Euro-IV-Abgasgrenzwerte.

AKONDIES — An exhaust concept for a Euro IV passenger car DI diesel engine (II)

The employment of modern diesel engines has drastically reduced particulate emissions from passenger cars over the last ten years. However, reducing both NOx and particulate emissions requires a complex exhaust gas aftertreatment system, especially for heavier vehicles. To this end, Germany’s Federal Ministry of Education and Research sponsored a collaboration project. The objective was to implement an exhaust gas aftertreatment system for a medium-size vehicle with a direct injection diesel engine complying with the EURO IV emissions standards planned to come into effect in 2005.