The Acoustic Camera - The Original. - acoustic-camera.com · 2014-06-16 · The History of the Institute 19 DER FREUNDESKREIS … 22 The FVK (Circle of Friends for the Institute for

„ALLES IST WICHTIG,

WAS DIE GRENZEN UNSERES WISSENS ERWEITERT

UND DEM GEIST NEUE GEGENSTÄNDE

DER WAHRNEHMUNG ODER NEUE VERHÄLTNISSE

ZWISCHEN DEM WAHRGENOMMENEN DARBIETET.“

ALEXANDER VON HUMBOLDT

Deutscher Naturforscher

(1769 – 1859)

Im Blickpunkt – Deutschlands Elite-Institute

4

IMPRESSUM

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stimmungen des Urheberrechts.

Projekt-Nr. 76-013

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UM

ZU DIESER PUBLIKATION

Univ.-Prof. Dr.-Ing.

Stefan Pischinger

Institutsleiter VKA

Der Ruf eines „Eliteinstitutes“bringt nicht nur Privilegien,sondern auch große Verpflich-tungen mit sich.

„Elite“ bedeutet in diesemZusammenhang auch immer,an sich selbst den Anspruchnach herausragenden Leis-tungen zu stellen, diese zu er-bringen und ungeachtet des-sen das eigene Streben nach

Verbesserung und Perfektionfortwährend voran zu treiben.Diese Anforderungen, die wiran uns, und denen wir unsstellen, kommen in allen un-seren Tätigkeitsfeldern derLehre und Forschung zumtragen – Ansprüche, denennicht nur die Institutsleitung,sondern jedes einzelne Mit-glied des VKA gerecht werdenmuss und dies als Ziel nie-

mals aus den Augen verlie-ren sollte.

Dem interessierten Leser zeigtdas Heft neben allgemeinenThemen rund um den Lehr-stuhl, wie weit aufgefächertund komplex sich die Moto-rentechnik heutzutage dar-stellt, welche Forschungs-trends sich ausmachen lassenund welche technologischen

Im Blickpunkt – Deutschlands Elite-Institute: Lehrstuhl für Verbrennungskraftmaschinen, RWTH Aachen

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Über das Angebot des Alphaverlages eine Broschüre für den Lehrstuhl fürVerbrennungskraftmaschinen (VKA) der RWTH Aachen im Rahmen derPublikationsreihe „Deutschlands Elite-Institute im Blickpunkt“ zu erstellenund somit unser Wirken einem breiten Publikum zugänglich zu machen,haben wir uns natürlich sehr gefreut. Gleichzeitig stellte sich mir aber auchdie Frage, was bedeutet eigentlich das Wort „Elite“ in diesem Zusammen-hang und werden wir diesem Anspruch gerecht.

Abb. 1: Prof. Stefan Pischinger

Lösungen vom Markt gefor-dert werden.

Den Fachleuten aus der Auto-mobil- und Zulieferindustriegibt das Heft eine Moment-aufnahme, die zeigt, in wel-chen Forschungs- und Ent-wicklungsarbeiten das VKAaktiv ist.

Für den Kreis der Mitarbeiter,der Ehemaligen und Freundedes VKA ist das Elite-Magazinein Medium, die Diskussionzu fördern und den Kontaktzum Lehrstuhl zu pflegen.

Es freut uns daher sehr, dasses uns gelungen ist, nicht nurBeiträge aus den eigenen Rei-hen, sondern auch aus demUmfeld des VKA veröffent-lichen zu können.

Unser besonderer Dank giltden Herren Dr. Michael Krä-mer, Direktor PKW-Entwick-lung, DaimlerChrysler AG und

Vorsitzender des bereits seitüber 20 Jahren etabliertenFreundeskreises des Lehr-stuhls, Dr.-Ing. Franz-JosefPaefgen, CEO Bentley Motors,UK und Vorstandsbeauftrag-ter Konzernforschung derVolkswagen AG, Prof. Dr.-Ing.Mario Theissen, Direktor Mo-torsport, BMW AG sowie Dr.-Ing. Gerhard Schmidt, VicePresident Global Research,Ford Motor Company, Dear-born, Michigan, USA, die sichtrotz ihres ausgefüllten Ter-minkalenders die Zeit genom-men haben, mit einem Beitragzum Gelingen dieser Broschü-re beizutragen und nach wievor dem VKA freundschaftlichverbunden sind.

Viel Vergnügen und vieleneue Informationen über un-ser Institut wünsche ich Ihnenbei dieser Lektüre!

Ihr Stefan Pischinger


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PREFACEProf. Stefan Pischinger

We gladly accepted the offer of the Alpha publishingcompany to publish a booklet for the Institute ofCombustion Engines at the RWTH Aachen as part ofthe publication series “Germany’s Elite Institutes inFocus”, as this enables us to make our activitiesaccessible to a broad public. At the same time, though,I had to ask myself what the word “Elite” meansin this context and do we meet these expectations.

The reputation of an “Elite Institute” not onlybrings privileges but also great obligations. In thiscontext “Elite” always means to have extraordinaryself expectations, to meet them and never the lessto strive for improvement and perfection. Theseexpectations which we demand from ourselvesand are prepared to conquer are apparent in all ofour fields of activity and have to be mastered notonly by the chairman of the institute but by everymember of the institute. An aim that is never to belost sight of.

This booklet offers the reader general topics aboutthe institute, an insight in how vast and complextoday’s engine technology has become, which re-search trends can be spotted and which techno-logical solutions the market demands.

For specialists from the automotive industry andsuppliers this booklet offers an instantaneous over-view of the ongoing research and developmentactivities at the institute.

For the current and former employees and friendsof the institute the “Elite Magazine” is an oppor-tunity to promote discussion and keep in touchwith the institute.

We are glad to be able to present articles fromwithin the institute as well as from it’s surrounding.

We would like to especially thank Dr. Michael Krämer,director passenger car development, DaimlerChryslerAG and chairman of the “Freundeskreis des Lehrstuhls”established over 20 years ago, Dr.-Ing. Franz-JosefPaefgen, CEO Bently Motors, UK and commissioner bythe management board of Volkswagen corporate re-search, Prof. Dr.-Ing. Mario Theissen, director motorsports, BMW Plc. and Dr.-Ing. Gerhard Schmidt, VicePresident Global Research, Ford Motor Company, Dear-born, Michigan, USA who have, despite their tightschedule, taken time to support the success of thisbooklet with an article.

I wish you pleasure and lots of new information aboutour institute while reading!

INHALTSVERZEICHNIS

ZU DIESER PUBLIKATION … 5

Preface 6

LEHRSTUHL FÜR VERBRENNUNGSKRAFTMASCHINEN … 14

The Institute for Combustion Engines 17

DIE GESCHICHTE DES LEHRSTUHLS … 18

The History of the Institute 19

DER FREUNDESKREIS … 22

The FVK (Circle of Friends for the Institute for Combustion Engines) 23

AUTOMOBILE ERFAHRUNGEN … 24

Abstract 26

AUS AACHEN IN DIE FORMEL 1 … 28

From Aachen to Formula One 29

VKA – IDEENSCHMIEDE MIT TRADITION … 32

VKA 33

DIE VKA-FORSCHUNGSSCHWERPUNKTE … 34

VKA R&D Activities 35

DIE ZUKUNFT DES OTTOMOTORS … 36

The Future of the Gasoline Engine 39


9


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INHALTSVERZEICHNIS

VARIABILITÄTEN AN VERBRENNUNGSMOTOREN … 42

The Variable Combustion Engine 43

OTTO = DIESEL? DIE KONTROLLIERTE SELBSTZÜNDUNG … 46

Controlled Auto Ignition 48

DER GLÄSERNE MOTOR … 50

The Transparent Engine 52

KRAFTSTOFFE DER ZUKUNFT … 54

Future Fuels 57

ABGASREINIGUNGSSYSTEME … 59

Exhaust Aftertreatment 63

ZUKÜNFTIGE DIESELBRENNVERFAHREN … 64

Injection Rate Shaping 67

HYBRIDANTRIEB, DIE LÖSUNG DER ZUKUNFT? … 69

Hybrids – Solution for the future? 73

REIBUNG IN VERBRENNUNGSMOTOREN … 74

Internal Combustion Engine Friction 77

„DER VIRTUELLE MOTOR“ … 79

The Virtual Engine 83


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INHALTSVERZEICHNIS

ELEKTRONIK AM VERBRENNUNGSMOTOR … 85

Combustion Engine Electronics 86

APPLIKATIONSMETHODIK … 90

Applications Methodology 94

MOTOR- UND FAHRZEUGAKUSTIK … 95

Engine Acoustics 96

DAS CHEMIELABOR … 97

VKA Chemistry Laboratory 99

GESCHICHTE DER FEV … 100

FEV’s History 102

FEV – MANAGEMENT DER KREATIVITÄT … 103

FEV – Management of Creativity 104

INTERNATIONALISIERUNG DER FEV … 106

Globalization of FEV 110

„AUS KLEINEM WIRD GROSSES“ … 111

From Small to Large 112

FEV MESS- UND PRÜFTECHNIK … 113

FEV Test Cell Technology 114


12

INHALTSVERZEICHNIS

DAS AACHENER KOLLOQUIUM … 115

Aachen Colloquium 118

DAS MOTORTECHNISCHE SEMINAR … 119

Engine Technical Seminar 120

LEHRE UND STUDENTISCHE BETREUUNG … 121

Teaching and Student Support 122

MASTERPROGRAMM AM VKA … 126

Master Programs 127

STUDIEREN AM VKA AUS SICHT EINES STUDENTEN … 129

Studying at the VKA 130

WERKSTATT- UND LABORBEREICHE … 132

Laboratories 133

IMPRESSUM … 4

Dipl.-Ing. Fabian Fricke

E-Mail:

[email protected]

Die Reduktion des Energiever-brauchs und die Minderungder Schadstoffemission ste-hen im Vordergrund der viel-fältigen Forschungsaufgaben.Neben dem klassischen Themader Forschung und Weiterent-wicklung des Verbrennungs-motors widmet sich unserLehrstuhl verstärkt zukunfts-ausgerichteten Themen wiealternativen Kraftstoffen ausBiomasse, dem Hybridantriebund der Brennstoffzellentech-nologie. Durch diese Auf-fächerung der Kompetenzensoll der langfristige Erfolg desLehrstuhls für Verbrennungs-

kraftmaschinen (VKA) gesichertwerden. Ein zuletzt gemach-ter Schritt ist der Neubaueines allen aktuellen techni-schen Anforderungen ent-sprechenden Abgasrollenprüf-stands, mit dem das Leistungs-spektrum des Lehrstuhls in denBereich der Fahrzeugapplika-tion erweitert werden konnte.

In der auf nationaler Ebenezuletzt heftig geführten Diskus-sion um exzellente Forschungs-standorte sind die wissen-schaftliche Ausrichtung unddie zur Verfügung stehendenEinrichtungen entscheidende

Faktoren. Wesentliche Säulendes Lehrstuhls im nationalenund internationalen Wettbe-werb stellen die Qualität derLehre, die öffentlich geförder-te Grundlagenforschung undinsbesondere auch die indus-trienahe Forschung dar, diesich gegenseitig in engemMaße bedingen.

Mit rund 180 Mitarbeitern, da-runter z. Z. 54 Wissenschaft-ler, 21 voll ausgestatteten sta-tionären Motorenprüfständen,einem transienten Prüfstand,einem klimatisierten Fahrzeug-rollenprüfstand, verschiede-


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LEHRSTUHL FÜR

VERBRENNUNGSKRAFT-MASCHINEN AACHEN

Der verbrennungsmotorische Antrieb wird auch in absehbarer Zukunft den ent-scheidenden Schlüssel zur Sicherung des weltweit weiterhin stark steigendenIndividualverkehrs sowie der zunehmenden Transportleistung darstellen.

Fortsetzung auf S. 17

nen Sonderprüfständen füroptische Messverfahren, Mo-torkomponententests oderKatalysatoren sowie einemBrennstoffzellenprüfstand, istdas VKA eines der weltweitam besten ausgestatteten unddamit leistungsfähigsten Hoch-schulinstitute auf dem Gebietder Antriebstechnik. Ein wei-terer Ausbau der Kapazitätenist dabei in Planung.

Die durchgeführten For-schungsarbeiten zeichnen sichsowohl durch einen hohenwissenschaftlichen Gehalt, alsauch, aufgrund der engenKooperation mit der interna-tionalen Automobilindustrie,durch einen hohen Anwen-dungsbezug aus. Dies ist nichtzuletzt Grund dafür, dass derLehrstuhl innerhalb der RWTHAachen zu den drittmittel-stärksten Instituten zählt. Deut-lich wird der enge Bezug zurGrundlagenforschung u. a. da-durch, dass nachdem der Son-derforschungsbereich (SFB) 224„Motorische Verbrennung“unter Leitung von Prof. FranzPischinger 1995 nach 12jähri-ger Laufzeit erfolgreich abge-schlossen wurde, im Sommer2006 der SFB 686 „Modell-basierte Regelung der homo-genisierten Niedertempera-turverbrennung“ unter Betei-ligung des VKA gestartet wor-den ist. Das VKA befasst sichin diesem SFB mit modellba-sierten Regelungsstrategienfür die Anwendung des kon-trollierten Selbstzündungsbe-triebs (Controlled-Auto-Ignition/CAI siehe Fachartikel in die-

sem Heft), was grundlegendeForschungsarbeiten zum Ver-ständnis der innermotorischenVorgänge erfordert.

Zahlreiche Veröffentlichungendes Lehrstuhls können unterwww.vka.rwth-aachen.de

unter „Allgemeine Informa-tionen/Publikationen VKA“eingesehen werden.

Auch die Qualität des Lehr-und Ausbildungsangebotes isteng mit dem Erfolg der Auf-tragseinwerbungen verknüpft.Als Beispiel werden aktuelleForschungsergebnisse zeitnahin Vorlesungen und Übungenpräsentiert und es werdenjährlich etwa 100 Studien-und Diplomarbeiten sowie 5bis 8 Dissertationen auf ak-tuellen Themengebieten derMotoren- und Antriebstech-nikforschung betreut. Auf-grund der weltweit anerkann-ten Ausbildung im theoreti-schen wie praktischen Bereichhaben unsere Absolventen al-lerbestes Rüstzeug für einenerfolgreichen Berufstart sowienationale und internationaleUnternehmen die Garantie fürhervorragend ausgebildeteNachwuchskräfte.

Zur Förderung von exzellenterGrundlagenforschung, Lehresowie eines intensivierten wis-senschaftlichen Austauschesauf dem Gebiet technischerVerbrennungsvorgänge, ist indiesem Jahr das CombustionCenter Aachen unter Leitungvon Prof. N. Peters und Prof.S. Pischinger gegründet wor-


17

THE INSTITUTE FORCOMBUSTION ENGINES

ABSTRACT

The Institute for Combustion Engines (VKA) is oneof the best equipped institutes for engine and vehi-cle technology in the world, with 21 fully equippedengine test benches, a highly dynamic engine testbench, a chassis roller dynamometer, differentspecial test benches for optical measuring methods,engine components or after-treatment systems, anda fuel-cell test bench. The institute has 180 employ-ees, thereof currently 54 research engineers.

In addition to the standard academic programs,various research and development programs areconducted on combustion engines. The institute isdevoted to major topics such as combustion systemdevelopment, engine design, alternative fuels,hybrid propulsion, and fuel-cell technology.

A large number of technical publications can befound at: www.vka.rwth-aachen.de.

Due to VKA´s world-wide renowned education, con-sidering theoretical as well as practical aspects, goodchances to succeed in the international job marketare provided.

In order to foster excellent fundamental research,education, and to intensify knowledge transfer inthe field of Combustion, in 2006 Prof. N. Peters andProf. S. Pischinger founded the Combustion CenterAachen. The “1. International Symposium on FutureFuels and Combustion” devoted to experts in thefield of Combustion, is planned for 2007.

den. In diesem Rahmen wirdim kommenden Jahr das„1. International Symposiumon Future Fuels and Combus-tion“ in Aachen stattfinden.

DIE GESCHICHTE DES LEHRSTUHLS

Dr.-Ing. Manfred Schaffrath

FEV Motorentechnik GmbH

Im gleichen Jahr gründet er inAachen eine „VersuchsanstaltProfessor Junkers“, um dortneben der Hochschultätigkeitpraktische Entwicklungsarbeitdurchzuführen.

Im Jahre 1912 wurde das Ma-schinenlaboratorium mit denLehrgebieten Wärmetechnik,

Maschinenlaboratorium, Ver-brennungskraftmaschinen,Kraftfahrzeuge, Dampfturbi-nen und Turbokompressorenvon Prof. Paul Langer über-nommen.

Nach dem 2. Weltkrieg, imJahr 1948, wurde Herr Prof.Fritz A. F. Schmidt von der

Forschungsanstalt für Luft-und Raumfahrt in Berlin-Ad-lerhorst an die RWTH Aachenberufen, um die Lehre undForschung auf dem Gebietder Wärmetechnik und derVerbrennungsmotoren wiederaufzunehmen.


18

Abb. 1: Grundsteinlegung am 21. Juni 1954 Fig. 1: cornerstone ceremony on June 21St 1954

Ausgangspunkt für die heute so herausragende Stellung der Lehre undForschung auf dem Gebiet der Motoren- und Antriebstechnik an der RWTHAachen war die Berufung von Professor Hugo Junkers im Jahre 1897.

Da während des 2. WeltkriegsAachen und somit auch vieleGebäude der Hochschule teil-weise oder ganz zerstört wor-den waren, wurde nach einerÜbergangszeit, in dem das In-stitut im RWTH Hauptgebäu-de untergebracht war, im Jahr1954 mit dem Neubau des In-stituts an der Schinkelstraße be-gonnen. Im Jahr 1956 konnteder heutige Hauptstandortschließlich bezogen werden.

