TY - CHAP A1 - Rieger, Anna A1 - van de Par, Steven A1 - Rabl, Hans-Peter A1 - Oetjen, Arne T1 - Schärfeurteile für tonhaltige Geräusche und die Konsequenzen für die instrumentelle psychoakustische Analyse T2 - Fortschritte der Akustik - DAGA 2024, 50. Jahrestagung für Akustik, 18.-21. März 2024 in Hannover N2 - In einer vorrangegangenen Studie wurde der Einfluss psychoakustischer Parameter auf Präferenzurteile für konsonante und dissonante Geräusche untersucht. Diese Geräusche hatten die gleiche Lautheit und basierten auf einem festen Rauschhintergrund und eingebetteten hochfrequenten Tonkomponenten. Es zeigte sich, dass die Präferenzurteile eines Probandenkollektives durch ebenfalls erhobene Subjektivurteile zu Schärfe, Tonhaltigkeit und Dissonanz mit hoher Präzision vorhergesagt werden konnten.Durch das angewandte Versuchsdesign konnte diese rein auf Subjektivbeurteilungen bestehende Vorhersage mit einer instrumentellen Vorhersage der Präferenzurteile verglichen werden. Der Vergleich ergab einen niedrigeren Korrelationskoeffizienten für die modellbasierte Vorhersage, was auch durch die sehr niedrige Korrelation (R2<0,2) der berechneten Schärfe nach DIN45692 mit den Schärfe-Subjektivurteilen zu begründen war. Eine mögliche Erklärung der unzureichenden Prognose der Schärfeurteile könnte in der Bewertungsstrategie der Proband:innen zu finden sein. Für die getesteten Geräusche mit auffälligen tonalen Komponenten könnte statt der Schärfe des Gesamtgeräuschs nur die Schärfe des tonalen Geräuschobjekts berücksichtigt worden sein. Die Schärfe-Analyse der auf ihren tonalen Anteil reduzierten Signale zeigt eine sehr gute Übereinstimmung mit den Subjektivurteilen, was die Hypothese einer Trennung von Ton- und Rauschobjekten unterstützt. Es wird diskutiert, ob und wie das Paradigma der akustischen Objekttrennung in der Modellierung psychoakustischer Empfindungsgrößen Anwendung finden kann. Y1 - 2024 UR - https://pub.dega-akustik.de/DAGA_2024/konferenz?article=479 SN - 978-3-939296-22-5 SP - 1210 EP - 1213 PB - Deutsche Gesellschaft für Akustik e.V. (DAGA) CY - Berlin ER - TY - JOUR A1 - Walter, Stefanie A1 - Schwanzer, Peter A1 - Hagen, Gunter A1 - Rabl, Hans-Peter A1 - Dietrich, Markus A1 - Moos, Ralf T1 - Combined Ash and Soot Monitoring for Gasoline Particulate Filters Using a Radio-Frequency-Based Sensor JF - Emission Control Science and Technology N2 - Increasingly stringent emission limits have made particulate filters necessary for gasoline engines. Similar to diesel applications, gasoline particulate filters (GPFs) can be monitored by differential pressure measurement or by the radio-frequency-based filter diagnosis (RF sensor). In addition to measuring the soot loading, ash detection is critical for monitoring the GPF over the entire vehicle lifetime. Because the RF sensor detects the filter loading through a change in the dielectric properties of the GPF, it can detect not only soot but also ash. In diesel applications, the RF sensor has already demonstrated its potential for ash detection. To verify the feasibility of simultaneous ash and soot monitoring for GPFs, filters were loaded with ash on an engine test bench and measured on a lab test bench under defined synthetic exhaust gas conditions. By evaluating resonant modes, soot and ash could be clearly distinguished, as ash mainly affects the resonant frequency, while soot also changes the quality factor due to its high dielectric losses. However, higher soot loadings could not be detected by the resonant parameters, but instead by a frequency-averaged transmission signal. While the presence of ash caused an offset in this signal, its sensitivity to soot was not affected. Thus, the influence of ash can be corrected if the signal in the soot-free filter state is known, e.g., from the behavior of the resonant parameters. Therefore, even with a continuously increasing ash loading over the lifetime of a vehicle, an accurate soot detection is possible with the RF sensor. KW - Gasoline particulate flter KW - Radio-frequency KW - Soot mass determination KW - Ash detection Y1 - 2023 U6 - https://doi.org/10.1007/s40825-023-00235-y PB - Springer ER - TY - JOUR A1 - Walter, Stefanie A1 - Schwanzer, Peter A1 - Steiner, Carsten A1 - Hagen, Gunter A1 - Rabl, Hans-Peter A1 - Dietrich, Markus A1 - Moos, Ralf T1 - Mixing Rules for an Exact Determination of the Dielectric Properties of Engine Soot Using the Microwave Cavity Perturbation Method and Its Application in Gasoline Particulate Filters JF - Sensors N2 - In recent years, particulate filters have