TY - CHAP A1 - Mühlbauer, Christian A1 - Rabl, Hans-Peter A1 - Rottengruber, Hermann T1 - Acoustic Optimization of Mechatronic Direct Injection Systems and Analysis of the Effects on Robustness in System Operation T2 - SAE International Journal of Advances and Current Practices in Mobility N2 - The tightening of the emission legislation and political and social demands for sustainable mobility are forcing the automotive industry to develop complex, high precision mechatronic drive systems. The increasing precision of mechatronic components generally leads to an increase in structural excitation and thus to a rise in noise. The so-called ticking of the fuel injection system has a rather low sound pressure level compared to the residual engine noise. Nevertheless, the impulsive and high frequency noise character leads to a decline concerning the perception of comfort and sound quality. In order to identify the sound quality of fuel injection systems as a frontloading measure, a system test bench has been developed which represents the structure-borne and airborne sound radiation of the stand-alone injection system in a close to series configuration. In this paper, measures for the acoustic optimization of injection systems and their effects on the robustness of the system are discussed. The focus is on engine idling, since at this operating point the ticking of the injectors and high-pressure pump can be perceived most clearly due to the low masking effects of other noise sources. For this purpose, the injection parameters were measured during full engine operation and transferred to the system test bench. By using a special development control unit, it was possible to modify the parameters, quantify their influence on the acoustic behavior and, based on this, define NVH optimized control strategies. For the robustness evaluation of the NVH optimized control strategies, key functions of the injection system were analyzed under varying boundary conditions in system operation on an injection rate test bench. Y1 - 2021 U6 - https://doi.org/10.4271/2021-01-0671 SN - 2641-9645 VL - 4 IS - 1 SP - 68 EP - 77 PB - SAE International, Warrendale, PA, United States ER - TY - CHAP A1 - Altmann, Robert A1 - Gebhard, Jürgen A1 - Troeger, Adrian A1 - Winkler, Markus A1 - Töpfer, Georg A1 - Remmele, Edgar A1 - Gaderer, Matthias A1 - Rabl, Hans-Peter ED - Berns, Karsten ED - Dressler, Klaus ED - Kalmar, Ralf ED - Stephan, Nicole ED - Teutsch, Roman ED - Thul, Martin T1 - Engine performance and emission analysis of a NRMM CI engine with common rail injection system operated with diesel fuel and rapeseed oil fuel T2 - Proceedings of the 6th Commercial Vehicle Technology Symposium 2020/2021 N2 - The use of alternative fuels in high-power non-road mobile machinery (NRMM) combustion engines is a possible way to substitute fossil fuel. By using pure vegetable oil fuels, like rapeseed oil fuel (DIN 51605), the greenhouse gases can be reduced effectively. Due to the differences in physical and chemical properties, a modification of the engine control unit calibration is necessary to adapt the working process on the fuel. Without modifications, the engine power output with rapeseed oil fuel is lower than with diesel fuel because of the smaller energy content. By adapting the engine settings, like the injection fuel mass, the power loss can be compensated but it accompanies with a higher fuel consumption. The engine emissions at part load conditions show, that there are benefits in particle emissions by using rapeseed oil at similar NOx emissions. Therefore, a design of experiment setup was initiated on a selected engine operation point to determine the effects of further parameters, like rail pressure, manifold pressure and injection pattern, on the process and to see the potential of an optimized calibration. KW - CI engine KW - common rail injection KW - Diesel Engine KW - DoE KW - rapeseed oil Y1 - 2021 SN - 978-3-658-29716-9 U6 - https://doi.org/10.1007/978-3-658-29717-6_16 SP - 231 EP - 242 PB - Springer Vieweg CY - Wiesbaden ER - TY - CHAP A1 - Mühlbauer, Christian A1 - Rabl, Hans-Peter A1 - Rottengruber, Hermann T1 - Akustische Optimierung von mechatronischen Direkteinspritzsystemen