Nach der Emeritierung vonProf. F. A. F. Schmidt im Jahr1968 wurde das Institut imJahr 1969 in die Lehrstühlefür Technische Thermodyna-

mik (LTT) unter Leitung vonProf. Karl-Friedrich Knocheund für Angewandte Thermo-dynamik (LAT), dem heutigenVKA, unter Leitung von Prof.Franz Pischinger aufgeteilt.

In dieser neuen Konstellationwurde das LAT auf die vielfäl-tigen Forschungsaufgaben imBereich der Verbrennungsmo-toren ausgerichtet und ge-langte schnell zu einem welt-weit hohen Ansehen. Seit1997 leitet Prof. Stefan Pi-schinger die Geschicke des imselben Jahr in den Lehrstuhlfür Verbrennungskraftmaschi-nen Aachen (VKA) umbenann-


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THE HISTORY OFTHE INSTITUTE

ABSTRACT

The appointment of Professor Hugo Junkers in1897 formed the basis for today’s outstandingposition of education and research in the field ofengine and power train technology at the RWTHAachen. In the same year, he founded the “Ver-suchsanstalt Professor Junkers” to carry out prac-tical development work.

In 1912, courses in thermal engineering, combus-tion engines, automobiles, steam turbines, andturbo-compressors were taken over by Prof. PaulLanger.

After World War II, Prof. Fritz A. F. Schmidt, fromthe aerospace research department in Berlin-Adler-horst, was appointed to the RWTH Aachen toresume courses and research activities in the fieldof thermal engineering and combustion engines.

Many buildings of the university in Aachen werepartially or totally destroyed during World War II,so the institute was transferred to the universitymain building for a transitional period. Constructionwork on a new building to house the institutebuilding started in the Schinkelstraße in 1954. In1956, today’s headquarters was completed.

After Prof. F. A. F. Schmidt retired in 1968, theinstitute was separated into the institute for tech-nical thermodynamics under the management ofProf. Karl-Friedrich Knoche and applied thermo-dynamics, today’s VKA, under the leadership ofProf. Franz Pischinger.

Continuation on page 20

Abb. 2: Herr Prof. Dr.-Ing. habil F. A. F. Schmidt

ten Lehrstuhls und setzt damitdie Geschichte der erfolgrei-chen Motoren- und Antriebs-forschung in Aachen fort.

Im Juli 2003 wurde im Erwei-terungsgelände Melaten derRWTH Aachen der erste Bau-abschnitt des „neuen“ VKAmit Büroräumen, einem neu-en Seminarraum und als tech-nisches Highlight einem kli-matisierten Abgasrollenprüf-stand modernsten Technik-stands bezogen. Damit sinddie Weichen für eine erfolg-reiche Zukunft des Lehrstuhls

für Verbrennungskraftmaschi-nen Aachen gestellt.


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With this constellation, the institute focused on abroad range of research activities in the field ofcombustion engines and rapidly attained a verystrong reputation world-wide. Since 1997, Prof.Stefan Pischinger has been the chairman of theinstitute and continues to expand the success storyof engine and power train research in Aachen. Theinstitute was also renamed in 1997 to the institutefor combustion engines (VKA) and, in July 2003,the first part of the “new” VKA with office rooms,a new seminar room, and, as a technical highlight,a conditioned chassis dynamometer test benchwas commissioned into service. With these steps,the course for a successful future of the institutefor combustion engines in Aachen has been set.

Abb. 3: Untersuchungen an Schiffs-

dieselmotoren (Ende der 50er Jahre)

Fig. 3: Marine-Engine Research

(End of the fifties)

Dr. M. Krämer – Vorstandsvorsitzender des FVK Dr. M. Krämer – FVK chairman of the board

Die RWTH Aachen, und nicht zuletzt auch der Lehrstuhl für Verbrennungs-kraftmaschinen (VKA) unter Leitung von Prof. S. Pischinger, genießt einenhervorragenden Ruf als Ausbildungs- und Forschungsstätte besonders aufdem Gebiet der Ingenieurwissenschaften.

Dr.-Ing. Michael Krämer

Vorstandsvorsitzender des FVK

Markenzeichen des VKA ist dieEntwicklung von innovativenLösungen rund um aktuelleFragestellungen der Motoren-technik, verbunden mit demBestreben nach einem bestän-digen Wissenstransfer zwischenHochschule und Industrie.

Eine enge Zusammenarbeitvon Hochschule und Industrieund daraus resultierend einkontinuierlicher Austausch vonWissen ist sowohl für dieHochschullandschaft aber auchfür die Unternehmen von es-sentieller Bedeutung.

Modellcharakter für eine dau-erhafte Bindung von Industrieund Universität haben die inden USA traditionellen Alumni-Netzwerke. In Aachen ist derFreundeskreis des Lehrstuhlsfür Verbrennungskraftmaschi-nen e. V. (FVK), der seit 1983besteht und sich zu großenTeilen aus ehemaligen Mitar-beitern zusammensetzt, alsTor zwischen universitärerBildung, grundlagenorientier-ter Forschung und Industrieetabliert. Aus diesem Netz-werk entstehen immer wiederKooperationen mit hervorra-

genden Forschungsergebnis-sen von hoher industriellerRelevanz. Ebenso finden jungeIngenieure durch diese engeZusammenarbeit häufig ihrenzukünftigen Arbeitgeber undUnternehmen hervorragendausgebildete Mitarbeiter.

Es gilt durch solche gemein-samen Anstrengungen vonHochschule und Industrie denInnovationsstandort Deutsch-land hinsichtlich zukünftigerAnforderung und Chancen,insbesondere auf dem Sektorder Energie- und Verkehrs-


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DER FREUNDESKREISDES LEHRSTUHLS FÜR

VERBRENNUNGSKRAFTMASCHINEN

technik, auszurichten undnachhaltig zu sichern.

Der Freundeskreis des Lehr-stuhls für Verbrennungskraft-maschinen e. V. wurde im Jahr1983 von zwölf Ehemaligendes Lehrstuhls zum Zweckeder Förderung der wissen-schaftlichen Arbeit und deswissenschaftlichen Gedan-kenaustausches gegründet.Heute hat der Verein 214Mitglieder, welche größten-teils am Lehrstuhl für Ange-

wandte Thermodynamik oderab 1999 am Lehrstuhl fürVerbrennungskraftmaschinender RWTH promoviert haben.

Ehrenmitglieder sind die ehe-maligen Vorstandsvorsitzen-den Herr Prof. Dr.-Ing. P.Hofbauer, Chefentwickler desmittlerweile legendären VW1.9L TDI und Herr Prof.-Dr.-Ing. Dr. h.c. R.J. Menne, heu-te Direktor Ford Forschungs-zentrum Aachen und CTOFord Europa.


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THE FVK (CIRCLE OF FRIENDS FOR THE

INSTITUTE FOR COMBUSTION

ENGINES)

ABSTRACT

The RWTH Aachen and the Institute for CombustionEngines, led by Prof. Stefan Pischinger, is well knownas an excellent educational institution.

The primary strength of the institute, besides teaching,research, and development is the close relationship ithas with the worldwide automotive industry.

The FVK (Circle of Friends for the Institute of CombustionEngines) was founded in 1983, by mostly formermembers of the Institute for Combustion Engines whoestablished a network between university education,basic research, and the industry. Primary aim is tostrengthen the collaboration between industry anduniversity in the fields of education and research.

DR. MICHAEL KRÄMERMitglied des Direktoriums, Leiter Programm-Management E/C-Klasse

Dr. Michael Krämer wurde am 26.November 1949 in Bielefeld ge-

boren. Nach dem Schulbesuch in Wesel studierte ervon 1971 bis 1976 Maschinenbau an der Rheinisch-Westfälischen Technischen Hochschule (RWTH)Aachen und legte dort in der Fachrichtung Wärme-,Kraft- und Arbeitsmaschinen seine Diplomhaupt-prüfung ab. 1985 promovierte er an der RWTHAachen mit einer Arbeit über den Direkteinspritzer-Dieselmotor im Pkw-Einsatz.

1976 trat Dr. Krämer in die Daimler-Benz AG ein, woer zunächst in der Prozessrechnung der Pkw-Moto-renkonstruktion tätig war. Ab 1979 war er im Ver-suchsbereich mit der Vorentwicklung von Dieselmo-toren beauftragt. 1985 wurde er Leiter der Versuchs-abteilung „Serienentwicklung Pkw-Dieselmotoren“.1988 übernahm er die Leitung der Hauptabteilung„Motorenvorentwicklung“.

1991 wurde Dr. Krämer in das Direktorium derDaimler-Benz AG berufen und mit der Leitung desBereiches Forschung 1 sowie des ForschungsinstitutsMercedes-Benz beauftragt.

Ab dem 1. Juli 1996 leitete Dr. Krämer den BereichPkw-Vorentwicklung und strategische Produktpla-nung, der zum 1. Juli 1997 um den Bereich Fahrwerkund mit Wirkung vom 1. April 1999 um den BereichElektrik/Elektronik erweitert wurde.

Am 1. Januar 2000 wurde Dr. Krämer zum Sprecherder Geschäftsleitung A-/C-Klasse ernannt und leitetedie Direktion Pkw Entwicklung Kleine Baureihen.

Am 1. April 2002 übernahm Dr. Krämer sowohl in derGeschäftsleitung als auch in der Pkw-Entwicklungs-direktion die Baureihen C- und E-Klasse. Die Verant-wortung.

Seit dem 1. Mai 2005 ist Dr. Krämer Leiter Pro-gramm-Management E-/C-Klasse.

Dr.-Ing. Franz-Josef Paefgen

Bentley Motors Ltd., Großbritannien

Nach dem Wechsel zur AudiAG hat er unter anderem alsEntwicklungsvorstand und alsVorstandsvorsitzender denWandel des Automobilher-stellers zum Premiumanbieterwesentlich mitgestaltet. Als

Chairman and Chief Executiveder Bentley Motors Limitedgelang es ihm, den feinen Lu-xuswagenanbieter mit neuenProdukten und Rückbesin-nung auf die alten Marken-werte profitabel zu machen.

Im folgenden Interview äu-ßert sich der erfolgreicheRWTH-Absolvent zu seinerBeziehung zur Hochschule inAachen und zu seinem beruf-lichen Werdegang.


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VON AACHEN BIS CREWE

AUTOMOBILEERFAHRUNGEN

DR.-ING. FRANZ-JOSEF PAEFGEN

Nach seiner Promotion zum Dr.-Ing. am Institut für Kraftfahrwesen derRWTH Aachen begann Franz-Josef Paefgen seinen beruflichen Werdegangzunächst bei der Ford Werke AG in Köln.

Abb. 1/Fig. 1: Dr.-Ing. Franz-Josef Paefgen

Warum haben Sie sich fürein Studium an der RWTH

Aachen entschieden?

Schon in meiner Kindheit üb-ten Autos eine große Faszina-tion auf mich aus. Im Altervon 14 Jahren entschied ichmich, Kfz-Ingenieur zu wer-den. Nach absolviertem Abi-tur schien mir die RWTH dierichtige Wahl für ein Studiumzu sein, genoss sie doch be-reits zu jener Zeit einen her-vorragenden Ruf als techni-sche Hochschule mit ausge-prägtem Profil im Bereich desMaschinenbaus. Das breiteFeld, das ich während meinesStudiums abdecken konnteund die Arbeit in den sehr gutausgestatteten Forschungs-einrichtungen haben michschließlich in meiner Wahl be-stätigt.

Was haben Sie nach IhrerPromotion an der RWTH

gemacht?

Zunächst absolvierte ich beiFord in Köln eine 12-monati-ge Traineezeit. Danach arbei-tete ich in den Bereichen Mo-torentwicklung und Qualitäts-sicherung. In dieser Zeit habeich das Wissen, das ich an derRWTH erworben hatte, in derPraxis weiter vertiefen kön-nen. Aus der heutigen Sichthalte ich es für enorm wichtig,dass zukünftige Manager dieChance haben, ausreichend Er-fahrungen im operativen Ge-schäft zu sammeln.

Wie ging es dann mitIhnen weiter?

Ich blieb der Automobilindus-trie treu und wechselte 1980zur Audi AG. Zunächst warich einige Jahre im Bereich In-nenausstattung und Elektrikin Neckarsulm tätig, bevor ich1987 die Leitung der Entwick-lung Ausstattung und Klimati-sierung am Hauptstandort inIngolstadt übernahm. Im Jahr1991 bot man mir schließlichdie Leitung der Produktpla-nung und des Projektmana-gements an – ein Angebot,dass ich gern annahm. Insge-samt war ich 18 Jahre in ver-schiedenen Funktionen in dertechnischen Entwicklung beiAudi tätig.

Im Anschluss stiegen Siein den Vorstand der AUDI

AG auf und agiertenschließlich als dessen

Vorsitzender. Was hat Siean dieser Position/Aufgabe

gereizt?

Der Aufstieg in den Vorstandeines internationalen Unter-nehmens ist sicher ein sehrbedeutender Karriereschritt,doch diese Position ist vor al-lem mit einem enormen Maßan Verantwortung verbun-den. Im Vorstand laufen alleStränge eines Unternehmenszusammen und so hat manneben der technischen Ent-wicklung auch vollen Einblickin die Finanzplanung sowiedie Marketing- und PR Aktivi-täten. Gerade diese Vielfalt


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macht für mich den besonde-ren Reiz dieser Aufgabe aus.

Seit 2002 lenken Sie dieGeschicke von Bentley.Macht das einen großenUnterschied zu Ihren bis-

herigen Tätigkeiten?

Bentley ist weit mehr als nurein Automobilwerk. Der au-ßerordentliche Reiz von Bent-ley liegt im Mythos der Markeund dem Potential, das sichdaraus ergibt. Die Größe un-seres Unternehmens mit sei-nen etwa 4000 Mitarbeiternerlaubt direkten Zugang zuvielen Bereichen und Perso-nen. Dies war natürlich beiAudi nicht in gleichem Maßemöglich.

Es ist jedoch auch interessantzu sehen, dass viele Problemebei der Entwicklung und demBau von Automobilen unab-hängig von der Größe des Un-ternehmens sehr ähnlich sind.

Herr Dr. Paefgen, welcheRatschläge würden Sie

nach einer derart erfolg-reichen Karriere jungen

Studieninteressierten undStudierenden für ihre Ent-

wicklung an die Handgeben?

Neben einer guten Fachaus-bildung, wie sie mir an derRWTH Aachen zuteil wurde,halte ich eine möglichst breitangelegte Allgemeinbildungfür sehr wichtig. Den bereits

Studierenden empfehle ich,sich nicht entmutigen zu las-sen, wenn im Studium Schwie-rigkeiten auftreten: Die RWTH„verschenkt“ ihre hervorra-gende Hochschulbildung nicht,sondern sie fordert auch ent-


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DR.-ING. FRANZ-JOSEFPAEFGEN

Chairman and Chief ExecutiveBentley Motors Ltd.,Generalbevollmächtigter der VOLKSWAGEN AG

Franz-Josef Paefgen wurde am 10. Mai 1946 inBüttgen/Neuss (Deutschland) geboren. Nach seinerPromotion zum Dr.-Ing. begann er 1976 bei derFordwerke AG zunächst als „Graduate Trainee“.Weitere Tätigkeiten in der Motorenentwicklung undin der Qualitätssicherung schlossen sich an.

1980 kam Franz-Josef Paefgen zu Audi in dieTechnische Entwicklung, anfänglich in Neckarsulm,ab 1987 in Ingolstadt. 1991 übernahm er die Lei-tung der „Produktplanung“ und des „Projektmana-gements“ bei Audi.

Von März 1995 bis April 1997 war Franz-JosefPaefgen Mitglied des Vorstands der AUDI AG fürden Geschäftsbereich „Technische Entwicklung“.

Ab Juli 1997 war er Sprecher des Audi Vorstands.Von März 1998 bis Februar 2002 war Franz-JosefPaefgen Vorstandsvorsitzender der AUDI AG.

Seit März 2002 ist Dr.-Ing. Franz-Josef PaefgenChairman und Chief Executive der „Bentley MotorsLtd.“ Außerdem ist Dr. Paefgen als Generalbevoll-mächtigter der Volkswagen AG verantwortlich fürdie „Konzern-Forschung“ und die „Motorsportakti-vitäten“ des Volkswagen-Konzerns. Von Dezember2003 bis Ende 2005 leitete er zusätzlich die BugattiEngineering GmbH.

sprechende Leistungen ein.Hiervon sollten sich auch jun-ge Menschen, die an einemStudium interessiert sind,nicht zurückschrecken lassen,denn die Möglichkeiten, diesich durch einen erfolgreichen

Abschluss an der RWTH bie-ten, wiegen den manchmalsteinigen Weg, der zu diesemZiel führt, bei weitem auf.

ABSTRACT

After achieving his doctorate at RWTH Aachen, Franz-Josef Paefgen started his career at Ford in Cologne,before moving to Audi where as Board Member andthen Chairman he helped turn the car producer into apremium marque. As Chairman and Chief Executive ofBentley Motors he has succeeded in making theluxury car maker profitable again with new productsfaithful to the heritage of that brand. In the followinginterview the former RWTH graduate reflects on hiscareer.

Why did you decide to study at RWTH Aachen?

With an excellent technical reputation particularly inmechanical engineering, RWTH seemed the rightchoice for somebody who had developed a fascinationwith cars from a very early age. The breadth of mystudies and the excellent facilities proved my decisionto be a correct one.

What did you do after receiving your doctorate atRWTH?

I undertook a 12 month training programme at Fordin Cologne followed by periods in Engine Development



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and Quality, where I consolidated and broadenedthe knowledge I had gained at RWTH in a prac-tical situation. I think it is enormously importantthat tomorrow’s managers have the opportunity togain a broad experience in a real business environ-ment.

What happened to you then?

I moved to Audi in 1980 and spent 18 years invarious Technical Development Functions startingin Trim and Electrical, then taking over responsibilityfor Equipment and Air Conditioning before movingto head up Product Planning and Project Manage-ment in 1991.

Subsequently you joined the Board of AUDIAG and eventually became Chairman. Whatdid you particularly enjoy about this position?