become mandatory in almost all gasoline-powered vehicles to comply with emission standards regarding particulate number. In contrast to diesel applications, monitoring gasoline particulate filters (GPFs) by differential pressure sensors is challenging due to lower soot masses to be deposited in the GPFs. A different approach to determine the soot loading of GPFs is a radio frequency-based sensor (RF sensor). To facilitate sensor development, in previous work, a simulation model was created to determine the RF signal at arbitrary engine operating points. To ensure accuracy, the exact dielectric properties of the soot need to be known. This work has shown how small samples of soot-loaded filter are sufficient to determine the dielectric properties of soot itself using the microwave cavity perturbation method. For this purpose, mixing rules were determined through simulation and measurement, allowing the air and substrate fraction of the sample to be considered. Due to the different geometry of filter substrates compared to crushed soot samples, a different mixing rule had to be derived to calculate the effective filter properties required for the simulation model. The accuracy of the determined mixing rules and the underlying simulation model could be verified by comparative measurements on an engine test bench. KW - mixing rule KW - dielectric properties KW - microwave cavity perturbation KW - finite element method (FEM) KW - soot mass determination KW - radio-frequency (RF) KW - gasoline particulate filter (GPF) Y1 - 2022 U6 - https://doi.org/10.3390/s22093311 VL - 22 IS - 9 SP - 1 EP - 17 PB - MDPI CY - Basel ER - TY - CHAP A1 - Rieger, Anna A1 - Oetjen, Arne A1 - van de Par, Steven A1 - Rabl, Hans-Peter T1 - Einfluss der Dissonanz auf die Wahrnehmung der Geräuschqualität T2 - Fortschritte der Akustik DAGA 2022: 48. Jahrestagung für Akustik, 21. - 24. März 2022, Stuttgart und Online Y1 - 2022 UR - https://www.dega-akustik.de/publikationen/online-proceedings/ VL - 48 PB - Deutsche Gesellschaft für Akustik e.V. CY - Stuttgart ER - TY - JOUR A1 - Emberger, Peter A1 - Altmann, Robert A1 - Gebhard, Jürgen A1 - Thuneke, Klaus A1 - Winkler, Markus A1 - Töpfer, Georg A1 - Rabl, Hans-Peter A1 - Remmele, Edgar T1 - Combustion characteristics of pure rapeseed oil fuel after injection in a constant volume combustion chamber with a non-road mobile machinery engine solenoid injector JF - Fuel N2 - Pure rapeseed oil fuel (R100) according to standard DIN 51605 is a greenhouse gas saving option for the mobility sector. With its high energy density close to diesel fuel, R100 is suitable to operate non-road mobile machinery with a high power demand and long operating time, where electric drives reach their limits. Advantages are indicated for its use in environmentally sensitive areas like agriculture since R100 is highly biodegradable and non-toxic. However, R100 is characterised by differing physical and chemical properties compared to diesel. The objective of the research is to investigate the differences in the ignition and combustion behaviour of R100 compared to diesel fuel (DF). For this purpose, a constant volume combustion chamber is used, which is equipped with a modern solenoid injector for engines of non-road mobile machinery. The researched injector shows a different hydraulic behaviour when using R100 compared to DF in that the injected fuel mass is lower with R100 than with DF. In combination with the 14 % by mass lower calorific value, less energy output is determined with R100. When varying the injection pressure, the impact on the ignition delay and combustion behaviour is much higher for R100 than for DF. Specifically, an increase of the injection pressure supports mixture preparation and thus partially compensates the differing physical properties of R100. The results of ignition delay measurements and net heat release analysis are as follows: At low load conditions with low injection pressure as well as a low combustion chamber temperature and pressure, R100 ignites later and shows a further delayed combustion compared to diesel. The opposite is observed for medium and high load conditions, where R100 ignites faster and without delayed combustion in comparison to DF. Thus, an adjustment of the heat release of R100 at the same level as for DF is possible by modifying the injection strategy. The research shows that for an optimised combustion of R100 the injection settings must be adjusted for every operation point separately. The results indicate how the injection parameters should be