und Analyse der Auswirkungen auf die Robustheit im Systembetrieb T2 - Motor- und Aggregate-Akustik: 11. Magdeburger Symposium, Tagungsband N2 - The tightening of the emission legislation and political and social demands for sustainable mobility are forcing the automotive industry to develop complex, high precision mechatronic drive systems. The increasing precision of mechatronic components generally leads to an increase in structural excitation and thus to a rise in noise. The socalled ticking of the fuel injection system has a rather low sound pressure level compared to the residual engine noise. Nevertheless, the impulsive and high frequency noise character leads to a decline concerning the perception of comfort and sound quality. In order to identify the sound quality of fuel injection systems as a frontloading measure, a system test bench has been developed which represents the structureborne and airborne sound radiation of the stand-alone injection system in a close to series configuration. In this paper, measures for the acoustic optimization of injection systems and their effects on the robustness of the system are discussed. The focus is on engine idling, since at this operating point the ticking of the injectors and the high-pressure pump can be perceived most clearly due to the low masking effects of other noise sources. For this purpose, the injection parameters were measured during full engine operation and transferred to the system test bench. By using a special development control unit, it was possible to modify the parameters, quantify their influence on the acoustic behavior and, based on this, define NVH optimized control strategies. For the robustness evaluation of the NVH optimized control strategies, key functions of the injection system were analyzed under varying boundary conditions in system operation on an injection rate test bench. N2 - Die Verschärfung der Abgasgesetzgebung sowie die politischen und gesellschaftlichen Forderungen an eine nachhaltige Mobilität zwingen die Automobilindustrie zur Entwicklung komplexer, hochpräziser mechatronischer Antriebssysteme. Die zunehmende Präzision der mechatronischen Komponenten führt dabei in der Regel zu einer Zunahme der Strukturanregung und damit zu einer Erhöhung der Störgeräusche. Das so genannte Tickern des Kraftstoffeinspritzsystems hat im Vergleich zum Restmotorgeräusch einen niedrigeren Schalldruckpegel. Dennoch führt der impulshaltige und hochfrequente Geräuschcharakter zu einem Mangel in der Komfort- und Qualitäts- 32 wahrnehmung. Um die Geräuschqualität von raftstoffeinspritzsystemen als Frontloading-Maßnahme zu identifizieren, wurde ein Systemprüfstand entwickelt, der die Körper- und Luftschallabstrahlung des Einspritzsystems in seriennaher Konfiguration abbildet. In diesem Beitrag werden Maßnahmen zur akustischen Optimierung von Einspritzsystemen und deren Auswirkungen auf die Robustheit im Systembetrieb diskutiert. Der Fokus liegt dabei auf dem Motorleerlauf, da an diesem Betriebspunkt das Tickern der Injektoren und der Hochdruckpumpe durch den geringen Maskierungseffekt anderer Geräusche am deutlichsten wahrzunehmen ist. Dazu wurden die Einspritzparameter im Vollmotorbetrieb erfasst und auf den Systemprüfstand transferiert. Durch ein spezielles Entwicklungssteuergerät war es möglich, die Parameter zu modifizieren, deren Einfluss auf das akustische Verhalten zu quantifizieren und darauf aufbauend NVHoptimierte Ansteuerstrategien zu definieren. Zur Robustheitsbewertung der NVHoptimierten Ansteuerstrategien wurden Schlüsselfunktionen des Einspritzsystems unter variierenden Randbedingungen im Systembetrieb analysiert. Y1 - 2021 U6 - https://doi.org/10.25673/36611 VL - 11 SP - 32 EP - 51 PB - Otto-von-Guericke-Universität CY - Magdeburg ER - TY - GEN A1 - Schwanzer, Peter A1 - Dietrich, Markus A1 - Gaderer, Matthias A1 - Rabl, Hans-Peter T1 - Detektion unterschiedlicher Medien in Gasoline Particulate Filter (GPF) mit Hilfe eines Radio-Frequenz (RF-) Sensors T2 - Bayerische Wissenschaftsforum - BayWISS 2020 Y1 - 2020 UR - https://mobilitaet-verkehr.baywiss.de/fileadmin/verbundkolleg/mobilitaet-verkehr/poster/Schwanzer_Peter.pdf ER - TY - GEN A1 - Oetjen, Arne A1 - Rieger, Anna A1 - Rabl, Hans-Peter A1 - van de Par, Steven T1 - The role of dissonance in the sound quality perception for electric vehicles T2 - The Journal of the Acoustical Society of America N2 - Tonal components can be regarded as one of the most relevant components for interior sound quality of electric vehicles, especially at low speeds. Sources for these tones are for example the vehicles' drivetrains but also other technical components. Depending on the driving conditions, due to the interaction of various dominant sources, audible tone complexes can occur. Similar to musical intervals, the different frequency ratios within these complexes can result in consonant or dissonant sensations. The strength of this sensation does not only depend on the frequency relation of the tones but also on their relative levels. In this study, different musical intervals were subjectively rated in terms of their specific consonant or dissonant character. Using an adaptive procedure, sound pairs, each consisting of a two-tone signal, where adjusted to equal dissonance by varying the level of the second tone of one of the two-tone signals. Using the same paradigm, also pairs of equal vehicle sound quality were obtained. With these results, it is possible to quantify dissonance, and theinfluence of dissonance on sound quality expressed in terms of level differences of two-tone signals. These results can help to make the concept of dissonance more useful for sound-engineering applications. Y1 - 2020 U6 - https://doi.org/10.1121/1.5147356 VL - 148 IS - 4 PB - Acoustical Society of America ER - TY - BOOK A1 - Altmann, Robert A1 - Gebhard, Jürgen A1 - Emberger, Peter A1 - Thuneke, Klaus A1 - Rabl, Hans-Peter A1 - Remmele, Edgar T1 - Zünd- und Brennverhalten von Pflanzenölkraftstoff und Übertragung auf einen Motor der Abgasstufe V N2 - Durch den Ersatz von Dieselkraftstoff durch Rapsölkraftstoff (R100) können Treibhausgasemissionen reduziert werden. Für einen störungsfreien Betrieb eines Motors mit Rapsölkraftstoff sind jedoch Modifikationen an Motorkomponenten und Motorsteuergerät notwendig, um eine effiziente Verbrennung im Motor zu erreichen. Ziel des Vorhabens ist die Erarbeitung von Grundlagen zur Auslegung der Motorsteuerung pflanzenöltauglicher Offroad-Motoren mit moderner Abgasnachbehandlung mit anschließender entsprechender Abstimmung der Motorapplikation am Prüfstand. Grundlegende Untersuchungen der physikalischen Prozessabläufe von R100 bei der Einspritzung werden an einem hydraulischen Druckanstiegsanalysator (HDA) und einer Hochdruck-Hochtemperatur-Kammer (HDHT-Kammer) durchgeführt. Unterschiede im Zünd- und Brennverhalten werden in einer Konstantvolumenbrennkammer untersucht. Abschließend werden die Erkenntnisse am Motorenprüfstand auf einen DEUTZ-Motor übertragen, dessen Einspritzsystem auch bei den grundlegenden Untersuchungen verwendet wurde. Die Ergebnisse zeigen, dass das Einspritzverhalten von R100 eine höhere Sensitivität gegenüber Kraftstofftemperaturvariationen aufweist als Dieselkraftstoff. Bei niedrigen raftstofftemperaturen sind mit R100 ein längerer Öffnungsverzug und eine geringere Einspritzmenge festzustellen. Um diesen Einfluss bei der Einspritzstrategie zu kompensieren, ist die Kenntnis der Kraftstofftemperatur im Injektor notwendig. Eine weitere Herausforderung stellt die Gemischaufbereitung dar, hier führen unter anderem die höhere Viskosität und höhere Siedetemperaturen von R100 zu einem schmäleren Spritzwinkel und verzögerter Verdampfung im Vergleich zum Dieselkraftstoff. Eine Erhöhung des Einspritzdrucks und höhere Temperaturen und Drücke in der Brennkammer verbessern die Gemischaufbereitung. Bei Bedingungen von mittlerer und hoher Last ist der Zündverzug von R100 kürzer und das Verbrennungsverhalten ähnlich zum Dieselkraftstoff. Eine geringere Wärmefreisetzung von R100 wird durch den geringeren Heizwert verursacht. Unter Bedingungen von niedriger Last und Motorstart ist ein längerer Zündverzug von R100 im Vergleich zum Dieselkraftstoff festzustellen. Eine Steigerung des Einspritzdrucks und höhere Brennkammerdrücke und -temperaturen führen bei beiden Kraftstoffen zu kürzeren Zündverzügen, der Einfluss dieser Parameter ist jedoch für R100 stärker als für