Rüdiger Teichmann

High temperature stable SAW based tagging system for identifying a pressure sensor

Driven by the need for identifying an AVL pressure sensor inside of a combustion engine, various methods for this purpose have been examined. The solution found has to be compatible with the constraints placed by both the harsh environmental conditions acting on a sensor mounted close to the combustion chamber and the reading technique employed to monitor the data. Thus the final solution, preferably mounted inside of the pressure sensor, has to withstand shock, vibrations, high temperatures and temperature gradients, to provide a high isolation resistance and to fit into small size bore. Furthermore, the solution has to cope with additional demands such as low-costs or minor modifications of the sensor only.

Mobiles Datenerfassungs System zur Analyse von Verbrennungsprozessen

Verbrennungsmotoren stehen zwar wegen ihres Energieverbrauchs und ihrer Emissionen vermehrt in der Kritik, werden aber doch auf nicht absehbare Zeit Hauptantriebsquelle fur die motorisierte Mobilitat der Menschen sein. Aus diesem Grund ist es auch notwendig, den Verbrennungsmotor weiter zu entwickeln. Der Schlussel dazu liegt unter anderem in der Optimierung von Verbrennungsprozessen und der Moglichkeit, diese intensiv und in allen Stadien des Entwicklungsprozesses zu untersuchen. AVL setzt dafur eigene Indiziergerate ein. Die gestiegene Leistungsfahigkeit von Elektronik hilft dem Entwicklungsdienstleister, die bauraumoptimierten Gerate mobil und immer effektiver in Versuchsfahrzeuge zu integrieren.

Verbrennungsdiagnostik - Indizieren und Visualisieren in der Verbrennungsentwicklung

Verbrennungsdiagnostik wird in der Motorenentwicklung immer dann eingesetzt, wenn bei Messungen von Verbrauch, Leistung und Emissionen ungenutztes Potenzial im Vergleich zu thermodynamisch moglichen Zielwerten festgestellt wird. Bei den hohen Zielanforderungen, die an moderne Motoren gestellt werden, ist zumindest eine thermodynamische Verbrennungsanalyse durch Messen des Zylinderdrucks immer ein fester Bestandteil im Entwicklungsablauf.

Funktionsweise von Verbrennungsmotoren

Die Funktionsweisen von Pkw- Otto- und Gros-Gasmotoren werden erlautert, wobei detailliert auf die Grundlagen der ottomotorischen Verbrennung eingegangen wird. Nach einer Beschreibung der grundlegenden Zusammenhange der dieselmotorischen Verbrennung werden Pkw- und Nfz- Dieselmotoren vorgestellt, wobei ausfuhrlich und kritisch auf neue Trends wie das Downsizing und auf den Einsatz von Hybridantrieben und Range Extendern bei Pkw- Motoren eingegangen wird. Hier werden verschiedene Verfahren, deren Vorteile, aber auch deren Grenzen klar und anschaulich herausgearbeitet und erlautert. Anschliesend werden wird die Funktionsweisen von Gros- Dieselmotoren, d.h. Vier- Takt -Schnell-, Vier-Takt- Mittelschnell- und Zwei- Takt- Langsamlaufer beschrieben, wobei detailliert auf Applikationen eingegangen wird.

Condition based monitoring for industrial engines

The following paper focuses on the description of an open designed condition analysis system and its methods, which enable the continuous online- or discontinuous offline monitoring of the overall state of a diesel-, heavy fuel oil-, or gas operated large- respectively industrial engine and its subsystems like e. g. the turbocharger. Our Condition monitoring methodology is an integral component of a condition-oriented strategy, whose methods make predictable prognoses possible for large engines plants in order to operate them with the highest possible plant efficiency at a certain safety level. This is only possible by realizing the experimental results, obtained by using high speed cylinder pressure measurement in combination with online diagnostics. The expert system AVL EPOSTM can be used for new engines or as retrofit system for engines in operation. Every root cause of a change in the operating condition of the engine or its subsystems can be analyzed and used for a permanent optimization of the engine operation. This enables planned continuous operation of the engine plant beside the overall monitoring approach to ensure engine safety and engine efficiency. In case of an unforeseeable abrupt breakdown of the system afterwards the exact history until such time as the failure occurred can be analyzed. So the found disturbance can be attributed to the causal origin. By gaining enough information of the system in the past, the gathered data will be used for trend analysis of the near future.

Aufladung von Verbrennungsmotoren

Die Aufladung war ursprunglich ausschlieslich als Verfahren zur Leistungssteigerung gedacht. Sie nimmt aber zunehmend einen immer groseren Stellenwert ein, wobei Verbrauchs- und auch Emissionsfragen immer starker in den Vordergrund treten. Fur eine ausfuhrliche Darstellung wird auf Zinner (1985) und Pischinger et al. (2002) verwiesen. Eine interessante Darstellung der geschichtlichen Entwicklung der Aufladung hat Jenni (1993) gegeben.