adjusted for different load conditions to realise a high-quality engine calibration for R100. KW - Constant volume combustion chamber KW - Ignition behaviour KW - Non-road mobile machinery KW - Rapeseed oil fuel KW - Solenoid injector KW - Straight vegetable oil fuel Y1 - 2022 U6 - https://doi.org/10.1016/j.fuel.2022.123979 IS - 320 PB - Elsevier ER - TY - THES A1 - Weber, Sebastian T1 - Charakterisierung verschiedener Wassereinspritztechnologien für Ottomotoren N2 - Die Reduktion von Kraftstoffverbrauch und Schadstoffemission bei gleichzeitiger Verbesserung der Fahrleistung bei kleinerem Hubraum und reduzierter Zylinderzahl, die erhöhte Performance und die Kompatibilität mit elektrifizierten Komponenten beschreiben die aktuellen Ziele und Herausforderungen der modernen Ottomotorentwicklung. Um alle Herausforderungen zu erfüllen, muss ein stöchiometrischer Betrieb sichergestellt werden. Dabei kann es jedoch an der Volllast zur Überschreitung thermischer Grenzen im Abgaspfad kommen, weswegen die Abgastemperatur ohne Leistungsverluste abgesenkt werden muss. Die Wassereinspritzung kombiniert Downsizing, Leistungssteigerung und die Verbesserung der Schadstoffemissionen wirkungsvoll miteinander und könnte einen Beitrag zur Erreichung der Klimaziele leisten. Um ein optimales Systemlayout zu erarbeiten, sind prozessuale Betrachtungen oft nicht ausreichend. Vielmehr müssen die Phänomene im Brennraum beobachtet werden. Schwerpunktmäßig sind dies die Einbringung des Wassers, der Wandkontakt, die Spray- und Wandfilmverdampfung und somit die Wirksamkeit der Abgastemperaturreduktion und die Verbesserung des indizierten Wirkungsgrads. In einem ersten Schritt werden die Thermodynamik bei Wassereinspritzung analysiert und verschiedene Einspritztechnologien miteinander verglichen. Fokussiert wird die Verbrennung, die Veränderung in den gasförmigen und festen Abgasbestandteilen und die mechanische Belastung der Aggregate durch die Verbesserung der Zündwinkel. Die Mischungseinspritzung über den zentralen Hochdruckinjektor vereint den geringsten Wasserverbrauch mit bestmöglicher Schwerpunktlage, starker Reduktion des Partikelausstoßes und akzeptabler Erhöhung der mechanischen Belastung und ist damit das favorisierte Konzept. Neben den prozessualen Betrachtungen werden mit einem optisch zugänglichen Versuchsträger zwei laseroptische Messtechniken zur Visualisierung flüssigen Wassers und der spektralen Trennung zwischen Wasser und Kraftstoff entwickelt und validiert. Damit werden die verschiedenen Varianten optisch vermessen und die Sensitivität gegenüber veränderten Betriebs- und Randbedingungen ermittelt. Die Sammlereinspritzung zeigt die größten Tropfen, gefolgt von der Saugrohr- und der Mischungseinspritzung. Auch hat diese den mit Abstand größten Wandkontakt und die geringste Verdampfungsrate, ist zusätzlich anfällig für zyklische Schwankungen. Die Saugrohreinspritzung kennzeichnen kleine Tropfen, ein konzentriertes Einströmen durch den Ventilspalt, ein flächiger Wandfilm auf der Kolbenoberseite und die Verbesserung der Tropfenverdampfung durch Turbulenz und die Nutzung von Phasing. Favorit ist abermals die Mischungseinspritzung. Eine hohe Wandfilm- und unmittelbare Sprayverdampfung kennzeichnen das System, wobei eine Erhöhung des Einspritzdrucks die Verdampfungsrate signifikant verbessert. Außerdem ist die Einspritzdauer am geringsten und die Reproduzierbarkeit am größten, jedoch auch der applikative Aufwand. Am favorisierten System werden weitere Analysen durchgeführt, unter anderem zur Veränderung der Bauteiltemperaturen, der Vergleich mit einer Ethanoleinspritzung oder die vielversprechende Kombination in Form einer Wasser-Ethanol-Mischungseinspritzung. Auf Basis der experimentellen Erkenntnisse wird ein CFD-Verfahren vorgestellt, das die Wassereinspritzung abbildet und somit die Virtualisierung in der Produktentwicklung vorantreibt. Neben der methodischen Vorgehensweise wird das Verfahren validiert und am Einzylinder- und Vollmotorbetriebspunkt vorgestellt. Die auftretenden Unterschiede werden analysiert und ausgewählte Parameteranalysen durchgeführt. Mit den Simulationen kann nachvollzogen werden, wie das Wasser die Zylinderlaufbahn benetzt und mit dem Kolben interagiert. Zusammenfassend charakterisiert diese Arbeit die gängigen Wassereinspritzvarianten auf unterschiedlichen Ebenen, gibt Optimierungsempfehlungen für die bestmögliche Medienverdampfung und empfiehlt die Mischungseinspritzung als Systemlayout. N2 - The reduction in fuel consumption and pollutant emissions with simultaneous improving driving