Joining the Board of an international organisationis clearly a very big career move with the enormousresponsibility it entails. At that level all the strandsof the business come together, requiring a fullunderstanding of financial planning or PR andMarketing activities, as well as technical matters. Iparticularly enjoy this variety in the job.

Since 2002 you have been guiding the fortunesof Bentley. Is this very different from your pre-vious roles?

Bentley is much more than a carmaker. The specialappeal of Bentley lies in the mystique of this par-ticular marque and the potential this offers. As asmall business with only 4000 employees it ispossible and important for me to get to knowpeople and what they do, in all areas of the or-ganisation. It is also interesting to see that nomatter what size the business is, the problems in-volved in developing and building cars are verysimilar.

Dr. Paefgen what advice would you give toprospective and young students about theirown development?

Beside a good university education, like I got duringmy years of study at the RWTH Aachen, I think abroad general knowledge is very important.

I would recommend to students and future studentsto keep up, even if it’s hard sometimes, because it’sworth the effort.

AUS AACHEN IN DIE FORMEL 1

PROF. DR.-ING. MARIO THEISSEN

Prof. Dr.-Ing. Mario Theissen

Direktor BMW Motorsport, BMW AG

Elite hat nichts mit schiererGröße oder Masse zu tun,schon gar nichts mit überzo-genem Anspruchsdenken.Nicht einmal Intelligenz reichtals Kriterium aus. Elite defi-niert sich über Resultate –überlegene Resultate. Dazubraucht es Wissen, Durchset-zungskraft und Leistungswil-len. Und es bedarf eines Kli-

mas, in dem sich Menschendieses Anspruchs finden, er-gänzen und antreiben zu Leis-tungen, die herausragen. Bei-spiele dafür gibt es in allen Le-bensbereichen, vor allem imSpitzensport und in der Wis-senschaft.

Als Gymnasiast in Monschaumit ausgeprägtem, ja fast aus-

schließlichem Interesse an Au-tos und Motoren hatte derBegriff Elite für mich noch kei-ne Bedeutung. Eines war miraber damals schon klar: Um indie Autowelt einzutauchen,würde ich Maschinenbau stu-dieren. Und nicht nur dienächste, sondern auch diebeste Adresse dafür war dieRWTH.


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Studieren an einem Elite-Institut, kann man das spüren? Wenn ja, woran?Was ist überhaupt Elite?

Mein Handicap: 9 Jahre La-tein, 6 Jahre Griechisch, Na-turwissenschaften nahe null.Entsprechende Warnungenignorierend, wich meine Eu-phorie über die baldige undunaufhaltsame Qualifikationzum Experten schon im 1. Se-mester tiefer Ernüchterung. Inden Grundlagenfächern Ma-thematik und Mechanik tatensich erhebliche Lücken auf,souverän auftretende Kommi-litonen mit vermeintlich odertatsächlich größerem Durch-blick besserten die Stimmungnicht. Auf dem Weg zum Vor-diplom lichteten sich die Rei-hen der Mitstudenten. Ich selbstwertete das Überschreitendieser Schwelle als Nachweis,mich quälen zu können. Derpraktische Wert des dort ver-mittelten Fundaments wurdemir erst später klar.

Mit dem Vordiplom in der Ta-sche nahmen Student undStudium Fahrt auf. Es war derSchritt vom „Pauken“ desPflichtstoffs hin zum neugieri-gen Lernen. Endlich konnteman den Studiengang wählenund sogar maßschneidern.Endlich kamen die spannen-den Fächer auf den Stunden-plan. Nicht nur das Leben alsStudent, auch der Stoff selbstmachte jetzt Spaß.

Das Interesse steigerte sichweiter, als zum reinen Lernenauch das Forschen hinzu kam.Die erste Studienarbeit ent-stand am IKA, die zweite soll-te ein reines Motorthemasein. Der Weg war damals

kurz – vom unteren zum obe-ren Ende der Wüllnerstraße.Am Lehrstuhl für Angewand-te Thermodynamik – unterdiesem Titel verschleierten dieMotorenfreaks ihr akademi-sches Treiben – landete undblieb ich. Zweite Studienar-beit, Diplomarbeit, Hiwi-Job,die meiste Zeit verbrachte icham LAT, dem heutigen VKA.

MEINE EINDRÜCKEDAMALS:

» Vorlesungen und Übungenvermittelten tiefes und ak-tuelles Fachwissen.

» Die Ausstattung war her-vorragend. 20 Motorprüf-stände hatte in den 70erJahren nicht einmal jederAutohersteller.

» Auf den Prüfständen wur-den Industrie- und For-schungsaufträge bearbeitet.

Im Rückblick haben sich dieEindrücke bestätigt. Die fach-spezifische Ausbildung unddas Heranführen an die indus-trielle Arbeitsweise in Projek-ten mit vorgegebenen Zielenund Ressourcen waren eineexzellente Vorbereitung aufden Beruf.

Der Gegensatz zum Studien-beginn hätte größer nichtausfallen können. Im erstenSemester sozusagen in derAufwärmrunde neben dieStrecke geraten, am ersten


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FROM AACHEN TO

FORMULA ONE


If you have studied at an elite institution, can peopletell? If so, how? And what does ‘elite’ mean any-way?

The term ‘elite’ has nothing to with sheer size ormass, and certainly nothing to do with excessiveideas of one’s own worth. Not even intelligence isan adequate criterion. What defines being elite arethe results achieved – superior results. For that youneed knowledge, the ability to get things done,and the will to succeed. And you need a climate inwhich people of like ambition meet, complementeach other and spur each other on to outstandingachievements. There are examples of this in allwalks of life, and above all in top-class sport andin science.


Arbeitstag mit vollem Tank,temperiertem Motor und vor-geheizten Reifen am Start.

Dass dies nicht unbedingtmein Verdienst war, zeigenviele Jahrgänge junger Inge-nieure, die inzwischen von dergleichen Startrampe in eineerfolgreiche Karriere aufge-brochen sind. Ich war ganzoffensichtlich an einer Hoch-schule und an einem Institutmit besonders hohem An-spruch an die eigene Leistung– Elite eben.


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As a high-school pupil in Monschau in the Eifel Ihad a highly developed, indeed almost exclusive,interest in cars and their engines. The concept of‘elite-ness’ meant nothing to me, but one thingwas clear to me even then. In order to immersemyself in the world of cars I decided I would studyengineering. And the best place to go, which alsohappened to be the nearest, was the RWTH[Aachen University of Technology].

My handicap was having studied Latin for nineyears, Greek for six, but virtually no science at all.Ignoring the obvious warnings, I found in the veryfirst term that my euphoric expectation of swiftand inexorable progress to the status of qualifiedexpert gave way to deep disillusionment. My con-siderable inadequacy in the fundamental subjectsof mathematics and mechanics became apparent,and the supreme confidence of my colleagues intheir superior grasp of them, whether actual orpresumed, did nothing to improve my frame ofmind. As we proceeded towards the intermediatediploma, the ranks of my fellow students thinnedout. I myself considered that crossing this thresholdwas proof of my ability to torment myself. Thepractical value of the foundation I received thereonly later became clear to me.

With the intermediate diploma in my pocket, bothstudent and studies really got moving. It was thestep from “swotting up” the compulsory materialonward to learning through curiosity. At last it waspossible to choose a syllabus and even tailor it toone’s own requirements. At last, exciting subjectsappeared on my timetable. Not only was studentlife great fun, so also was the material we studied.

My interest increased further when research wasadded to pure learning. I did my first research paperat the IKA [Institute of Automotive Engineering],and the second would be purely on an engine-related subject. In those days it was a short distancefrom the lower end to the top of the Wüllnerstrasse.I found myself in the Faculty of Applied Thermo-dynamics – that was the name under which the

petrolheads disguised their academic activity – andthere I stayed. A second research project, a diplomadissertation, a stint as academic assistant – most ofmy time I spent at the LAT, now known as theVKA [Institute for Internal Combustion Engines].

My impressions at that time:

» Lectures and assignments imparted profoundand up-to-date specialised knowledge.

» The facilities were outstanding. In the 1970s noteven all car manufacturers had 20 engine testbeds.

» On the test beds we worked on industrialassignments and research projects.

In retrospect these impressions have been confirmed.The specialised training and induction into industrialworking methods in projects with set objectivesand resources were an excellent preparation for aprofessional career.

The contrast with the start of my studies could nothave been greater. In the first term I dropped outin the warm-up lap, so to speak, but on my firstday at work I was on the starting grid with a fulltank, a tuned engine and pre-heated tyres.

The fact that this was not entirely to my credit isshown by the many annual crops of young engineerswho, since my time, have taken off on a successfulcareer from the same launching pad. It is veryclear that I attended a university and an institutionwhich placed particularly high importance on one’sown achievement – what you might call ‘elite’.


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Tabellarischer Lebenslauf:

17.08.1952 geboren in Monschau, Deutschland

Familienstand: Verheiratet mit Ulrike, Kinder Pascal, Isabel und Janina

Wohnort: München

Hobbies: Sport, vor allem Laufen, Rad und Ski fahren

1959-71 Grundschule/Gymnasium Monschau, Abitur

1971-77 Maschinenbaustudium an der RWTH in Aachen, Dipl.-Ing.

Juni 77 Eintritt BMWdiv. Funktionen in der Motorenentwicklung

1989 Ruhr Universität in Bochum promoviert zum Dr.-Ing.„Untersuchung zum Restgaseinfluss auf den Teillastbetrieb des Ottomotors“

1991 Leiter Produktkonzepte der BMW AG

1992 Leiter Vorentwicklung Antrieb bei BMW

1994 Geschäftsführer BMW Technik GmbH

1998 Leiter der Technik GmbH und verantwortlich für den Aufbau des Technology Office in Palo Alto/Kalifornien (USA)

01.04.99 Ernennung zum BMW Motorsport Direktor

12.07.05 Honorarprofessur an der HTW Dresden

01.01.06 Als BMW Motorsport Direktor auch verantwortlich für das neue BMW Sauber F1 Team


Ausgestattet mit hochkarätigen Wissenschaftlern und Ingenieuren sowieeiner Vielzahl moderner Prüfeinrichtungen hat sich der Lehrstuhl für Ver-brennungskraftmaschinen (VKA) der RWTH Aachen als Forschungs- undEntwicklungspartner für die gesamte Fahrzeughersteller- und Zuliefererin-dustrie weltweit etabliert.

Dr.-Ing. Gerhard Schmidt

Vizepräsident Global Forschung,

Ford Motor Company, USA

Doch auch die EuropäischeUnion, nationale Ministerienund Institutionen gehören zuden Auftraggebern und grei-fen in der Diskussion umGrenzwerte und zukunfts-trächtige Technologien aufdie Expertise des VKA zurück.Die Forschungsgebiete desVKA umfassen das gesamteautomobile Portfolio und sindstets am Puls der Zeit oderihrer Zeit um Jahre voraus.Die Bezeichnung „Lehrstuhl“mag hier manchmal irrefüh-rend sein, da neben der

Grundlagenforschung ebensoangewandte Forschung bishin zur Entwicklung für dieGroßserienanwendung be-trieben wird.

Die lokalen vorhandenen Vor-aussetzungen an hochschul-seitiger Infrastruktur undKnow-How waren ideale Vor-aussetzungen dafür, Aachenauf der „Weltkarte der Auto-mobilindustrie“ zu positionie-ren. Und eben nicht zuletztweltbekannte Unternehmenwie der VKA tragen zu einem

Sogeffekt auf weitere Unter-nehmensansiedlungen bei. Sohat beispielsweise Ford vormehreren Jahren sein einzigeseuropäisches Forschungszen-trum in Aachen angesiedeltund eine Vielzahl weitererUnternehmen – nicht seltenSpin-offs der Hochschulen –in der Automobilbranche sinddiesem Beispiel gefolgt. Mankönnte kein besseres Beispielals den VKA anführen, um dieInnovationskraft sowie dashohe Niveau der Forschungund Lehre am Innovations-


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VKA – IDEENSCHMIEDE MIT TRADITION

DR.-ING. GERHARD SCHMIDT

Abb. 1: Ford Motor Company

Detroit/USA

Fig. 1: Ford Motor Company

Detroit/USA

standort Deutschland und be-sonders am Standort Aachenzu dokumentieren. Dem Insti-tutsleiter Professor StefanPischinger aber auch seinemunermüdlichen Wissenschaft-

lerteam gebührt Hochach-tung für das kontinuierlichhohe Niveau der Forschungs-arbeit, mit dem das VKA aufautomobilem Sektor Maßstä-be gesetzt hat.


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VKAABSTRACT

Thanks to its highly qualified engineers and state-of-the-art facilities, the VKA has become a leading serviceprovider in the automotive R&D sector worldwide, fornational governments, institutes as well as for the Euro-pean administration. The VKA R&D project activitiescover the whole portfolio of future automotive tech-nologies, ranging from basic research to advancedengineering for series developments. There could beno better example that demonstrates the power ofinnovation as well as the high quality level of researchin Germany. Director Professor Stefan Pischinger andhis team can take credit for maintaining this high level,which has set benchmarks in the automotive sector.

DR.-ING. GERHARD SCHMIDT

Aachen, März 2002 – Dr.Gerhard Schmidt ist Vizepräsidentder globalen Forschung der FordMotor Company.

Seit April 2001 leitet Dr. Schmidt die weltweitenForschungsaktivitäten der Ford Motor Company inDearborn, Michigan, und Aachen. Die rund 1300Ford Wissenschaftler und Forschungsingenieure er-messen die zukünftigen technischen Bedürfnisse derFord Kunden und lassen die innovativen Lösungen inProdukte und Prozesse einfließen.

Zuvor trug Dr. Schmidt als Vizepräsident die Verant-wortung für die Fahrzeugsystemintegration sowiezehn Jahre für die Antriebsstrangentwicklung derBMW AG. Während seiner 21 Berufsjahre bei BMWbekleidete er zahlreiche Führungspositionen im Be-reich der Motorenforschung und -entwicklung.

Dr. Schmidt absolvierte 1971 sein Maschinenbaustu-dium an der Rheinisch Westfälisch Technischen Hoch-schule (RWTH) Aachen, wo er 1979 im Bereich Ver-brennungsmotoren promovierte.

Dr. Schmidt ist 1946 in Garmisch-Partenkirchengeboren.

Anhand von ausgewählten technischen Berichten aus aktuellen For-schungsarbeiten möchten wir einen allgemeinen Einblick in aktuelle Arbeits-gebiete des Lehrstuhls geben.

Univ. Prof. Dr.-Ing.

Stefan Pischinger

VKA, RWTH-Aachen

Neben den klassischen moto-rischen Themen, wie innovati-ver Motorkonstruktion oderder Erforschung und Entwick-lung neuer Brennverfahren,ist das Aufgabenspektrumeines „Motoreningenieurs“deutlich weit reichender auf-gestellt. So greifen wir The-men, wie die immer wichtigerwerdende virtuelle Motoren-entwicklung, den ganzen An-triebsstrang betreffende For-schung am Hybridantrieb so-wie die zunehmend an Be-

deutung gewinnende Elek-tronik am Verbrennungsmo-tor und im Fahrzeug auf. Diesalles ist eng verbunden mitder Weiterentwicklung von„intelligenten Methodiken“in der Versuchsdurchführungund der Motorapplikation,beispielsweise mittels Designof Experiment Ansätzen (DoE).

Bei der Lektüre wünschen wirIhnen viel Vergnügen und ichverweise gerne darauf, dasswir Ihnen bei fachlichen Fra-

gen oder zu weiterführendenDiskussionen zur Verfügungstehen.

Ihr Stefan Pischinger

KONTAKT

Fabian FrickeTel.: +49 (0) 241/80-95370E-Mail: [email protected]


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DIE VKA-FORSCHUNGS-SCHWERPUNKTE


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VKA R&DACTIVITIES ABSTRACT

The following selected articles shall give you anoverview about our current R&D topics. Beside theclassical topics of the engine research and develop-ment, like innovative engine design or new,optimized combustion systems, the spectrum ofexpertise of today’s engineers working in the fieldof combustion engines is much wider. So, topicssuch as virtual engine development, hybrid systems,or engine electronics, closely linked to new andintelligent methodologies for engine testing andthe application process, e.g. with Design ofExperiment (DoE) methods, are presented.

In the name of all members of VKA, I hope youenjoy reading these articles, and I invite you tocontact us, if you are interested in taking a closerlook at our research work.

YoursStefan Pischinger

CONTACT:

Fabian FrickeTel.: +49 (0) 241/80-95370E-Mail: [email protected]

Das Ottoverfahren bietet auch heute noch erhebliches Verbesserungs-potential bezüglich Gesamtwirkungsgrad und Umweltverträglichkeit. Otto-motoren besitzen die höchsten spezifischen Leistungen aller verbrennungs-motorischen Antriebe, dies sowohl mit als auch ohne Aufladung.

Dipl.-Ing.

Karl Krebber-Hortmann

E-Mail: krebber-hortmann

@vka.rwth-aachen.de

Trotz des höheren thermo-dynamischen Potentials desVergleichsprozesses für Otto-motoren weisen diese gegen-über aufgeladenen direktein-spritzenden Dieselmotorendeutliche Verbrauchsnachteileauf.