Beherrschung komplexer Entwicklungsprozesse

Verbrennungsmotorische Antriebe haben in den letzten Jahren signifikante Verbesserungen insbesondere in ihrem Verbrauchs- und Emissionsverhalten erfahren. Ausschlaggebend dafur sind neben dem besseren Verstandnis innermotorischer Vorgange vor allem die intelligenten Steuer- und Regelsysteme, welche neue Technologien ermoglichen und weitere Optimierungspotentiale erschliesen. Damit verbunden ist die grose Herausforderung einer zunehmenden Komplexitat in der Entwicklung, die in besonderem Mas fur Fahrzeugmotoren gilt, aber letztlich fur alle Antriebssysteme einen Schlusselaspekt darstellt. Dementsprechend kann eine Entwicklung nur dann erfolgreich durchgefuhrt werden, wenn eine systematische Vorgangsweise die grose Zahl der Freiheitsgrade adressiert und einer gezielten Optimierung unter Berucksichtigung der Eigenschaften des Gesamtsystems zufuhrt.

Der Verbrennungsmotor als Teil des gesamten Antriebsstrangs

Die zukunftigen CO2-Szenarien (Abb. 18-1) stellen weltweit die wesentlichste Entwicklungsherausforderung fur PKW-Antriebe dar. Die aktuelle und zukunftige Gesetzgebung ist in Abb. 18-1 dargestellt. Die von einigen Herstellern mit ihrer Fahrzeugflotte im Jahr 2008 und 2009 erreichten CO2-Emissionen sind vor dem Hintergrund der fur Europa geplanten CO2-Zielwerte in Abb. 18-2 aufgetragen. Wahrend in den letzten Jahren in Europa die Reduzierung des Flottenmittelwerts stark durch die Erhohung des Dieselanteils realisiert wurde, erfolgt jetzt durch neue Benzindirekteinspritztechnologien in Verbindung mit verbessertem Energiemanagement und Start/Stopp sowie Hybridantrieben ein echter Stufensprung bei den Ottomotoren. Dabei sind verschiedene Entwicklungsrichtungen zu beobachten: Saugmotor-Schichtladekonzepte, siehe Langen et al. (2007) und Waltner et al. (2006), als Speerspitze der rein ottomotorischen Verbrauchskonzepte, die Kombination der Benzin-Direkteinspritzung mit Abgasturboaufladung, Prevedel und Kapus 2006 und Fraidl et.al (2007), die wohl im Moment den am starksten ausgepragten Technologietrend bei Ottomotoren darstellt, milde Hybridanwendungen mit vergleichsweise moderaten elektrischen Leistungen, nach Bachmann (2009) sowie Vollhybride, siehe Weiss et al. (2009).

Zukunft des Verbrennungsmotors

Der Verbrennungsmotor ist die am weitesten verbreitete Energiewandlungsmaschine und hat z. B. als Antrieb fur Fahrzeuge, Schiffe und Generatoren groste Bedeutung. Weit uber eine Milliarde Verbrennungsmotoren sind heute als Antrieb fur Fahrzeuge (Pkws, Nutzfahrzeuge, Schiffe usw.), zur Energieversorgung (Block-Heizkraftwerke, Notstromaggregate usw.) oder fur andere Zwecke wie z. B. als handgehaltene Arbeitsgerate (Motorsagen, Motorsensen, Trennschleifer usw.) im Einsatz. Als Hubkolbenmotor mit innerer Verbrennung ist er zudem die effizienteste Warmekraftmaschine uberhaupt. Bei alleiniger Nutzung der abgegebenen mechanischen Energie werden in bestimmten Antrieben bereits Wirkungsgrade von uber 50 % erreicht. Wird die bei der Verbrennung des Kraftstoffes freigesetzte Warme uber den aufgrund der Gesetze der Thermodynamik limitierten, in mechanische Arbeit umwandelbaren Anteil hinaus genutzt, konnen sogar deutlich hohere Systemwirkungsgrade erreicht werden. Vor dem Hintergrund dieses auserordentlichen Erfolges sind die weitere Entwicklung und die dazu bestehenden Moglichkeiten von grosem Interesse.

Indicating systems for the analysis of combustion engines in mobile devices

Due to its energy consumption and emission the combustion engine recently has come under increased criticism. However, it will stay the main driver for the motorized mobility for the next decades. Therefore, further optimization of the combustion engine regarding consumption and emission is required. The key lies in the optimization of combustion processes and the possibility to examine it intensively in all stages of the development process. For these different applications it is necessary to provide indicating devices, which fit the customers need of compact devices with high performance at smallest dimension for mobile usage directly at the test-vehicles.