performance with a smaller displacement and a reduced number of cylinders, increased performance and compatibility with electrified components describe the current goals and challenges of modern gasoline engine development. In order to fulfil all challenges, stoichiometric operation must be ensured. At full load, however, thermal limits in the exhaust gas path can be exceeded, that is why the exhaust gas temperature must be reduced without loss of performance. The water injection effectively combines downsizing, increased performance and the improvement of pollutant emissions and could contribute to the achievement of the climate targets. In order to develop an optimal system layout, procedural considerations are often not sufficient. Rather, the phenomena in the combustion chamber must be observed. The focus is on the introduction of water, wall contact, spray, and wall film evaporation and thus the effectiveness of the exhaust gas temperature reduction and the improvement of the indicated efficiency. In a first step, the thermodynamics of water injection are analyzed, and different injection technologies compared. The focus is on the combustion, the change in the gaseous and solid exhaust gas components and the mechanical load on the engines by improving the ignition angle. The mixture injection via the central high-pressure injector combines the lowest water consumption with the best possible center of gravity, a strong reduction in particle emissions and an acceptable increase in the mechanical load and is therefore the preferred concept. In addition to the procedural considerations, two laser-optical measurement methods for visualizing liquid water and the spectral separation between water and fuel are being developed and validated using an optically accessible test engine. In this way, the different variants are optically measured and the sensitivity of changed operating and boundary conditions is determined. The manifold injection shows the largest droplets, followed by the manifold and the mixture injection. This has the greatest wall contact and the lowest evaporation rate by far but is susceptible to cyclical fluctuations. The intake manifold injection is characterized by small droplets, a concentrated inflow through the valve gap, a flat wall film on the top of the piston and the improvement of droplet evaporation through turbulence plus the use of phasing. Mixture injection is once again the favorite. The system is characterized by high wall film and direct spray evaporation, with an increase in the injection pressure significantly improving the evaporation rate. In addition, the injection duration is the shortest and the reproducibility greatest, but also the application effort. Further analyzes are carried out on the favored system, including changes in component temperatures, a comparison with an ethanol injection or the promising combination in the form of a water-ethanol mixture injection. Based on the experimental findings, a CFD process is presented that maps the water injection and thus drives the virtualization in product development. In addition to the methodical approach, the process is validated and presented at the single-cylinder and production engine operating point. The differences that arise are analyzed and the influence of selected parameters are pointed out. The simulations can be used to understand how the water wets the cylinder liner and interacts with the piston. In summary, this work characterizes the common water injection variants on different levels, gives optimization recommendations for the best possible media evaporation and recommends mixed injection as a system layout. KW - Kolbenkraftmaschine KW - Kraftstoffverbrauch KW - Schadstoffemission KW - Ottomotor KW - Einspritzanlage Y1 - 2022 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:ma9:1-1981185920-884176 ER - TY - JOUR A1 - Schwanzer, Peter A1 - Schillinger, Maximilian A1 - Mieslinger, Johann A1 - Walter, Stefanie A1 - Hagen, Gunter A1 - Maerkl, Susanne A1 - Haft, Gerhard A1 - Dietrich, Markus A1 - Moos, Ralf A1 - Gaderer, Matthias A1 - Rabl, Hans-Peter T1 - A Synthetic Ash-Loading Method for Gasoline Particulate Filters with Active Oil Injection JF - SAR International Journal of Engines N2 - To reduce particulate emissions, the use of particulate filters in diesel engines is meanwhile state of the art, while the integration of such systems in gasoline engines is now also necessary in order to comply with today's regulations. Over its lifetime, a gasoline particulate filter (GPF) collects