Der Schlüssel zu Einsparpoten-tialen und gleichzeitig gestei-gertem Fahrspaß liegt beimOttomotor in der Aufladung.Durch die Lastpunktverschie-bung eines volumenmäßig klei-neren, jedoch aufgrund derAufladung leistungsgleichen

Motors können, abhängig vomFahrzyklus, Verbrauchsvorteilevon bis zu 30 % erzielt wer-den. Für hohe Wirkungsgradeauch bei hohen Lasten, ist dieDirekteinspritzung eine Schlüs-seltechnologie. Durch die Kom-bination von Aufladung und


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DIE ZUKUNFT DES OTTOMOTORS

DER AUFGELADENEDIREKTEINSPRITZER

Abb. 1: Entwicklung der spezifischen Motorleistung Otto- und Dieselmotoren

Fig. 1: Trend of specific power of gasoline and diesel engines


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THE FUTURE OF THE

GASOLINE ENGINEThe Boosted Direct Injection Engine

ABSTRACT

Despite its tradition of more than 125 years, thespark ignited (SI) engine still shows high potentialfor improvement in efficiency and emission,meeting future requirements. Key technologies forachieving significant improvements in fuel con-sumption, while also increasing the specific power,are direct injection (DI) in combination withboosting, as it is common technology for today’sDiesel engines. Adding the function of variablevalve timing further potential with regard to fueleconomy and also fun-to-drive can be obtained.Following the strategy of lean operation andincreased compression ratios the SI engine willovercome the efficiency gap compared to modernDiesel engines. The VKA has long experience in SIengine research and current projects are focusingon spray-guided DI concepts, highly-boosted DISIengines with additional measures for improvingthe low-end-torque characteristics, electro-mechanical fully-variable valve trains, as well as onhighly boosted homogeneous lean operation in thecomplete engine map.

One major challenge of lean operating concepts isthe aftertreatment of nitrogen oxides (NOx). Solu-tions currently followed are the adsorber catalystand the SCR (selective catalytic reaction) techno-logy.

Also renewable fuels like bio-ethanol or syntheticfuels from biomass (BTL), having specificproperties for supporting efficient homogeneouslean combustion, are addressed in ongoingresearch.

Direkteinspritzung kann einvergleichsweise hohes Ver-dichtungsverhältnis gewähltwerden, was zu guten Wir-kungsgraden führt. Durch ab-gestimmtes Einspritztiming mitgleichzeitig optimierter Rest-gasspülung durch variable Ven-tilsteuerzeiten wird ein gutesAnsprechverhalten im niedri-gen Drehzahlbereich erzielt.

Durch einen Magerbetrieb imgesamten Betriebskennfeld,der bisher nur im Teillastbe-reich eingesetzt wird, ist nochweiteres Verbrauchspotentialzu erschließen. Noch nichtgeklärt ist die Abgasnach-behandlung für ein solchesKonzept. Die Reduktion derStickoxide im mageren Abgasverlangt besonders geringeRohemissionen und ein gleich-zeitig effektives Abgasnach-behandlungsverfahren, wiebeispielsweise die selektivekatalytische Reduktion (SCR).Um Stickoxidemissionen vonvornherein zu vermeiden, exis-tieren Ansätze wie die kon-trollierte Selbstzündung im

Teillastbereich oder eine be-sonders magere, homogeneVerbrennung, die ab einemLuftverhältnis von etwa zweinahezu frei von NOx-Emis-sionen ist.

In diesem Zusammenhang istder Einsatz von alternativenKraftstoffen wie Wasserstoff,Compressed Natural Gas (CNG)oder biogener Kraftstoffe wieEthanol oder Biomass to Liquid(BTL) aussichtsreich, da siegrundsätzlich eine vergleichs-weise gute Magerbrennfähig-keit aufweisen. Die Darstel-lung eines Magerbetriebs imgesamten Kennfeld erfordertzwingend eine Hochaufladungmit sorgfältiger Abstimmungder Aufladeaggregate um einausreichendes Ansprechver-halten sicherzustellen.

Am VKA werden in einerVielzahl von F&E Projektengrundlegende Erkenntnisse imBereich der aufgeladenen di-rekteinspritzenden Ottomo-toren sowie der Anwendungalternativer Kraftstoffe erforscht.

Abb. 2: Verbrauchskennfeld und Be-schleunigungsverhalten verschiedenerottomotorischer Konzepte

Fig. 2: Efficiency map and accelerationbehaviour of different SI engine

concepts

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VARIABILITÄTEN AN VERBRENNUNGSMOTOREN

Verbrennungsmotoren für den mobilen Einsatz werden im Allgemeinen beisehr unterschiedlichen Drehzahlen und Lasten betrieben.

Dipl.-Ing. Karsten Wittek

E-Mail: [email protected]

Dip.-Ing. Markus Kalenborn

E-Mail:

[email protected]

Die Forderungen nach niedri-gem Kraftstoffverbrauch undgeringen Schadstoffemissio-nen gilt es demnach auch füreinen möglichst weit ausge-dehnten Betriebsbereich zuerfüllen.

Grundsätzlich wünschenswertwäre es daher eine Fülle vonMotorparametern währenddes Motorbetriebes variierenzu können.

Die Anpassung des Zündzeit-punktes an die Motordrehzahl

und die Last stellt historischbetrachtet die wohl am frühes-ten eingesetzte Variabilität amVerbrennungsmotor dar.

Später eingeführte Variabili-täten beim Ottomotor zielenbesonders auf die Optimie-rung des Ladungswechselsab, also dem periodisch wie-derkehrenden Austausch vonverbranntem Gas durch fri-sches Kraftstoff-Luftgemisch.

Durch die Verschiebung derVentilsteuerzeiten beim Ein-

satz von Nockenwellenpha-senstellern können Druck-wellen im Ansaugsystem übereinen weiten Drehzahlbereichgenutzt werden, um die Fül-lung und damit das Drehmo-ment zu steigern.

Variable Ansauggeometriendienen ebenfalls dem Zweckder Ausnutzung der gasdyna-mischen Effekte. Der bekann-teste Vertreter dieser Gattungist das in seiner Länge variableSaugrohr.


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Abb. 1: Verschiedene Möglichkeiten der Darstellung von Ventiltriebs-Variabilitäten

Fig. 1: Different possibilities for variable valve trains

Bei Dieselmotoren ist die Artder Kraftstoffeinbringung inden Brennraum von ganzbesonderer Bedeutung. InAnalogie zum Zündzeitpunktbei Ottomotoren stellt hierder Einspritzbeginn die ältesteForm der Variabilität dar.Durch den Übergang aufCommon-Rail Einspritzsyste-me ist es möglich, neben denbisher verfügbaren Variabilitä-ten Einspritzbeginn und Men-ge, auch eine Aufteilung aufmehrere Teileinspritzungenvorzunehmen, mit dem Zieldie Stickoxid und Partikel-emissionen zu senken.

Die Quantitätsregelung durchDrosselung beim Ottomotorführt gerade bei Teillast zuerheblichen Wirkungsgrad-einbußen. Durch eine voll-variable Ventilsteuerung ist esmöglich, diese notwendigeQuantitätsregelung ohne Dros-selverluste nur durch Variationdes Ventilöffnungszeitpunk-

tes, des Ventilhubes und derVentilöffnungsdauer zu reali-sieren.

Mittels einer Betätigung derVentile durch Elektromagnete(EMVT) lässt sich das Poten-zial der drosselfreien Laststeu-erung am weitesten ausnut-zen und kann im neuen Euro-päischen Fahrzyklus (NEFZ) biszu 18 % Kraftstoff einsparen.

Eine mechanische vollvariableVentilsteuerung wie z. B. dasMV2T System von VKA/FEVoder das in Serie befindlicheSystem von BMW – die Valve-tronic – stützen sich auf ähn-liche Mechanismen zur Ver-brauchssenkung. Jedoch kannaufgrund der prinzipbedingtgeringeren Freiheitsgrade in-folge der Kopplungen zwi-schen Steuerzeit, Öffnungs-dauer und Ventilhub im Ver-gleich zu EMVT nur bis zu10 % Kraftstoff eingespartwerden (im NEFZ).


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THE VARIABLE COM-

BUSTION ENGINE– INCREASED VARIABILITY IN COMBUSTION ENGINES –

ABSTRACT

The wide operation range – low speed to highspeed, low loads to high loads – of engines formobile applications makes engine variabilitydesirable aiming for the targets: highest poweroutput, highest efficiency, and lowest emission.

First introduced variable systems were 2-pointswitchable intake manifolds, simple cam phasing orcylinder deactivation systems in order to improvethe cylinder filling by making use of gas dynamicaleffects.

Current R&D focuses on further variability, asmayor car companies have introduced fully variableintake systems or mechanically flexible valveactuation systems capable for load control, andhence allowing to drastically reducing throttlelosses of conventional SI engines.

VKA and FEV together, developed a fully variablevalve actuation system, called the MV2T, whichallows up to 10 % fuel saving in the New EuropeanDriving Cycle (NEDC). An even higher degree ofvariability can be realized by an electro-mechanicalvalve train system, developed by VKA and FEV. Bycompletely replacing the load control by throttling,this system offers up to 18 % of fuel consumptionreduction in NEDC. In addition, this system enablescompletely new engine operation strategies, as thecontrolled auto ignition mode (CAI).

Another example for increased variability is thevariable compression ratio engine, which allows tooperate the SI engine at high compression ratioAbb. 2: Kraftstoffeinsparpotenziale und zusätzliche Herstellkosten

Fig. 2: Reduction of fuel consumption and additional manufacturing costs

Hierbei wird das Verdichtungs-verhältnis zu jedem Betriebs-punkt so hoch wie möglicheingestellt, jedoch jeweils nurso hoch, dass die motorschä-digende klopfende Verbren-nung (unkontrollierte Selbstzün-dung) sicher vermieden wird.

Bei hoch aufgeladenen Moto-ren können durch ein voll va-riables VerdichtungsverhältnisVerbrauchssenkungen bis zu8 % im NEFZ erzielt werden.Das von VKA/FEV entwickel-te vollvariable VCR (VariableCompression Ratio) System be-ruht auf einer exzentrischen La-gerung der Kurbelwelle, Abb. 3.

Durch Schwenken dieser Ex-zenter wird der Abstand zwi-schen Kurbelwelle und Zylin-derkopf und damit das Ver-dichtungsverhältnis variiert.Der Versatz zur Getriebeein-gangswelle wird durch ein sogenanntes Parallelkurbelge-triebe ausgeglichen.

Weitere Optionen für Varia-bilitäten im Ventiltrieb sindZylinderabschaltung oder dieRealisierung eines zweipunkt-schaltbaren Ventilhubes. DasKraftstoffeinsparpotential isthierbei in etwa proportionaldem kleineren Kostenauf-wand geringer.

Ein weiterer Ansatz zur Ver-brauchssenkung beim Otto-motor stellt ein variablesVerdichtungsverhältnis dar.

Durch eine Beschränkung aufnur zwei Verdichtungsstufenkann die Komplexität und diedamit einhergehenden Kostenabgesenkt werden. Das Ein-sparpotenzial beträgt im NEFZca. 6 %.

Ein Ansatz zur Realisierungeines VCR 2-Punkt-Systemsist eine exzentrische Lagerungdes Kolbenbolzens, wobei dieTriebwerkskräfte zur Verstel-lung genutzt werden, Abb. 4.

Wann und in welchem Um-fang diese zukünftigen Varia-bilitäten und Systeme tatsäch-lich in der Serie eingesetztwerden, hängt sicher nichtzuletzt von ihrem Kosten/Nutzen-Verhältnis ab. Zusätz-lich spielen jedoch auch Mar-keting und die einzelnen Un-ternehmensphilosophien einenicht zu unterschätzende Rolle.


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(CR) in idle and part load, and at reduced CR atfull load. Therefore, best efficiency in the completeengine map can be achieved. The variable CRalone offers fuel saving potential in NEDC of 8 %.Combining the VCR system with a turbochargedconcept up to 30 % fuel consumption reduction isachievable in comparison to a bigger naturalaspirated engine with same rated power. VKA andFEV are working on different technical VCR ap-proaches, as a fully variable system by an eccentriccrankshaft or less complex two-step adjustmentprinciples, realized by a rotating conrod small end.

Abb. 3: Vollvariables VCR System durch exzentrische Lagerung der Kurbelwelle

Fig. 3: Full variable VCR system through eccentric crankshaft suspension

Abb. 4: Pleuel mit variabler Länge zur Darstellung eines 2-Punkt-VCR-Systems

Fig. 4: Conrod with variable length for 2-step VCR system


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OTTO = DIESEL?DIE KONTROLLIERTE

SELBSTZÜNDUNG

Dipl.-Ing. Christian Bücker

E-Mail:

[email protected]

Neben diesen klassischen Ver-fahren besteht heute die Ideefür den Ottomotor als auch fürden Dieselmotor homogenisier-te Niedertemperatur-Brenn-verfahren zu entwickeln, wel-

che die Vorteile von beidenKonzepten vereinen. DiesesVerfahren wird beim Otto-motor meist „Controlled AutoIgnition“ (engl. „kontrollierte

Selbstzündung“) und beim

Dieselmotor „HomogeneousCharge Compression Ignition“(engl. „homogen geladene

Kompressionszündung“) ge-nannt. Zielsetzung beim Otto-motor ist ein höherer Wir-

Abb. 1: Blick in den Brennraum – unterschiedliche Arten der

ottomotorischen Verbrennung: oben) konventionelle Verbren-

nung mit Zündkerze, unten) kontrollierte Selbstzündung

Fig. 1: View inside the combustion chamber – different types

of Gasoline combustion: above) conventional combustion

with spark plug, below) Controlled Auto Ignition

Die prinzipiellen Merkmale von Otto- und Dieselmotor, d. h. der gemisch-ansaugende Ottomotor mit Fremdzündung und der selbstzündende Diesel-motor mit Direkteinspritzung, sind bis heute erhalten geblieben.


kungsgrad für den Stadtbe-trieb, dagegen gilt es beimDieselmotor wesentlich dieStickoxid- und Rußemissionenzu senken.

Eine kontrollierte Selbstzün-dung im Ottomotor kann un-terschiedlich realisiert werden.Ein Weg besteht in der Rück-führung heißen internen Rest-gases mittels eines vollvariab-len Ventiltriebs, idealer Weiseelektro-mechanisch ausgelegt.Des Weiteren kann eine Selbst-zündung auch durch eine Vor-wärmung der zugeführten Luft,durch ein variables Verdich-tungsverhältnis oder durch denEinsatz selbstzündwilligererKraftstoffe sowie durch eineKombination der genanntenKonzepte erfolgen. Die Rest-gasrückführung mittels einesvariablen Ventiltriebs erscheintjedoch für Kraftfahrzeugan-triebe, bei denen eine häufigeÄnderung der Leistungsabga-be erfolgt (sog. transienterMotorbetrieb), als die zu-kunftsweisende Lösung.

Mit dem elektro-mechani-schen Ventiltrieb ist es imGegensatz zum konventionel-len Nockenwellentrieb mög-lich, die Ein- und Auslass-ventile von der Kurbelwellelosgelöst und somit unabhän-gig von der Position des Kol-bens zu öffnen und zu schlie-ßen. Hierdurch lässt sich derZylinder mit Luft und zusätz-lich mit einer großen MengeAbgases füllen, das durch sei-nen thermischen und chemi-schen Energieeintrag die Selbst-

zündung einleitet. Man sprichthier vom sogenannten Kon-zept der „internen Restgas-rückführung“. Bei abgeschal-teter Zündung „dieselt“ derOttomotor unter einer nach-weislichen Verbrauchsreduk-tion im Neuen EuropäischenFahrzyklus (NEFZ) von 10 bis15 % gegenüber einem kon-ventionellen Ottomotor. Esgelingt im Bestpunkt ein ma-geres Gemisch zu verbrennenund eine Senkung der NOx-Emissionen von bis zu 99 %herbeizuführen.

Die Steigerung des Wirkungs-grades ergibt sich zum einendurch das Einsparen von La-dungswechselverlusten, dermageren Betriebsweise sowiereduzierter Wandwärmever-luste. Die Selbstzündungsver-brennung ist schneller undsomit thermodynamisch güns-tiger. Die gleichzeitig deut-liche Reduktion der NOX-Emissionen gelingt dadurch,dass die Verbrennung aufeinem niedrigeren Tempera-turniveau stattfindet als eineVerbrennung mit Zündkerzewie im konventionellen Otto-motor. Obwohl ein deutlicherLuftüberschuss vorhanden ist,bilden sich infolge kaum Stick-oxide. Diesem Verfahren sindjedoch gewisse Grenzen ge-setzt, so dass seine Vorteilenur in einem bestimmten Be-reich zu erzielen sind. Aus die-sem Grund spricht man vom„hybriden Brennverfahren“.In einem Motor kommt zumeinen der konventionelle Be-trieb mit Zündkerze zum Ein-


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CONTROLLED

AUTO IGNITIONABSTRACT

The hybrid combustion system combines theadvantages of both the conventional gasoline anddiesel engines. This system in gasoline engines isoften called Controlled Auto Ignition (CAI) and indiesel engines it is called Homogeneous ChargeCompression Ignition (HCCI). The primary focus ofCAI is on reducing fuel consumption; whereas,HCCI seeks to reduce nitrogen oxide and smokeemission.

The internal Exhaust Gas Recirculation (EGR) ofVKA´s fully variable valvetrain concept shows thegreatest potential regarding a CAI mode for futurevehicle engines. Utilizing an electro-mechanicalvalvetrain, it is possible to set the opening andclosing timing of the intake and exhaust valvesindependent of the crankshaft. This enables thefilling of the cylinder with air and especially a largeamount of residual gas, either by early exhaust


Abb. 2: Der elektro-mechanische

Ventiltrieb EMVT

Fig. 2: The electro-mechanical valve

train EMVT

satz, für z. B. Überlandfahrt,als auch die kontrollierteSelbstzündung für den Stadt-verkehr.

Unterschiedliche Konzeptesowie die wesentlichen Para-meter der kontrollierten Selbst-zündung werden am VKA un-tersucht. Ziel ist es, ein breitesDetailwissen über die Vorgän-ge im Motor zu gewinnenund das Potential dieses Brenn-verfahrens hinsichtlich Ver-brauch, Emissionen und Be-triebsbereich besser ausschöp-fen zu können. Hierbei wer-

den thermodynamische Mo-torversuche am Stationärprüf-stand, Strömungs-, Gemisch-bildungs- und Verbrennungs-berechnungen mit Hilfe vonCFD-Simulationen sowie opti-sche Lasermessverfahren zurErfassung der thermodynami-schen Vorgänge im Brenn-raum durchgeführt. Aus denGrundlagenuntersuchungenwerden schließlich Motorkon-zepte für eine effiziente Inte-gration ins Kraftfahrzeug ab-geleitet, die in ersten Versuchs-trägern bereits erfolgreich zumEinsatz gekommen sind.