Dieselkraftstoff. Voreinspritzungen führen bei beiden Kraftstoffen zu einer Verkürzung des Zündverzugs der Haupteinspritzung und zu einer geringeren Wärmefreisetzungsrate. Am Motorprüfstand ist bei gleicher Motorapplikation mit R100 eine geringere Leistung als mit Dieselkraftstoff festzustellen. Nach Angleichung der Motorleistung durch Anhebung der Einspritzmenge von R100 sind im Rohabgas Stickstoffoxid (NOX)- und Kohlenstoffmonoxidemissionen auf gleichem Niveau zu Dieselkraftstoff zu beobachten sowie geringere Partikelemissionen. Unter Verwendung eines DoE Vorgehens kann der Partikel-NOX - trade-off von R100 optimiert und Einstellparameter gefunden werden, in denen sowohl niedrigere NOX als auch niedrigere Partikelemissionen im Vergleich zum Dieselkraftstoff resultieren. Das installierte Abgasnachbehandlungssystem, bestehend aus einem Dieseloxidationskatalysator (DOC), Dieselpartikelfilter (DPF) und selektivem katalytischem Reduktionssystem (SCR), arbeitet für beide Kraftstoffe ähnlich und es scheint keine Anpassung der Dosierungsstrategie der wässrigen Harnstofflösung notwendig zu sein. Eine Regeneration des Partikelfilters mit R100 war nach Optimierung der Einstellparameter der Drosselklappe möglich. Motorkaltstart und Leerlauf sind herausfordernde Betriebsphasen, die für R100 einer weiteren Optimierung bedürfen. Eine Temperierung von R100 im Injektor auf 50–60 °C sowie eine Kompensation der Einspritzmenge in Abhängigkeit von der Kraftstofftemperatur sind mögliche Verbesserungsmaßnahmen. Zudem kann durch einen früheren Einspritzbeginn von R100 das Verbrennungsverhalten angepasst werden. Die Motorprüfstandsuntersuchungen bestätigen qualitativ die Erkenntnisse die mit dem hydraulischen Druckanstiegsanalysator (HDA), der Hochdruck-Hochtemperatur-Kammer (HDHT-Kammer) und der Konstantvolumenbrennkammer gewonnen wurden. Weitere Untersuchungen sind notwendig, um die Ergebnisse auf einen baugleichen, in einer mobilen Arbeitsmaschine eingebauten Motor zu transferieren, damit Informationen zur Dauerhaltbarkeit unter realen Bedingungen erhalten werden können. Weiterführende Forschungsarbeiten sind im Bereich der Betriebsphasen des Motorkaltstarts und Leerlaufs mit Rapsölkraftstoff nötig, um einen dauerhaft störungsfreien Betrieb in diesen Betriebsphasen zu erreichen. Die erzielten Erkenntnisse deuten darauf hin, dass hier noch viel Verbesserungspotenzial vorhanden ist. KW - Biokraftstoff KW - Brennwert KW - Zündung KW - Motor KW - Rapsöl KW - Motorsteuerung Y1 - 2020 UR - https://www.tfz.bayern.de/mam/cms08/biokraftstoffe/dateien/tfz_bericht_69_evolum_a.pdf SN - 1614-1008 VL - 69 PB - Technologie- und Förderzentrum im Kompetenzzentrum für Nachwachsende Rohstoffe CY - Straubing ER - TY - GEN A1 - Schwanzer, Peter A1 - Mieslinger, Johann A1 - Rabl, Hans-Peter A1 - Dietrich, Markus A1 - Haft, Gerhard A1 - Walter, Stefanie A1 - Hagen, Gunter A1 - Moos, Ralf A1 - Gaderer, Matthias T1 - Monitoring of a Particulate Filter for Gasoline Direct Injection Engines with a Radio-Frequency-Sensor T2 - 11th International Exhaust Gas and Particulate Emissions Forum, 3.-4.3.2020, Ludwigsburg, Germany N2 - In order to comply with future emission regulations, the use of particulate filters in vehicles with direct injection gasoline engines is essential. The current amount of soot and ash in the filter is calculated by a soot load model in the electronic control unit in combination with a differential pressure sensor determining the pressure drop over the particulate filter. Active regeneration is initiated if the calculated amount of soot or the measured differential pressure is too high. This is associated with additional fuel consumption. An on-board diagnosis for the particulate filter is currently not part of the Euro 6d emission standard. For future exhaust emission standards, on-board diagnosis or active monitoring of the particulate filter is conceivable. One of the benefits of monitoring is the fact that unnecessary active regenerations can be avoided. As a result, there is no additional fuel consumption due to misinterpretations of the amount of soot in the filter. For active monitoring of the particulate filter, a radiofrequency (RF-) sensor, that detects the soot loading of the filter with