ash components of fuel, lubrication oil, and materials originating from the catalytic coating and from engine abrasion. In the development and application process, synthetic ashing from GPFs is challenging. The ash of the lubrication oil can be increased in various ways, like oil-doped fuel, a separate oil burner, or changes in the piston-cylinder system of the engine. However, these methods show major disadvantages. For this reason, an improved approach is presented in this study, which allows a quick response to changes in combustion (e.g., engine knocking) and producing ash, which is more realistic due to its primary particle size and the density of ash plugs, in a shorter time. Therefore, an approach to accelerate ash loading by active oil injection using a multi-point injection (MPI) system is introduced. With the help of this methodology, an ashing capacity of 1.21 g/h is implemented, which is a high rate compared to other investigations. The primary particle size (evaluated by means of a transmission electron microscope), is in the same size range as those detected at the full-load curve during regular operation. A computer tomographic (CT) analysis of the incinerated particulate filter also shows that a very high density of ash plugs can be realized, which has also been found in the literature for real applications. In addition, with the help of a mass spectrometer (MS) and an intermediate weighing of the particulate filter, the current ash loading of the GPF could be determined with an accuracy of 1%. KW - Ash KW - GDI KW - GPF KW - Particle Y1 - 2021 U6 - https://doi.org/10.4271/03-14-04-0029 SN - 1946-3936 SN - 1946-3944 VL - 14 IS - 4 SP - 493 EP - 506 PB - SAE International ER - TY - CHAP A1 - Schneider, Sebastian A1 - Mühlbauer, Christian A1 - Sittl, Christopher A1 - Rottengruber, Hermann A1 - Rabl, Hans-Peter A1 - Wagner, Marcus A1 - Verhey, Jesko L. ED - Rottengruber, Hermann ED - Luft, Tommy ED - Schneider, Sebastian T1 - Tickergeräuschanalyse an einem Otto-DI-Motor mittels empirischer Bewertungsformel T2 - Motor- und Aggregate-Akustik: 11. Magdeburger Symposium, Tagungsband N2 - Beim Kauf eines Pkw wird der akustische Qualitätseindruck eines Fahrzeugantriebstrangs stetig relevanter. Die wahrgenommene Geräuschqualität des Motoraggregates nimmt hierbei eine Schlüsselrolle ein. Aufgrund der Ausprägung einzelner Störgeräusche wird jene Geräuschqualität negativ beeinflusst. Diese als unangenehm empfundenen Geräuschkomponenten gilt es im Rahmen der Fahrzeugentwicklung weiter zu reduzieren, wobei die Identifikation und Bewertung störender Geräuschanteile am Motorgesamtgeräusch Voraussetzungen für eine effektive Akustikoptimierung sind. Vor allem das impulshafte Tickergeräusch wird bei Otto-DI-Motoren als besonders lästig eingestuft, weswegen dieser Beitrag darauf abzielt, die tickernden Geräuschanteile aus dem Gesamtgeräusch zu analysieren und zu bewerten. Hierzu wurde eine empirische Formel entwickelt, welche die tickernden Geräuschanteile in ihrer Intensität in Grenzen einstufen kann. Diese ist rein empfindungsbasiert und besteht aus der Impulshaftigkeit, der Lautheit sowie der Schärfe des Motorgesamtgeräusches. Wie auch bei anderen psychoakustischen Bewertungsskalen wurde die Benotung von 1 (sehr tickernd) bis 10 (nicht tickernd) vorgenommen. Anhand von Hörversuchen mithilfe einer Expertenjury konnte die Tickergeräuschbewertungsformel anschließend verifiziert werden. Hiernach kann präzise ausgesagt werden, in welchen Motorkennfeldbereichen das Tickergeräusch die Angenehmheit des Motorgesamtgeräusches untergräbt. KW - Messtechnik KW - Geräuschentwicklung KW - Psychoakustik KW - Schallentstehung Y1 - 2021 SN - 978-3-948749-02-6 U6 - https://doi.org/10.25673/36611 SP - 65 EP - 86 PB - Otto-von-Guericke-Universität CY - Magdeburg ER - TY - CHAP A1 - Rieger, Anna A1 - Oetjen, Arne A1 - van de Par, Steven A1 - Rabl, Hans-Peter T1 - Gehörbezogene Modellierung der Dissonanz T2 - Tagungsband DAGA 2021: 47. Jahrestagung für Akustik, 15.-18. August 2021, Wien und Online Y1 - 2021 UR - https://www.dega-akustik.de/publikationen/online-proceedings/ VL - 47 SP - 1034 EP - 1037 PB - Deutsche Gesellschaft für Akustik e.V. ER - TY - GEN A1 - Altmann, Robert A1 - Gaderer, Matthias A1 - Rabl, Hans-Peter T1 - Prüfstandsuntersuchungen an einem DEUTZ NRMM Motor mit Rapsölkraftstoff und Optimierung des Betriebs- und Emissionsverhaltens durch statistische Versuchsplanung T2 - 18. Internationaler Fachkongress "Kraftstoffe der Zukunft 2021" - digital & international vernetzt!, online Y1 - 2021 ER -