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valve closure (called combustion chamber recir-culation) or by late exhaust valve closure (calledexhaust port recirculation), which promotes self-ignition with its thermal and chemical energyinput. Due to high dilution with exhaust gases,extremely low NOX emissions have been achievedand a reduction in fuel consumption of 10-15 % inthe New European Driving Cycle (NEDC), com-pared to a conventional spark-ignited engine isrealistic, because a lean mixture is burned.

Internal combustion research activities at the VKAfocus on concepts, strategies and their interactingparameters that influence CAI. The main goals ofthe program are to get a basic understanding ofthe processes inside the engine and then to exploit the maximum potential concerning fuel consump-tion, emissions and operating range of this com-bustion system. A variety of modern research toolsare applied to this program, such as thermo-dynamic engine testing on stationary test bench,calculation of in-cylinder flow with the help of aComputational Fluid Dynamics (CFD) simulation aswell as optical laser measurement techniques forthe acquisition of thermodynamic process insidethe combustion chamber.

DER GLÄSERNE MOTOR

VERBRENNUNGSPROZESSETRANSPARENT GEMACHT

Dipl.-Ing. Markus Graf


Am Lehrstuhl für Verbren-nungskraftmaschinen stehendafür verschiedene optischzugängliche Einzylindertrieb-werke, sowohl für otto- wieauch für dieselmotorischeAggregate zur Verfügung, andenen eine Vielzahl von opti-

schen Messverfahren, zurAnalyse der innermotorischenVorgänge, zum Einsatz kommt.Der Lehrstuhl verfügt dazuüber langjährige Erfahrung inder Applikation von optischenMesstechniken an Vollmoto-ren, die häufig zur Optimie-

rung bestehender Konzepteim laufenden Entwicklungs-prozess dienen.

Bei Dieselmotoren wird Kraft-stoff mit hohem Druck einge-spritzt, der innerhalb wenigerMillisekunden mit der umge-


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Detaillierte Kenntnisse über die Einspritzung, Strömung, Gemischbildungund Verbrennung im Motorinneren sind Voraussetzung für die gezielteOptimierung von Verbrennungsmotoren in Hinblick auf hohe Wirkungsgradeund niedrige Emissionen.

Abb. 1: Der transparente Dieselmotor Fig. 1: The optical diesel engine

benden Luft ein zündfähigesGemisch bildet.

Für den Gemischbildungspro-zess spielen viele Faktoreneine Rolle, so zum Beispiel dieDüse, insbesondere die Strahl-richtung und Form und Win-kel des Einspritzstrahls, dieGeometrie des Brennraumsoder auch die innermotori-sche Luftbewegung. Um dieEinspritz- und Verbrennungs-prozesse innerhalb eines Mo-tors tatsächlich beobachtenzu können, ist am Lehrstuhlfür Verbrennungskraftmaschi-nen ein so genannter „Gläser-ner Motor“ auf Basis einesSerien-Dieselmotors entwi-ckelt worden, (siehe Abb. 1).

Den Einblick in den Diesel-motor gewähren drei Brenn-raumfenster und ein Kolbenaus Quarzglas, um maximaleFlexibilität bei der Beobach-tung und Applikation vonMesstechniken zu gewährleis-ten. Bei der experimentellen

Untersuchung kommen mo-dernste laseroptische Mess-verfahren zum Einsatz. So be-nutzt man zur Beobachtungder Gemischbildung beispiels-weise die Mie-Streulichttech-nik. Das linke Bild in Abbil-dung 2 zeigt eine Aufnahmedes Mie-Streulichtes am Ein-spritzstrahl bei seitlicher Be-leuchtung durch Laserlicht.Der Blick erfolgt durch denKolbenboden in Richtung desZylinderkopfes. Das nach derMie-Theorie an den Kraft-stofftropfen reflektierte Laser-licht wird von einer lichtemp-findlichen Digitalkamera de-tektiert. So können der dyna-mische Verlauf der Einsprit-zung und die Gemischbildungsowie der Übergang von derFlüssig- in die Gasphase zeit-lich visualisiert und analysiertwerden.

Durch das Eigenleuchten desRußes können Kraftstoff- undFlammausbreitung währenddes Verbrennungsprozesses in

Dieselmotoren sichtbar ge-macht und mit Hilfe vonHochgeschwindigkeitskame-ras videographisch aufge-zeichnet werden (Abb. 2,rechts).

Ein weiteres Beispiel ist dieUntersuchung der Rußvolu-menkonzentration während

Abb. 2: Mie-Streulichtaufnahmen

der Dieseleinspritzung (links),

Ruß-Eigenleuchten während

der Verbrennung (rechts)

Fig. 2: Mie-Scattering images of

illumination injection (left),

soot self-emission during

combustion (right)

Abb. 3: Mit PIV gemessene Zylinderinnenströmung im transparenten Dieselmotor

Fig. 3: Swirl motion within optical diesel engine measured with PIV


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der Verbrennung mittels la-serinduzierter Inkandeszenz(LII). Die LII basiert auf einerlaserinduzierten Temperatur-erhöhung der Rußpartikel,deren erhöhte Wärmestrah-lung gemessen wird und so-mit Aussagen über die Ruß-konzentration und Rußpar-tikelgröße am Messort er-laubt.

Beide Verfahren geben Auf-schluss über die Rußbildungs-und Rußoxidationsmechanis-men in Dieselmotoren. Ge-stützt und verifiziert werdensolche laseroptischen Mess-verfahren durch die Entnah-me von Gasproben. Dazu

können mit Hilfe eines speziellkonzipierten Gasentnahme-ventils zu diskreten Zeitpunk-ten während des motorischenBetriebs Proben aus demBrennraum entnommen wer-den.

Als weitere analytische Ver-fahren finden die ParticleTracking Velocimetry und dieParticle Image VelocimetryAnwendung. Als Ergebnis er-hält man Vektorfelder (Abb. 3),die Richtung und Geschwin-digkeit der Zylinderinnenströ-mung angeben. In dem hiergezeigten Beispiel ist eine fürDieselmotoren typische Drall-strömung zu identifizieren.


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THE TRANSPARENT

ENGINE

ABSTRACT

Knowledge concerning the state of the mixtureformation and combustion is fundamental forInternal Combustion (IC) engine optimization interms of efficiency and emissions. Both efficiencyand emissions are affected by the in-cylinder chargemotion, injection and fuel spray penetration. TheVKA’s production-type diesel engine, equipped withfour possibilities for optical access (see Figure 1),can be used to investigate injector nozzle influence,combustion chamber geometry, spray directionand the shape and angle of the fuel spray. Threeof the engine’s quartz glass windows are mountedin the cylinder liner and the fourth is mounted toprovide viewing access to the piston bowl. Thisengine provides the VKA with the potential toapply a variety of state-of-the art laser measurementtechniques.

Laser Induced Incandescence (LII) can be appliedto investigate soot formation and particle size. Theself-illumination of soot combined with the use ofa high speed digital camera can be used to investi-gate flame propagation during combustion (Figure2, right side). Simulation models can be verified bycombining both measurement techniques with afast gas sampling valve that takes small gas probesdirectly from the combustion chamber.

Mie-scattering (Figure 2, left side) induced by alaser to illuminate fuel spray during injector actuationand the Particle Image Velocimetry (PIV) are twoother tools that can be used to verify the simulationprocess. The PIV tool provides a measurement techni-que to quantify instantaneous flow fields, Figure 3.


MIE-STREULICHTTECHNIK

Unter Streuung wird allgemein jede Art der Wech-selwirkung von Licht mit Materie verstanden. Bei derLichtstreuung ändern sich durch Reflexion, Brechungsowie Beugung und Absorption meist die Intensität,Polarisation und Richtung des einfallenden Lichtes. Manunterscheidet bei der Streuung des Lichtes unter ande-rem zwischen elastischer Streuung und inelastischerStreuung. Darüber hinaus ist auch die Größe der Partikelgegenüber der Wellenlänge des Lichtes von Bedeutung.Die Mie-Streulichttheorie beschreibt die elastischeStreuung von Licht an sphärischen Partikeln, wobei dieWellenlänge des Lichtes größer oder gleich dem Par-tikeldurchmesser ist. Über die Wechselwirkung lassensich Aussagen über die Größe und den Brechungsindexsphärischer Partikel (Tropfen) treffen. Obwohl dieStreulichttheorie sphärischer Partikel auf den Arbeitenmehrerer Forscher, wie z. B. Lorenz (1890), Mie (1908)und Debye (1909) beruht, wird sie häufig als Mie’scheStreulichttheorie bezeichnet.

Ein weiterer Versuchsträgerdes Lehrstuhl für Verbren-nungskraftmaschinen ist eineModellbrennkammer, derenKonzeption ebenfalls die Ap-plikation unterschiedlicheroptischer Messverfahren vor-sieht. Ihr modularer Aufbauist in Abbildung 4 dargestellt.

Neben der hohen Variabilitätder optischen Zugänge zumBrennraum, die eine hohezeitliche und räumliche Auf-lösung der Messungen er-möglicht, weist das Kammer-

konzept im Vergleich zumrealen Motor weitere Vorzügeauf: So gewährleistet der Ver-zicht auf bewegte Teile einenvibrationsarmen Aufbau, derfür die Einkopplung hochprä-ziser laseroptischer Messver-fahren eine unabdingbareVoraussetzung ist. An diesemPrüfstand kommt auch dasSchlierenverfahren zum Ein-satz: Das grundlegende Prin-zip – einstrahlendes Licht wirdin den verschiedenen Dichte-bereichen unterschiedlich ge-brochen – liefert visuelle In-


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The high pressure chamber provides another opticaltest bench at the VKA, which can be applied for avariety of optical measurement techniques (Figure4). In addition to the variability due to the fourwindows that make high spatial and time resolvedmeasurements possible, there is one more advan-tage. Because the chamber does not have anymovable parts that could result in a vibration, theuse of sensitive optical equipment is applicable. Acommon measurement procedure that is utilized isthe Schlieren-shadow assembly. The fundamentalprinciple of this procedure is that incoming lightgets deflected differently by local density gradients,which provides information on fuel spray pene-tration, spray angle and the evaporation process.Modern high speed digital cameras make itpossible to record such transient phenomena, sothat it can be evaluated at a later time.

Abb. 4: Hochdruckkammer

Fig. 4: High pressure chamber

LASERINDUZIERTE INKANDESZENZ (LII)

Mit der Laserinduzierten Inkandeszenz Messtechnik las-sen sich Rußbildungs- und Rußoxidationsvorgängewährend der Verbrennung experimentell untersuchen.Dazu heizt man die Rußpartikel bis nahe an ihreSublimationstemperatur (ca. 4200°C) mit Hilfe einesleistungsstarken Lasers auf. Die Partikel geben einen Teilder absorbierten Energie in Form von Wärmestrahlungwieder ab. Diese Strahlung wird durch eine geeigneteOptik detektiert und liefert so Aussagen über die zwei-dimensionale Rußvolumenkonzentration.

formationen über die Ein-dringtiefe des gasförmigenKraftstoffanteils. Mit Hilfevon Hochgeschwindigkeits-kameras lassen sich diesekurzlebigen Phänomene do-kumentieren und auswerten.

KRAFTSTOFFE DER ZUKUNFT

Dr.-Ing. Markus Umierski


Neben dem politischen Willenwird der absehbare, rasantePreisanstieg für Öl die Ent-wicklung hin zu einer Diversi-fikation der Primärenergieträ-ger und damit Erdölsubstitu-tion erzwingen. Dieser Wegmuss kurzfristig mit dem Ver-brennungsmotoren beschrit-

ten werden, der aufgrundseiner über 100jährigen Ge-schichte einen hohen Ent-wicklungsstand erreicht hat.

Der Schwerpunkt der VKAForschungsaktivitäten ist aufdie Anpassung und Optimie-rung der Brennverfahren vor

dem Hintergrund speziellerkraftstoffspezifischer Eigen-schaften gerichtet. GroßesZukunftspotential birgt einintegrierter Optimierungspro-zess von Kraftstoff und Mo-tor.


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Abb. 1: Integrierter Optimierungsprozess von Kraftstoffen

und Verbrennungsmotor

Fig. 1: Integrated optimization approach of fuel

and combustion engines

Die Endlichkeit und damit Versorgungsunsicherheit der fossilen Energie-träger („Weg vom Öl!“) und die Verringerung des CO2-Eintrags (Treibhaus-effekt) stellen aus globaler Sicht die wesentlichen energiepolitischen Her-ausforderungen der Zukunft dar.


Neben Entwicklungen vonOttomotoren für den Betriebmit Alkoholkraftstoffen, wieMethanol und Ethanol in denfrühen 70iger Jahren, wirdauch der Einsatz von gasför-migen Kraftstoffen wie Erdgasoder Wasserstoff in Verbren-

nungsmotoren untersucht.Ein Beispiel aus aktuellen Un-tersuchungen zum Wasser-stoffverbrennungsmotor (Abb.2) zeigt, dass durch geeigneteAbstimmung von Ladungs-bewegung, Brennraumform,Steuerzeiten, Verdichtungs-


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FUTURE FUELSABSTRACT

Increasing carbon dioxide (CO2) emissions, restric-tions placed upon the availability of fossil fuelresources and the resulting impact on the securityof the fuel supply are major energy-politicalchallenges that we face in the future. One solutionto this urgent problem is the use of alternativefuels for vehicle propulsion systems. The internalcombustion engine is technologically the mostfeasible approach (Figure 1), due to its high stateof development and its proven suitability for avariety of applications.

The Institute for Combustion Engines has a longtradition in combustion research using alternativefuels. Development has focused on engines operatingon alcohol fuels (methanol or ethanol), which canbe produced based on biomass, or even gaseousfuels such as natural gas and hydrogen. Promising


Abb. 2: Potentiale von Wasserstoff als

Kraftstoff für Verbrennungsmotoren

Fig. 2: Potential of hydrogen for use in

combustion engines

Abb. 3: Vergleich des Brennverhaltens von konventionellem

Diesel und GTL-Diesel

Fig. 3: Comparison of burning behaviour of conventional

Diesel and GTL-Diesel

verhältnis und Luftverhältnis,Kraftstoffverbrauchswerte imEuropäischen Fahrzyklus vonmodernen Dieselmotoren er-reicht werden. Dabei ist je-doch ein deutlich niedrigeresStickoxidemissionsniveau er-reichbar. Zudem ist die Was-serstoffverbrennung idealer-weise frei von limitierten koh-lenstoffhaltigen Emissionenwie Kohlenmonoxid, Kohlen-wasserstoffe und Ruß, und aufdem Weg vom „Tank-zu-Rad“(„tank-to-wheel“) auch freivon Kohlendioxidemissionen.

Dieselbrennverfahren für denEinsatz von alternativen Kraft-stoffen, die eine ausreichendeSelbstzündneigung aufwei-sen, gehören ebenfalls zu denForschungsarbeiten. JüngsteBeispiele sind die Verfahrens-abstimmung auf unterschied-liche, teils biogene Kraftstoffewie Pflanzenöle (Rapsöl, Palm-öl, usw.) oder GTL (gas-to-liquid) und BTL (biomass-to-liquid).

Abb. 3 zeigt die Analyse desBrennverhaltens eines kon-ventionellen Dieselkraftstoffsgegenüber einem syntheti-schen GTL Kraftstoff.

Auf Basis einer geeignetenVerfahrensauslegung lassensich Vorteile in Hinblick aufWirkungsgrad und Emissionerzielen. Im Umkehrschlusskönnen auch gezielt Anforde-rungen an synthetisch herge-stellte Kraftstoffe gestellt wer-den, wobei man in Zukunftvon maßgeschneiderten Kraft-stoffen spricht, siehe Abb. 1.


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results were achieved through the use of adequatemeasures to optimize the combustion system forcompletely different fuel-specific needs. Results ofa hydrogen combustion engine are shown in Figure 2.It contains an optimized gas exchange, combustionchamber shape, valve timing strategy, compressionratio and air/fuel ratio, which realizes fuel consump-tion levels in the New European Driving Cycle(NEDC) of modern Diesel engines. Simultaneously,the EU IV NOx emission limits were achievedwithout any aftertreatment measures. In addition,the combustion of hydrogen does not emit thelimited carbon-based emissions of carbon-monoxide,hydrocarbons and soot. From tank-to wheel it iseven free of carbon dioxide emissions (CO2).

Also current Diesel engine research is focusing thepossibility of optimizing the combustion and henceefficiency and emission characteristics using syn-thetic fuels produced from gas or biomass, so calledXTL fuels (Figure 3).

High potential is given by following an integratedoptimization approach, doing combustion researchand in parallel describing the fuel characteristics foroptimum combustion behavior. Future key researcharea will be the vision of a “tailor-made fuel”,Figure 1.

ABGASREINIGUNGS-SYSTEME

Die Chemiefabrik hinter dem Motor

Dipl.-Chem. Britta Sliwinski

E-Mail:

[email protected]

Diese basieren auf unter-schiedlichen Mechanismenund werden zum Teil seit vie-len Jahren im Kraftfahrzeugeingesetzt. Zunehmend stren-ger werdende Abgasgesetz-gebungen machen eine steti-ge Forschung auf dem Gebietvon effizienten Reinigungs-systemen zwingend erforder-lich.

Der Dieselmotor hat sich inEuropa in den letzten zehn bis15 Jahren bei Personenkraft-wagen als Alternative nebendem Ottomotor etabliert. Da-bei hat sich auch sein Imagevon der „rußenden Dreck-schleuder“ zu einem attrakti-ven, sparsamen und sauberenAntriebsaggregat gewandelt.Auf deutlich verringertem Ni-

veau stößt der Dieselmotorjedoch weiterhin Rußpartikelaus. Diese Partikel sind inihrem Durchmesser so klein,dass sie mit dem bloßen Augekaum sichtbar sind. Bei derVerbrennung bilden sich Par-tikel mit einem Durchmesservon 20 bis 500 nm. Mit Hilfemoderner mikroskopischer Ver-fahren ist es möglich, die Ruß-


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Abb. 1: Transmissionselektronen-

mikroskopische Aufnahme von

Agglomeraten und Primärpartikel.

