Fakultät Maschinenbau
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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.
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.
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.
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.
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%.