electromagnetic waves directly, can be used. Such a system has the advantage that by utilizing the filter as a sensor more precise information about the current state of the filter, e.g. a possible damage, can be provided. Worst-case considerations of filter damages, tested at an engine test bench show the advantages which are entailed by a system like that. By means of partial regeneration of the particulate filter it is demonstrated how the remaining amount of soot in the filter can be detected in a better way in comparison to the differential pressure sensor by using the RF-sensor. Y1 - 2020 UR - https://eref.uni-bayreuth.de/54655/ N1 - Projekttitel: Load Sensor for GPF; Projekt-ID: AZ-1288-17 ER - TY - JOUR A1 - Brock, Damian A1 - Koder, Alexander A1 - Rabl, Hans-Peter A1 - Touraud, Didier A1 - Kunz, Werner T1 - Optimising the biodiesel production process: Implementation of glycerol derivatives into biofuel formulations and their potential to form hydrofuels JF - Fuel N2 - A new biofuel concept is developed, enabling the usage of vegetable oils and glycerol derivatives in mixtures with biodiesel. This concept significantly enhances the biodiesel production's profitability and thus strongly contributes to the sustainability of future biofuels. After simple addition reactions with building block chemicals, less hydrophilic glycerol derivatives are obtained, which are compatible with biofuels. Even more, the products of the reactions of glycerol with acetone or butyric acid, referred to as solketal and tributyrin, respectively, lead to promising biofuels in mixtures with rapeseed oil and its biodiesel. Due to their low freezing points, they act as cloud and freezing point depressants, when added to vegetable oil/biodiesel blends. Further, since their viscosity is close to common biodiesel, biofuels containing high amounts of vegetable oil and even more glycerol derivatives than they arise during the biodiesel production can be obtained. Thus, this new class of biofuels enables adaptable compositions depending on the application and also the usage as drop-in fuel without any or just few percent of further additives. After optimising the formulations, ignition delay, exhaust gas recirculation, fuel consumption and combustion process measurements were performed in an unmodified upto-date diesel engine. The experiments showed that the properties of the formulated biofuels are either similar to or even better than diesel. The hydrotropy of the glycerol derivatives in these mixtures enables the potential to implement water into biofuels, so-called hydrofuels, reducing nitrogen oxide emissions and leading to further optimised dropin fuels. Y1 - 2020 U6 - https://doi.org/10.1016/j.fuel.2019.116695 VL - 264 IS - March PB - Elsevier ER - TY - CHAP A1 - Walter, Stefanie A1 - Schwanzer, Peter A1 - Hagen, Gunter A1 - Haft, Gerhard A1 - Dietrich, Markus A1 - Rabl, Hans-Peter A1 - Moos, Ralf ED - Tille, Thomas T1 - Hochfrequenzsensorik zur direkten Beladungserkennung von Benzinpartikelfiltern T2 - Automobil-Sensorik 3 N2 - In Folge der Verschärfung der gesetzlichen Abgasnormen wurden für direkt-einspritzende Benzinmotoren Partikelfilter notwendig. Zur Beladungsüberwachung können aufgrund stark unterschiedlicher Rahmenbedingungen die aus Dieselmotoren bekannten Systeme, wie dem Differenzdrucksensor, nur eingeschränkt übernommen werden. Ein hochfrequenzbasiertes Verfahren koppelt mittels Antennen elektromagnetische Wellen in das Filtergehäuse ein, deren Ausbreitungsverhalten durch die dielektrischen Eigenschaften des eingelagerten Rußes beeinflusst wird. Hierdurch kann bei Auswertung von Transmissionsdämpfung oder Resonanzfrequenzen die Rußbeladung direkt detektiert werden. Y1 - 2020 SN - 978-3-662-61259-0 U6 - https://doi.org/10.1007/978-3-662-61260-6_7 SP - 185 EP - 208 PB - Springer Vieweg CY - Berlin ER - TY - CHAP A1 - Rieger, Anna A1 - Mühlbauer, Christian A1 - Rabl, Hans-Peter A1 - Weber, Rainer T1 - Dissonanz als Bewertungskriterium multi-tonalen Schalls T2 - Fortschritte der Akustik - DAGA 2020: 46. Deutsche Jahrestagung für Akustik Y1 - 2020 UR - https://www.dega-akustik.de/publikationen/online-proceedings/ SP - 788 EP - 791 PB - Deutsche Gesellschaft für Akustik e.V. ER -