Fig. 1: Transmission electron

microscope (TEM) picture of

agglomerates and primary particle.

Zur Reinigung des motorischen Abgases von Schadstoffkomponenten wieunverbrannte Kohlenwasserstoffe, Kohlenmonoxid, Stickoxide oder Rußwerden verschiedene Abgasnachbehandlungssysteme eingesetzt.

partikel gezielt zu untersu-chen und auf Basis einer Ana-lyse geeignete Maßnahmenzur Reinigung des Abgasesvon Partikeln zu entwickeln.

Eine effiziente Abgasreini-gung für motorisch emittiertePartikelemission ist der Parti-kelfilter. Zur Charakterisie-

rung von Abgasnachbehand-lungssystemen werden amVKA stationäre Prüfstandsun-tersuchungen durchgeführt.Dazu werden die zu untersu-chenden Filterelemente, so-genannte Monolithe, in einfür den am Prüfstand instal-lierten Abgastrakt vorgesehe-nes Gehäuse (Canning) ein-

gebracht, (Abb. 2). Um belast-bare Aussagen über das Parti-kelabbrennverhalten währenddes Motorbetriebs machen zukönnen, werden in den Parti-kelfilter an unterschiedlichenPositionen Temperaturmess-stellen angebracht. Dabei istzu beachten, dass die Systemeauch unter ungünstigen Be-triebsbedingungen über Jahrestabil arbeiten müssen.

Zu den Untersuchungen hin-sichtlich Effizienz des Partikel-filtersystems können je nachAnforderung z. B. auch dieörtliche Verteilung und Zu-sammensetzung, wie Ascheoder Ruß im Partikelfilter be-stimmt werden. Des Weiterenkönnen Partikelabscheidegra-de in Abhängigkeit ihrer Grö-ße, Zusammensetzung undMorphologie differenziert un-tersucht werden.

Es gilt aber auch in Zukunft,nicht nur die Partikelemissionweiter abzusenken, sondernebenso gasförmige Emissio-nen. Zur Nachoxidation vonmotorisch emittierten Kohlen-wasserstoffen und Kohlen-


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Abb. 2: Partikelfiltermonolith in einem „Standard Canning“ für Prüfstandsuntersuchungen.

Fig. 2: Particle filter monolith in “standard canning” for test bench investigations.

Abb. 3: Rasterelektronenmikrosko-

pische Aufnahmen von Katalysator-

oberflächen.

Fig. 3: raster electron microscope

picture of Catalyst surfaces.


monoxid hat sich der Einsatzvon Oxidationskatalysatorenetabliert. Zur Stickoxidmini-mierung wird zum einen anNOx-Speicherkatalysatorensowie an dem auf Ammoniakund dessen Derivaten basie-renden SCR- (selective cata-lytic reaction) System ge-forscht. Die SCR basiert aufder Reduktion der Stickoxide(NOx) mittels Ammoniak (NH3),welches als zusätzlicher Be-triebsstoff entweder flüssig alsHarnstoff oder mit deutlichgeringerem Volumen fest alsArmoniumcarbamat im Fahr-zeug mitgeführt werden muss.Das VKA hat ein Feststoff-SCR System für leichte Nutz-fahrzeuge entwickelt, welchesin einem Demonstratorfahr-zeug verbaut ist und im NEDC(new european driving cycle)stabil NOx-Reduktionsratenim Bereich von knapp 70 %liefert.

Im Hinblick auf Spezifikatio-nen von Komponenten ausdem Abgas in Katalysatorenund Partikelfiltern, ist eine de-taillierte Untersuchung derStruktur, Oberflächen und

Zusammensetzung erforder-lich (Abb. 3). Zur Bestimmungder Strukturen können bei-spielsweise unterschiedlichePhasen in der Oberflächefestgestellt, Partikelgrößen,Elementverteilung sowie Wash-coat-Tiefen bestimmt werden.Nach der Methode von Bru-nauer, Emmett und Teller, ge-nannt BET, lassen sich Ober-flächen bestimmen. Durcheine gezielte Analyse einzel-ner Elemente in Katalysatorenkönnen beispielsweise inter-essierende Vergiftungen so-wie die Desaktivierung fest-gestellt werden.


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EXHAUST AFTERTREATMENT

ABSTRACT

Future exhaust emissions legislation has necessi-tated research into potential exhaust gas after-treatment measures. A multitude of projectinvestigations analyzed different exhaust gasaftertreatment systems, their characteristics andrequirements.

The diesel particulate filter is an efficient after-treatment system that minimizes the engine’sparticulate emission. Furthermore, particulatetrapping levels can be analyzed in detail concern-ing their dependency of size, composition andmorphology.

Depending on the exhaust gas aftertreatmentsystem, different chemical mechanisms take effectinside a catalyst. Successful oxidation of engineemitted hydrocarbons and carbon monoxide inDiesel engines established the use of oxidationcatalysts. The potential to minimize nitrogen oxideemissions can be achieved by using ammonia andits derivatives-based SCR system or NOx adsorbercatalysts.

M.Sc. Hrishikesh Patil

Dipl.-Ing. Joachim Schmücker

E-Mail:

[email protected]

Momentan befinden sich un-terschiedliche Technologien inder Entwicklung, um den Die-selmotor zu einem extremsauberen Antrieb zu machen.Neben der Möglichkeit einerteilweise sehr komplexen nach-träglichen Reinigung des Ab-

gases, wird die Brennverfah-rensoptimierung betrieben, umein möglichst geringes Roh-emissionsniveau sicherzustel-len. Im Wesentlichen geht eshierbei um die Ruß- undStickoxidemissionen, die vomVerlauf der Verbrennung ab-

hängig sind. Möglichkeiten,den Brennverlauf zu beein-flussen, gibt es auf der Luft-seite über den Ladedruck, dieLadungsbewegung und dieAbgasrückführrate sowie aufder Kraftstoffseite über dieKraftstoffeinspritzung.


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ZUKÜNFTIGE DIESELBRENNVERFAHREN

Auf die Form kommt es an

Abb. 1: Injektor mit flexibler Einspritzrate Fig. 1: Injector with rate-shaping capability

Die Einhaltung zukünftiger Abgasnormen erfordert neue Technologien undeinen erhöhten Entwicklungsaufwand für neue Brennverfahren.


Insbesondere in der Einsprit-zung steckt noch ein erheb-liches Potential zur Optimie-rung der dieselmotorischenVerbrennung. Moderne Ein-spritzsysteme wie das Com-mon-Rail System bieten be-reits eine hohe Flexibilität hin-sichtlich Einspritzzeitpunkt,Einspritzdruck und Anzahl derEinspritzungen. Außerdemzeichnet sich ein Trend zuimmer höherem Einspritz-druck ab, um bei Volllastmehr Kraftstoff einspritzen zukönnen, ohne dafür aber denSpritzlochdurchmesser ver-größern zu müssen und somitdie Kraftstoffzerstäubung zuverschlechtern. Das hätteNachteile im Emissionsniveauzur Folge. Durch den Einsatzder Piezotechnologie konntegleichzeitig die Zumessge-nauigkeit der Einspritzmengeverbessert werden, was sichgleichermaßen in den Emis-sionen bemerkbar macht. Umden Ruß- und Stickoxidaus-stoß weiter zu verringern, ist

es erforderlich die Kraftstoff-einspritzung so zu steuern,dass kraftstoffreiche Zonenund lokal hohe Temperaturwährend der Verbrennungvermieden werden. Dies lässtsich nur erreichen, indem mandie „Form“ der Einspritzrate,die bei den üblichen Einspritz-systemen durch die Hydraulikvorgegeben ist, für jeden Be-triebspunkt optimiert.

Am VKA wurde dafür alsVersuchsträger ein piezoelek-trisch gesteuerter Common-Rail Injektor entwickelt (Abb.1), bei dem sich der Verlaufder Einspritzrate über dieSteuerspannung des Piezoak-tuators programmieren lässt.Vorangegangene Versuchehaben gezeigt, dass die naheliegende Lösung, den Raten-verlauf über den Hub derDüsennadel zu steuern, nichtzielführend ist. Die hohenTurbulenzen am Düsensitzführen zu kurzen, weit aufge-fächerten Einspritzstrahlen


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INJECTION RATESHAPING

A NEW TOOL FOR INNOVATIVE DIESEL

COMBUSTION DEVELOPMENT

ABSTRACT

The popularity of fuel efficient diesel engine appli-cations in the automotive industry has made itnecessary for the manufacturers to provide theseengines with strategies that will enable them achievestringent future emission levels.

Diesel engine research is mainly focused on com-bustion development and exhaust gas aftertreat-ment. Due to the costly and relatively difficultapplication of exhaust aftertreatment techniques,combustion development still seems to be apromising area for continued research. Comparedto the gasoline engine, the Diesel engine has twomain disadvantages regarding emissions. First, athree-way catalyst for NOX reduction cannot beapplied, due to the lean air/fuel ratio. Second, the

Abb. 2: Verschiedene Einspritzverläufe: Rechteck, Dreieck

und Boot

Fig. 2: different injection rates: rectangular, ramp

and boot

und somit zu einem fettenGemisch in Düsennähe. Beidem VKA-Konzept wird des-halb ein anderer Weg be-schritten: Zwischen dem Kraft-stoffzulauf, der unter kon-stantem Druck steht, und derDüse ist ein Proportionalventilangebracht, das den Druck ander Düse, damit die Einspritz-rate exakt steuert.

Das Proportionalventil wirdüber eine Servohydraulik vomPiezoaktuator kontrolliert, des-sen Eigenschaft als linearesStellelement optimal genutztwerden kann. Die Düse selbstöffnet und schließt selbsttätigund etwa doppelt so schnellwie bei den neuesten Serien-Injektoren, sobald der Druckeinen einstellbaren Schwell-wert über- bzw. unterschrei-tet. Mit dieser Anordnunglässt sich fast jede beliebigeEinspritzrate darstellen. Abb. 2zeigt beispielhaft den Verlaufder Steuerspannung und desEinspritzdrucks für eine recht-

eck-, eine dreieck- und einebootförmige Einspritzrate.

Im Rahmen des Forschungs-projektes werden am VKA dieMöglichkeiten, die eine vollflexible Einspritzratensteue-rung zur Schadstoffminimie-rung bietet, analysiert undentwickelt. Ein mit moderns-ter Messtechnik ausgerüsteterEinzylinder-Versuchsmotor bie-tet dabei optimale Bedingun-gen, um die thermodynami-schen Zusammenhänge diesesextrem komplexen Themas imDetail beschreiben zu können.


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inhomogeneous mixture causes soot emissions. Tosolve these problems requires control over thediesel combustion process, which could be achievedwith an optimized injection system and a proper air/Exhaust Gas Recirculation (EGR) managementstrategy.

The Institute for Combustion Engines has developeda piezoelectric common-rail injector (Figure 1), withrate shaping capability, as a tool for experimentalpurposes. The injection pressure is controlled by aproportional valve, which is located between thehigh pressure connector and the injection nozzle.The nozzle is actuated roughly twice as fast asmodern production injector types by the injectionpressure, which enables an optimum spray pattern.Figure 2 shows actuator voltage and injectionpressure for rectangular, ramp- and boot-shapedinjection rates.

The VKA is working on an academic research project,to investigate the influence of flexible injectionrate shaping on the emission behavior of a dieselcombustion process. Thermodynamic investigationson a single cylinder test engine are being examinedas a part of the process, to provide a better under-standing of the potential of injection rate shapingon diesel combustion.

Dipl.-Ing. Jörg Seibel


Je nach Grad der Hybridisie-rung, d. h. Anteil der instal-lierten elektrischen Leistung,lassen sich mehrere Vorteilegegenüber konventionellenAntriebskonzepten erzielen.So reichen die Optionen vomVerbrennungsmotor mit Start-Stopp über eine Anfahrunter-stützung durch die elektri-schen Maschinen (Boosten)und Rückgewinnung derBremsenergie (Rekuperation)

bis hin zum rein elektrischenFahren. Zusätzlich können dieVerbrennungsmotor-Betriebs-punkte in verbrauchsgünstige-re Bereiche verschoben werden.

Somit bieten Hybridantriebeprinzipiell die Möglichkeit, diezunächst widersprüchlich er-scheinenden Ziele – Absen-kung des Kraftstoffverbrauchsund Verbesserung der Fahr-dynamik – zu erfüllen.

Die zuvor beschriebenenMöglichkeiten der Hybridisie-rung ermöglichen dabei aucheine Verkleinerung des Ver-brennungsmotors (Downsizing).Die Vorteile des Downsizingsliegen in der Minimierung derReibleistung, in der Wirkungs-gradoptimierung durch Ver-schiebung des Betriebspunk-tes und in der Verkleinerungder Motormasse. Eine Turbo-aufladung der Aggregate er-


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HYBRIDANTRIEB, DIE LÖSUNG DER ZUKUNFT?

Abb. 1: Optimierte Auslegung von Hybridantriebsträngen mittels

Simulation und statistischer Versuchsplanung

Fig. 1: Optimized layout of hybrid powertrains using

simulation and “Design of Experiments“

Unter Hybridantrieben werden Antriebssysteme mit mehr als einer An-triebsquelle verstanden, wobei die derzeit diskutierten Fahrzeuge zusätz-lich zum Verbrennungsmotor mindestens einen Elektromotor und mehrereEnergiespeicher aufweisen.

möglicht, die Nennleistungtrotz Verkleinerung konstantzu halten. Konzeptbedingtführt dies jedoch zu Drehmo-menteinbußen und zu einerVerschlechterung des dyna-mischen Verhaltens im unte-ren Drehzahlbereich, was ge-meinhin als „Turboloch“ be-

zeichnet wird. Das hoheDrehmoment der elektrischenMaschinen bei niedrigen Dreh-zahlen kann bei einer Hybridi-sierung dazu genutzt werden,diese Nachteile zu kompen-sieren.

In einem durch die Europäi-sche Union geförderten Pro-jekt wird am VKA in Zusam-menarbeit mit der Automobil-industrie das Potential desDownsizing an einem Fahr-zeug der oberen Mittelklasseaufgezeigt. Dabei wird derBasismotor – ein 3 l Saug-Ottomotor – durch einen leis-tungsgleichen, aufgeladenen,1.8 l Turbomotor ersetzt. ZurKompensation des Turbolochsunterstützt im unteren Dreh-zahlbereich ein elektrischerMotor. Der eingesetzte Elek-tromotor besitzt eine Nomi-nalleistung von 12 kW, diekurzzeitig auf 19 kW erhöhtwerden kann. Als Energiespei-cher kommen Supercaps zumEinsatz, die gegenüber Batte-rien die Bereitstellung hoherelektrischer Leistungen er-möglichen.

Gegenüber dem Fahrzeug mitBasismotorisierung kann durchdiese Maßnahmen eine Ver-

brauchseinsparung von bis zu24 % im Neuen EuropäischenFahrzyklus bei gleichzeitigerVerbesserung der Fahreigen-schaften erzielt werden. Da-mit liegen die CO2 Emissionendes hybridisierten Fahrzeugssogar ca. 13 % unter deneneines vergleichbaren Diesel-fahrzeugs.

Um die Vorteile eines Hybrid-antriebes voll ausnutzen zukönnen, kommt der Aus-legung der Hybridkomponen-ten und der Betriebsstrategiewährend des Entwicklungs-prozesses eine besondere Be-deutung zu. Aufgrund derVielzahl der Antriebstrang-komponenten ist eine opti-mierte Auslegung des Ge-samtsystems mit herkömm-lichen Methoden nicht zu be-wältigen. Im Rahmen des vonder ForschungsvereinigungVerbrennungskraftmaschinen(FVV) geförderten Forschungs-projekts „Optimierte Ausle-gung von Benzinmotoren inHybridantriebsträngen“ wirdam VKA in Zusammenarbeitmit der Automobilindustrieein neuartiger Ansatz zur Op-timierung von Benzinmotorenfür Hybridantriebe sowie derAntriebstrangkomponenten

Abb. 2: Drehmoment- und Leistungs-

kurve des Basismotors und des verklei-

nerten Motors

Fig. 3:

Hybrid demonstrator vehicle

Abb. 3:

Hybrid – Demonstrationsfahrzeug

Fig. 2: Torque and power characteristic

of base engine and downsized engine


70


entwickelt. Hierzu wird eineKombination aus Simulationdes Hybridantriebstrangs undnumerischen Optimierungs-verfahrens genutzt. Die Zu-sammenarbeit mit der Auto-mobilindustrie liefert dabeisowohl Einflussgrößen als auchAnforderungen, die direkt indie Simulation und Optimie-rung einfließen.

Zuerst werden Simulations-modelle der Hybridantrieb-stränge aufgebaut. Die An-triebstrangkomponenten wer-den durch einen allgemeinenAnsatz beschrieben, der eineVariation der einzelnen Aus-legungs- und Betriebspara-meter erlaubt.

Die anschließende Optimie-rung der Parameter geschiehtnicht durch die herkömmlicheMethode der Variation einesParameters bei Konstanthal-ten der übrigen Parameter.Dies würde zum einen eineunüberschaubare Anzahl andurchzuführenden Versuchenbedingen, zum anderen lässtsich mit dieser Methode dasglobale Optimum aller mög-lichen Kombinationen nichteindeutig bestimmen. Viel-mehr bieten Programme zurstatistischen Versuchsplanung(Design of Experiments) dieMöglichkeit, durch gezieltePlanung der Versuche dieAnzahl der Variationen zurverringern. Die Versuche wer-den dabei so gewählt, dassgegenüber der herkömm-lichen Methode nur wenige,dafür aber ganz bestimmte

Antriebstrang-Konfiguratio-nen simuliert werden. Die An-zahl der Simulationen liegtdeutlich unter der Anzahl, diefür eine Rastersimulation er-forderlich wäre.

Aus den so vorgegebenenVerbrennungsmotor- und An-triebstrang-Kombinationenwird zusammen mit dem er-rechneten Kraftstoffverbrauchein Polynom erstellt, das denKraftstoffverbrauch für jedemögliche Kombination derAntriebstrangparameter er-rechnet. Mit Hilfe dieses Poly-noms kann dann eine optima-le Kombination der Parametergefunden werden.

Diese Vorgehensweise er-möglicht eine Auslegung vonVerbrennungsmotor, Hybrid-komponenten und Betriebs-strategie, die das Kraftstoff-einsparpotential voll aus-schöpft.

Die deutlichen Vorteile vonHybridantrieben – vor allemim Stadtverkehr – bieten eingroßes Potential zur Ver-brauchseinsparung bei gleich-zeitiger Verbesserung derFahrdynamik, was sich ver-mutlich in steigenden Markt-anteilen von hybriden Kon-zepten widerspiegeln wird.


73

SOLUTION FOR THE FUTURE?

ABSTRACT

High efficiency and an increase in vehicle driving per-formance are among today’s key issues for devel-oping future passenger car combustion engines. Onepromising approach to fulfill these requirements isthrough the combination of an Internal CombustionEngine (ICE) and an electric motor within one power-train, to create a Hybrid Electric Vehicle (HEV).

The VKA, in combination with representatives fromthe automotive industry, developed a hybrid vehiclefeaturing a downsized combustion engine. Theimplementation of an electric machine allows for thesubstitution of a 3.0L engine with a turbocharged1.8L turbocharged engine. The torque lag at lowengine speeds can be compensated for with theelectric machines. This downsizing of the combustionengine leads to a reduction in fuel consumption by24 % in the New European Driving Cycle (NEDC) andan increase in vehicle driving performance.

Due to the complexity of hybrid powertrain compo-nents, an optimization of the total system can not becompleted with conventional methods. In the contextof the research project "Optimized Layout of GasolineEngines in Hybrid Powertrains," a combination ofsimulation and optimization is used. Simulation modelsof two parallel hybrid powertrains and one power-split concept have been built up. A parametric ap-proach for the description of the internal combustionengine, the powertrain components and the operationalstrategy was chosen. For the simulated powertrains, arelation between powertrain configuration and fuelconsumption results in a polynomial dependency forone defined driving profile. The powertrain can beoptimized with respect to minimum fuel consumptionusing a Design of Experiment (DoE) approach. Thiswill result in the optimum configuration of the internalcombustion engine, hybrid powertrain, operationalstrategy and the fuel consumption benefit for thechosen driving cycle.

HYBRIDS

REIBUNG IN

VERBRENNUNGSMOTOREN

Dipl.-Ing. Carl Ritterskamp

E-Mail:

[email protected]

Neben der Reibung von Trieb-werk, Ventil- und Steuertriebbeinhaltet diese die zum An-trieb der Nebenaggregate er-forderliche Leistung. Die Reib-arbeit der einzelnen Kompo-nenten wird als Reibmittel-druck pmr angegeben. In Ab-bildung 1 ist exemplarisch dieAufteilung des Reibmittel-druckes auf die unterschied-lichen Komponenten für einenOttomotor dargestellt, die beigeschleppten, d. h. nicht ge-

feuerten Untersuchungen er-mittelt wurde.

Da die Reibmitteldrücke haupt-sächlich drehzahlabhängig sind,ergibt sich hieraus besondersim Teillastbetrieb ein, bezo-gen auf die Nutzleistung, rela-tiv hoher Reibungsanteil von10 % bis über 30 %. Bei Die-selmotoren ist diese Tendenznoch deutlicher ausgeprägt.Daraus ergibt sich über dieReibungsreduzierung ein sig-

nifikantes Verbrauchseinspar-potential, insbesondere fürden Stadtverkehr repräsentie-rende Teillastbetriebspunkte.Eine zuletzt am Institut unter-suchte Möglichkeit, die Rei-bung zu reduzieren besteht inder Substitution von Gleit-lagern durch Wälzlager, weildiese über den gesamtenDrehzahlbereich eine geringe-re Reibung aufweisen, Abbil-dung 3.


74

Abb. 1: Aufteilung des Reibmitteldruckes Fig. 1: Distribution of friction mean effective pressure

Die in Verbrennungsmotoren an den Kolben abgegebene indizierte LeistungPi kann nur zum Teil als effektive Nutzleistung Pe an der Kurbelwelle abge-nommen werden. Die Differenz aus den Leistungen Pi – Pe wird als Reibleis-tung Pr bezeichnet.


Im oberen Bild ist das Reib-moment von gleitgelagertenHauptlagern über den Zap-fendurchmesser aufgetragen.Im unteren Bild ist derReibmitteldruck über der Öl-temperatur von einem gleit-und einem wälzgelagertenHauptlager dargestellt. Diedokumentierten Unterschiedebeziehen sich im vorliegendenFall auf einen zu Versuchs-zwecken umgebauten 1,6 l4-Zylinder-Ottomotor.

Neben der prinzipiellen Rei-bungsverminderung durch denEinsatz von Wälzlagern istinsbesondere die deutlicheReibungsreduzierung bei ge-ringen Öltemperaturen her-vorzuheben, welche sich be-

sonders im Kurzstreckenbe-trieb bemerkbar macht.

Ein weiterer positiver Effektvon Wälzlagerungen bestehtin dem verringerten Ölbedarfdes Motors, da diese im Ver-gleich zu Gleitlagern nichtzwangsgeschmiert werdenmüssen. Der Ölbedarf vonWälzlagern wird lediglichdurch die benötigte Kühlleis-tung bestimmt. Dies führt da-zu, dass die Ölpumpenkapa-zität bei Verwendung vonWälzlagern um bis zu 50 %reduziert werden kann, waseiner weiteren Reibungsredu-zierung entspricht.

Bei einem umgesetzten De-monstratorfahrzeug hat der

Einsatz von Wälzlagern zurHaupt- und Pleuellagerungsowie die Anpassung der Öl-pumpenkapazität zu einer Ver-brauchsreduzierung im NeuenEuropäischen Fahrzyklus von5,4 % geführt.

In Abbildung 2 ist der wälzge-lagerte Kurbeltrieb des De-monstratorfahrzeugs gezeigt.Die dickwandigen Haupt-lageraußenringe werden zurMinimierung der unterschied-lichen thermischen Dehnungs-effekte von Kurbelgehäuseund Lager eingesetzt. DasPleuel ist so ausgeführt, dassdie verwendeten Wälzkörperdirekt in der Pleuelbohrunglaufen. Als Innenlaufbahnendienen die Zapfen der Kurbel-


76

Abb. 2: Wälzgelagerter Kurbeltrieb Fig. 2: Crank train equipped with roller bearings

welle, die zu diesem Zweckaus Einsatzstahl gefertigt undeiner entsprechenden Wär-mebehandlung unterzogenwurden.

Neben den Untersuchungenan Komplettmotoren werdenauch Grundlagenversuche zurBeurteilung der Kolben undKolbenringreibung an einemgefeuerten Einzylinder-Ver-suchmotor durchgeführt. Dasangewandte Messprinzip ist

in Abbildung 4 dargestellt.Der Aufbau besteht im We-sentlichen aus einem „schwim-mend“ eingespannten Zylin-derrohr das am Zylinderkopfdurch eine weiche Kopfdich-tung abgestützt wird und amunteren Ende zusammen mitden Kraftsensoren gegen denMotorblock verschraubt wird.Mit dieser Anordnung kannder Einfluss der Kolbenring-ausführung sowie dessen Vor-spannung und des Kolben-


77

INTERNAL COMBUSTION

ENGINE FRICTION

ABSTRACT

The indicated power of internal combustion enginescan only be partially transformed into effectivepower at the crankshaft. The remainder is referredto as friction power or friction mean effectivepressure. The remaining power consists of lossescaused by internal components and engineaccessories. A friction split of components for agasoline engine is shown in Figure 1.

The friction mean effective pressure mainly dependson engine speed and it’s fraction in relation to theeffective power can be as high as 30 % and moreat part load. Therefore, friction reducing measuresoffer a high potential for fuel saving in the NewEuropean Driving Cycle (NEDC) or typical part loadconditions such as urban traffic. At the Institute forCombustion Engines (VKA), a promising methodof reducing friction has been investigated bysubstituting the main and connecting rod plainbearings with roller bearings.

The potential of this measure can be seen in Figure3. In the upper diagram, the friction torque of theplain bearing is compared to a roller bearing. Thelower graph shows the influence of oil temperatureon the friction mean effective pressure. The valuesshown were obtained from a production 1.6 liter4-cylinder gasoline engine, which was redesignedto incorporate roller bearings. In addition to thedirect friction reduction of the roller bearings, whichis highest at low oil temperatures (short distancedriving), there is an indirect benefit due to theelimination of the direct oil feed from the mainand connecting rod bearings. Therefore, the oilpump capacity can be substantially reduced whichconsequently results in lower friction losses.


Abb. 3: Hauptlagerreibung Fig. 3: Main bearing friction

Abb. 4: Prinzip der Kolben- und

Kolbenringreibungsmessung

Fig. 4: Principle of the piston and

piston ring friction force measurement

hemdprofils inklusive even-tueller Beschichtungen auf dieReibung im Zylinder unter-sucht werden. Die gemesseneKraft wird wie in Abbildung 5dargestellt über den Kolben-weg aufgetragen und ermög-licht somit detaillierte Aussa-gen zu den untersuchten Vari-anten. Die praktikablen Varia-tionsmöglichkeiten erstreckensich aufgrund der Modulbau-weise des Versuchsmotorsneben verschiedenen Zylin-der-Honverfahren und Mate-rialien auch auf konstruktive

Parametervariationen wie derKurbelwellenschränkung undKolbenbolzendesachsierung.Damit ist sichergestellt, eineweit gefächerte Detailanalysevornehmen zu können.


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A demonstrator vehicle was set up for researchpurposes, which uses roller bearings in the big eyeof the connecting rods and the main bearings aswell as a reduced capacity oil pump. For the NEDC,this resulted in a reduction of fuel consumption by5.4 %. The cranktrain of this vehicle is illustrated inFigure 2. Thick outer races were used for the mainbearings to minimize the effect of different thermalexpansion rates between the engine block andbearings. The crankshaft and connecting rods weredesigned and manufactured so the rollers can rundirectly on the corresponding surfaces.

In addition to research on complete engines, theVKA carries out basic experiments on fired single-cylinder research engines to evaluate the friction ofpistons and piston rings. Figure 4 illustrates themeasuring technique principles that are used in theresearch programs. The main component is thefloating cylinder liner, which is held between a softhead gasket and force transducers. Frictional be-havior can be affected through the use of differentpiston rings, piston skirt designs, or coatings.Depicting the friction force versus crank angle asshown in Figure 5 enables a detailed analysis ofthe effects. Due to the modular build of the researchengine, parameter studies of cylinder honing typesor different piston pin offsets can easily be conducted.

Abb. 5: Reibkraftmessung Fig. 5: Friction force measurement

DER VIRTUELLE MOTOR

Dipl.-Ing. Mike Robers


Dipl.-Ing. Richard Aymanns

E-Mail:

[email protected]

Am Lehrstuhl für Verbren-nungskraftmaschinen (VKA)werden in Kooperation mitder FEV Motorentechnik GmbHstetig Methoden zur „VirtuellenProduktentwicklung“ erarbei-tet und weiterentwickelt. Ent-scheidend für den „VirtuellenMotor“ ist die integrierteZusammenarbeit von Kon-struktion, den Disziplinen des„Computer Aided Engineering“(CAE) sowie des Motoren-prüfstands. Die CAE-Berech-

nung unterstützt Konstruk-tion und Prüfstand, da bereitsvor der Fertigung von Proto-typen erste Berechnungen fürDesignreviews genutzt wer-den können. Gleichermaßenlassen sich Daten berechnen,die für zusätzliche Analysengenutzt werden können, dieansonsten messtechnisch nichtoder nur schwer zu erfassensind. Experimentelle Unter-suchungen wiederum sindessentiell für die Simulation,


79

Abb. 1:

Integration der CAE Simulation in den Entwicklungsprozess

Fig. 1:

Integration of the CAE simulation into the development process

Numerische Analyseverfahren haben sich in den letzten Jahren als festerBestandteil der Motorenentwicklung etabliert. Die Einbindung der Simula-tionsrechnung in den gesamten Entwicklungsprozess von der Konzept-phase bis zum Produktionsbeginn hat sich als sehr effektive Möglichkeiterwiesen, Entwicklungszeiten und -kosten erheblich zu reduzieren.

um Berechnungsmodelle vali-dieren und stetig verbessernzu können.

Die Entwicklungsschwerpunk-te der Berechnung liegen amVKA bei der

» Ladungswechsel- undProzesssimulation

» CFD-Simulation (Com-putational Fluid Dynamics)

» Strukturberechnung» Akustikberechnung

und werden im Folgendenkurz beschrieben.

LADUNGSWECHSEL- UNDPROZESSRECHNUNG

Ziel der Ladungswechselrech-nung ist es, den gesamtenMotorprozess thermodyna-misch abzubilden. Aufgrundder Reduktion auf eindimen-sionale Strömungsdynamik so-wie der vereinfachten Darstel-lung der Motorbauteile, zeich-net sich diese Berechnungs-methode durch sehr geringeRechenzeiten aus. Die La-dungswechselrechnung wirdvor allem zur geometrischenAuslegung von Bauteilen derAnsaug- und Abgasanlage,

Ladungswechselorgane undzur Turboladerdimensionie-rung eingesetzt. Aktuelle For-schungsprojekte befassen sichvor allem mit der Berechnungdes instationären Motorbe-triebsverhaltens zur Unter-stützung der Motorapplikation.

CFD-SIMULATION

Das Einsatzgebiet der CFD-Simulation ist die detaillierte,räumlich und zeitlich aufge-löste Strömungsberechnungin einzelnen Bauteilen. Nebender Berechnung zur Geome-trieoptimierung von Kompo-nenten wie Saugrohr, Wasser-mantel oder Katalysatoran-strömung, stellt vor allem dieSimulation der Zylinderinnen-strömung und Gemischbildungein zentrales Forschungsge-biet der CFD-Simulation dar.

Die Form der Ladungsbe-wegung und Turbulenz sowieder Gemischaufbereitung ha-ben sowohl bei Otto-, als

auch bei Dieselmotoren einenentscheidenden Einfluss aufden Verlauf und damit aufden Wirkungsgrad der Ver-brennung sowie auf dieSchadstoffbildung. Zur Be-schreibung des Einspritzvor-gangs wurden am VKA Kraft-stoff- und Einspritzmodelleentwickelt, die die Ausbrei-tung und Verdampfung desKraftstoffstrahls für verschie-dene Injektortypen wiederge-ben. Anhand optischer Unter-suchungen am „gläsernenMotor“, konnten diese Mo-delle angepasst und validiertwerden.

In aktuellen Forschungspro-jekten bildet die CFD-Simula-tion in Kombination mit opti-schen Messungen die Basiszur Untersuchung neuer Brenn-verfahren wie der kontrollier-ten Selbstzündung (siehe Be-richt: „Otto = Diesel? Diekontrollierte Selbstzündung“)und trägt hier insbesonderezum Verständnis der ablau-fenden Prozesse bei.


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Abb. 3: Validierung der Einspritz-

modelle für verschiedene

Injektortypen

Fig. 3: Validation of the injection

models for different injector types

Abb. 2:

Visualisierung der berechneten

Zylinderströmung

Fig. 2:

Virtual Reality visualization of the

simulated in-cylinder flow


STRUKTURBERECHNUNG

Der Bereich der Strukturbe-rechnung befasst sich in ersterLinie mit dynamischen Frage-stellungen der Mechanik undThermomechanik. Je nach An-wendungsfall kommen Mehr-körpersysteme (MKS) oderFinite Elemente Methoden(FEM) zum Einsatz.

Schwerpunkt der MKS sinddynamische Berechnungen imZeitbereich. Hier werden ins-besondere die Anwendungs-bereiche Gesamtmotor undAntriebsstrang betrachtet. Es

lassen sich sowohl Festigkeitund Dauerhaltbarkeit, als auchdie Dynamik der zu unter-suchenden Bauteile ermitteln.Mit Hilfe der dynamischenBetriebslasten werden Lebens-dauervorhersagen von Bautei-len berechnet.

Mittels FEM lassen sich, mitHilfe von hochaufgelöstenModellen, unterschiedlichsteFragestellungen aus dem Be-reich der Mechanik und Ther-momechanik im Voraus be-antworten. Zentrales Anwen-dungsgebiet sind low-cycleund high-cycle fatigue Be-


83

THE VIRTUALENGINE

ABSTRACT

Recently, numerical simulation methods have beenestablished for advanced engine development. Theprimary benefits of these methods are the reductionof product development time and costs. In cooper-ation with FEV, the VKA has developed methodsfor a virtual product development, based on anintegrated cooperation of design, Computer AidedEngineering (CAE) and test bench investigation.Experiments are commonly used in parallel forvalidation and for the continuous improvement ofthe simulation methods.

The following is a list of the main CAE fields:

» Gas exchange and engine process simulation» Computational Fluid Dynamics (CFD)» Structural analysis» Acoustic analysis

The main target of gas exchange simulation is thesupport of layout and calibration of the engineparts. Current research projects focus on thesimulation of the transient engine behavior tosupport the engine calibration. 3D CFD simulationis used for high resolution flow calculations, suchas the in-cylinder flow. In ongoing projects themixture formation is investigated for new com-bustion concepts such as Controlled Auto Ignition(CAI). In these projects, CFD simulation contributesto acquiring knowledge about the ignition pro-cesses.

Structural analysis largely targets dynamic problemsof mechanics and thermomechanics. Multi-Body

Abb.4: High-cycle und low-cycle

fatigue Mechanismen am Motorblock

Fig. 4: High-cycle and low-cycle

fatigue at engine block

Zur Validierung der Simula-tionsergebnisse und zur Ver-besserung der Simulations-modelle werden im Rahmenvon Forschungsprojekten inder Regel Untersuchungenam realen Motor durchge-führt und mit der Simulationabgeglichen.

Die Akustikentwicklung istheutzutage ohne Computer-unterstützung (Computer Ai-

ded Engineering, CAE) nichtmehr denkbar. Hier werdenBerechnungsverfahren wiedie Finite-Elemente-Methode(FEM), Mehrkörpersimulation(MKS), Boundary ElementMethode (BEM) sowie CFD-Methoden genutzt (s. a. Be-richt: „Hier spielt die Musik –Motor- und Fahrzeugakustik“).


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Analysis (MBA) and Finite Element Analysis (FEA)are appropriate simulation techniques that areapplicable for different fields. The MBA simulationsolves dynamic problems. FEA is mainly used toinvestigate low-cycle and high-cycle fatigue.

Computer aided engineering is also essential foracoustic optimization. MBA and FEA methods arealso used to find solutions for optimizing the Noise,Vibration and Harshness (NVH) behavior of modernengine designs. Additionally, Boundary ElementMethod (BEM) and CFD are applied to furtheroptimize the design.

Abb. 5: MKS Simulations Modell Fig. 5: MBA simulation model

rechnungen von Motorbau-teilen. Die mittels MKS ermit-telten dynamischen Betriebs-lasten können auf das FEM-Modell aufgeprägt werden,um mechanische Belastungender Bauteile im Zeitbereich zuermitteln.

Das zeigt, dass FEM undMKS in der Anwendung amVKA eng miteinander ver-knüpft sind.

ELEKTRONIK AMVERBRENNUNGSMOTOR

Dipl.-Ing. Mirco Küpper

E-Mail:

[email protected]

Die geltenden und in Zukunftzu erwartenden Anforderun-gen bezüglich Effizienz, Schad-stoffausstoß, Leistungsentfal-tung, Fahrbarkeit, Geräusch-emission und Diagnose lassensich nur durch sehr komplexeSteuerungs- und Regelungs-funktionen erfüllen, deren An-wendung auf die zu beherr-schenden Vorgänge am Ver-brennungsmotor sehr hoheAnforderungen bezüglich Aus-führungsgeschwindigkeit undVariabilität stellt. Diese Anfor-derungen können nur durch

den Einsatz elektronischer Bau-elemente realisiert werden, dadiese ein Maß an Miniaturisie-rung, Übertragungsgeschwin-digkeit und Freiheitsgradenbieten, das mit alternativenVerfahren (z. B. mechanisch,hydraulisch, pneumatisch) nichtannähernd erreicht werdenkann.

Die für den Betrieb einesMotors genutzten Elektro-nikkomponenten lassen sichin drei Gruppen aufteilen(Abb. 2):

» Sensorik, zur Messung rele-vanter Motorparameter (z. B.Drehzahl, Saugrohrdruckoder Kühlmitteltemperatur)

» Motorsteuergerät, elektro-nischer Steuerrechner zurRealisierung von Steuerungs-und Regelungsfunktionen(z. B. Einspritzzeit- oderZündzeitpunktberechnung)

» Aktorik, zur Ansteuerungvon Motorkomponenten(z. B. Zündmodul, Einspritz-ventile oder Drosselklappe)


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Abb. 1: EMVT Demonstratorfahrzeug Fig. 1: EMVT demonstration vehicle

Die Bedeutung der Elektronik im Automobilbau hat in den letzten Jahrenrapide zugenommen. Auch für den Betrieb moderner Verbrennungsmoto-ren ist Elektronik inzwischen unverzichtbar geworden.

Die Leistungsfähigkeit moder-ner Elektronikkomponentenauf dem Gebiet der Steue-rungs- und Regelungstechnikeröffnet für die Erforschungzukunftsweisender Betriebs-strategien für Verbrennungs-motoren neue Wege.

Beispielsweise wurde am VKAin Kooperation mit der FEVMotorentechnik GmbH einSystem entwickelt, das dievollvariable Ansteuerung derGaswechselventile eines Ver-brennungsmotors ohne dieNutzung einer Nockenwelleerlaubt. Im Rahmen dieserArbeit entstanden spezielleelektrische Aktoren für dieVentile (Abb. 3) und eine aufdie Anforderungen des Sys-tems angepasste elektroni-sche Steuereinheit (Abb. 4)mit anwendungsspezifischenFunktionen, beispielsweiseDrehzahlerkennung und Ven-tilmanagementalgorithmen.


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COMBUSTIONENGINEELECTRONICS

ABSTRACT

Currently, existing and anticipated requirementsfor efficiency, emissions, performance, drivability,noise and diagnosis of internal combustion enginescan only be fulfilled through complex controlstrategies and functions. The implementation ofthese functions demands a very high level of pro-cessing speed and flexibility, which only can berealized using electronic components.

The electronic devices used for a combustionengine can be separated in three groups (Fig. 2):

» Sensors, for the measurement of relevant engineparameters, such as engine speed, intake pressureor coolant temperature

» Electronic Control Unit (ECU), microprocessorsystem that performs control functions, such asinjection and ignition time calculation

» Actuators, for the control of engine components,such as injection valves, ignition modules or thethrottle

The VKA together with FEV developed a systemthat is capable full variable control of the gas ex-change valves, without using a camshaft. Duringthis project, special electronic actuators weredesigned (Fig. 3) and an application-specific valvecontrol unit (Fig. 4). Certain calculation-intensivefunctions, such as control and diagnosis algorithms,


Abb. 2:

Verbundsystem Motorsteuerung

Fig. 2:

System Engine Control

Abb. 3: Elektrische Ventilaktoren

Fig. 3: Electric Valve Actors


Besonders rechenintensiveFunktionalitäten (z. B. Rege-lungs- und Diagnosealgorith-men für die Aktorbewegun-gen) wurden auf speziellerPrototyping-Hardware reali-siert. Diese Systeme zeichnensich durch hohe Rechenleis-tung und große Schnittstel-lenflexibilität aus.

Ein mit dem vollvariablenVentiltrieb ausgestattetes De-monstratorfahrzeug (Benzin-motor, Hubraum 1.6 Liter,Abb. 1) erreichte eine Ver-brauchseinsparung von 16 %im Neuen Europäischen Fahr-zyklus.

Aufgrund der stetig steigen-den Komplexität heutiger Mo-torsteuerungssysteme wird esimmer wichtiger, ihre Funk-tionsfähigkeit möglichst frühim Entwicklungsprozess be-werten zu können. Hierbeikommen spezielle Computer-systeme, so genannte „Hard-ware in the Loop“ Prüfstände(HiL), zum Einsatz (Abb. 5).

Auf einem Computersystem(links in Abb. 5) läuft ein phy-sikalisch motiviertes Modell,das die mechanischen und

thermodynamischen Eigen-schaften des Motors reprä-sentiert. Zu Testzwecken kom-muniziert das Motorsteuer-gerät an Stelle eines realenMotors mit diesem Modell,das aufgrund von seitens derMotorsteuerung vorgegebe-nen Aktoriksignalen die Reak-tion des Motors berechnetund die dazu passendenSensorsignale ausgibt. Wie inAbb. 5 rechts zu sehen kön-nen gewisse Motorkompo-nenten auch real im Aufbauvorhanden sein (z. B. Drossel-klappe oder Kombiinstrument).

Die Nutzung von HiL Prüf-ständen bietet neben derFunktionsabsicherung eben-falls großes Potential für dieEntwicklung neuartiger Funk-tionalitäten im Bereich Rege-lungs- und Steuerungssys-teme für Fahrzeugantriebe,da durch Modellanpassungenvielfältige Betriebsszenarienfür die ECU mit vertretbaremAufwand darstellbar sind, indenen neuartige Funktiona-litäten getestet werden kön-nen.

Große Bedeutung hat in die-sem Zusammenhang die Ent-wicklung adäquater Modellefür den Verbrennungsmotor,da nur mit hinreichend genauabgebildeten Eigenschaftendie zu untersuchenden Funk-tionen realitätsnah beurteiltwerden können.

Am Lehrstuhl für Verbren-nungskraftmaschinen (VKA)der RWTH Aachen werden


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were implemented on special rapid prototypinghardware. Those systems provide tremendouscalculation power and high flexibility regardingtheir interfaces.

A demonstrator vehicle equipped with a fullyvariable valvetrain (gasoline engine, displacement1.6 L) reduced fuel consumption by 16 % in theNew European Driving Cycle (NEDC) (Fig. 1).

Considering the high complexity of modern elec-tronic systems, it becomes more and more impor-tant to judge and verify their correct behaviorearly in the development process. This is achievedusing special computer systems, called Hardwarein the Loop (HiL) test benches (Fig. 5). Thesesystems model the thermodynamic and the me-chanical behavior of the engine. The ECU com-municates with the model and not with a realengine, for testing purposes. This also providesopportunities for the development of new functionsfor engine controls, because HiL systems have ahigh degree of flexibility that allows new functionsto be judged in a large variety of virtually builtenvironments.

die beschriebenen Technolo-gien und Konzepte im Rah-men von Forschungs- undEntwicklungsvorhaben inten-siv genutzt, um die Leistungs-fähigkeit und Effizienz desVerbrennungsmotors weiterzu steigern.

Abb. 5: VKA HiL Prüfstand

Fig. 5: VKA HiL Testbench

Abb. 4: Ventilsteuergerät

Fig. 4: Valve Control Unit

Dipl.-Ing. René Linssen


Diese Forderungen könnennur durch einen technischoptimal ausgelegten motori-schen Verbrennungsprozesserreicht werden. Die hierfürbenötigten Eingriffsmöglich-keiten führen heute zu einergroßen Anzahl an erforder-lichen Aktoren. In der Motor-steuerelektronik wird jede

Eingriffsmöglichkeit durch fürsie charakteristische Daten-sätze beschrieben. Diese Da-tensätze mit einem Umfangvon über 10 000 Einzelwertengilt es, für jeden Motor undauch für jede Kombinationaus Motor, Antriebsstrang undFahrzeug, neu zu justieren. Eserschließt sich, dass eine Er-

füllung nur durch transparen-te und effiziente Prüf- undOptimierungsverfahren mög-lich ist.

Kern der Verfahren zur opti-malen Motorabstimmung istdas Abbilden des motorischenVerhaltens durch einfachemathematische Modelle. Für


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MOTOROPTIMIERUNGMIT COMPUTER UND MATHEMATIK:

APPLIKATIONSMETHODIK

Abb. 1: Potentialanalyse auf Basis von Monte-Carlo Darstellungen Fig. 1: Analysis of potential based on Monte-Carlo plots

Die Einhaltung von aktuellen Emissionsvorschriften, die Senkung des Kraft-stoffverbrauchs und ein exzellentes dynamisches Verhalten sind Ziele heuti-ger Motorenentwicklung.


den untersuchten Bereich stelltdieses mathematische Modelleinen virtuellen Motor dar.Die Vorteile sind sofort greif-bar: Verbesserungspotentialesind schnell aufgezeigt undBetriebsstrategien können un-ter Nutzung der Modelle amComputer durchgespielt wer-den.

Durch den Einsatz dieser Me-thodik kann eine erheblicheVerringerung der erforder-lichen Versuche erzielt wer-den: Es wird nur dort gemes-sen, wo der Beitrag zur Bil-dung eines Modells relevantist. Bei der nachfolgenden nu-merischen Bestimmung einesOptimums können zum einenZielwerte wie Emissionen undVerbrauch, zum anderen zu-sätzlich noch die Glattheit derentstehenden Kennfelder be-rücksichtigt werden. Die An-wendung modellbasierter undstatistischer Methoden darfsich jedoch nicht auf denPrüfstand beschränken. Zielist die Verlagerung der Unter-suchungen von der Straße aufden Prüfstand und letztend-lich den Computer sowie dieUnterstützung aller experi-

mentellen Untersuchungendurch computerunterstützteWerkzeuge. So lassen sich Ap-plikationsaufgaben effizientund qualitativ hochwertig be-arbeiten.

Während für den klassischenOttomotor ganz besondersdie ersten Betriebssekundenentscheidend für das Emis-sionsverhalten sind, so mussbei Fahrzeugen mit Diesel-motor der gesamte Fahrzyklusbetrachtet werden. Entspre-chend sind auch die unter-stützenden Software-Werk-zeuge aufgesetzt: Für dasFahrzeug mit Ottomotor wirdz. B. unter Nutzung hochauf-gelöster Messungen von Mo-tordrehzahl, Einspritz- undZündzeitpunkt der Startvor-gang im Detail analysiert.Werkzeuge zur Zündausset-zererkennung sind Vorausset-zung für die Applikation derSelbstdiagnosefunktionen. Die-se verhindern, dass Beein-trächtigungen der motorischenVerbrennung das Abgasnach-behandlungssystem bleibendbeschädigen und eine erhöhteBelastung der Umwelt zurFolge haben.

Bei Fahrzeugen mit Diesel-motor helfen dem Ingenieureine übersichtliche Darstel-lung der aktuellen Fahrge-schwindigkeit, des Zyklusver-laufs und eines einzuhalten-den Toleranzbandes währendder Testfahrt belastbare undwiederholbare Ergebnisse zuproduzieren. Zur vollen Aus-schöpfung des Potentials desAbgasnachbehandlungssys-tems bilden angepasste mathe-matische Modelle die messbarePhysik in der Motorsteuerungexakt ab. Sei es die Vorher-sage der Russbeladung im

Abb. 3: Der VKA Applikationsprozess Fig. 3: The VKA calibration process


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Abb. 4: Optimiertes Kennfeld

für die einlassseitige Steuerzeit

Fig. 4: Optimized map for inlet

cam phasing

Abb. 2: Vehicle Speed Tracer Fig. 2: Vehicle Speed Tracer

Partikelfilter zur Steuerungder Regenerationsintervalleoder die Vorhersage der Ab-gastemperatur als Funktion desBetriebszustandes von Motorund Fahrzeug: Die Genauig-keit hat direkten Einfluss aufEmissionen, Verbrauch unddas Fahrverhalten.

Das Aufgabengebiet derMethodenentwicklung orien-tiert sich stark an den inMotorsteuerungen eingesetz-ten Strukturen und Daten-sätzen. Zukünftige Motor-steuerungen werden durchdie stets steigende Leistungs-fähigkeit der verbauten Pro-zessoren in der Lage sein,komplexere Aufgaben wahr-

zunehmen: Kennfelder undKennlinien werden durch Mo-delle ersetzt werden und ein-fache Regler durch vorhersa-gende und die Stellgrößenoptimierende Strukturen. Hy-bride Antriebskonzepte kön-nen ohne diese Strukturenihren Vorteil nicht ausspielen.Die Strategien der Unter-suchung des motorischen Ver-haltens werden sich anpassen.Maximierung des Informa-tionsgewinns aus jedem ein-zelnen Versuch ist nur unterEinsatz von angepassten Soft-warewerkzeugen möglich. DieOptimierung des Informa-tionsübertrags von Versuchauf Motorsteuerung ist dieHerausforderung.


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APPLICATION

METHODOLOGY

ABSTRACT

Prerequisites for any successful product in theautomotive market include a calibration for emissioncertification, high fuel efficiency and drivingpleasure. Performing this task in a limited amountof time with high quality standards is the primaryaim of the calibration methods developed at VKA.Software tools aid in the completion of this pro-cess, whether they are used for hardware selection,test bench investigation or vehicle analysis. Thecommon strategy is to support every investigationwith specific methods and the engineer’s computer.Using methods such as Design of Experiment (DoE)and subsequent model-based optimization, thetest bench time can be reduced and quality stand-ards can be assured. When performing vehiclecalibration tasks, the key is to eliminate the needfor conducting tests after each parameter is changedin the engine control unit. The trend towards morecomplex control structures will continue; especially,when it comes to hybrid concepts and the tremen-dous degree of freedom they offer regardingoperational strategy. Specific methodology andsoftware tools are essential for completing futurecalibration tasks.

Abb. 5: Darstellung des Motorstarts Fig. 5: Engine startup graphs

Dipl.-Ing. Christian Pilath

Dipl.-Ing. Martin Atzler


Die Geräuschentwicklung, der„Sound“ von Motoren, istmittlerweile zu einem bestim-menden Qualitätsmerkmalvon Kraftfahrzeugen gewor-den. Stand früher ausschließ-lich die Reduktion der Ge-räuschpegel im Vordergrund,so ist heute eine angenehmeKlangcharakteristik, das so ge-nannte „Sound-Design“, zen-

trales Entwicklungsziel imMotorenbau. Dabei gilt es, jenach Fahrzeugklasse, unter-schiedliche Anforderungen zuerfüllen. So ist beispielsweisefür einen Motor für ein Fahr-zeug der Oberklasse ein mög-lichst geringes Geräuschni-veau anzustreben, hingegengilt es für einen Sportwagen-motor ein sportliches Klang-

bild zu schaffen. Gesetzlichbeschränkt ist bei Kraftfahr-zeugen lediglich das Außen-geräusch, dass bei der so ge-nannten beschleunigten Vor-beifahrt gemessen wird. Be-reits die Straßenverkehrsord-nung von 1937 besagt, dass„… Fahrzeuge so beschaffensein müssen, dass die Ge-räuschentwicklung das nach


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HIER SPIELT DIE MUSIK

MOTOR- UNDFAHRZEUGAKUSTIK

Neben Untersuchungen zum Thema Emissionen, Leistung und Verbrauchwird am VKA intensive Forschungsarbeit zum akustischen Verhalten vonVerbrennungsmotoren geleistet.

Abb. 1:

FEM-Berechnung des akustischen Ver-

haltens eines Motor-Getriebe-Verbundes

Fig. 1:

FEM-Calculation of the NVH

behaviour of a powertrain

dem jeweiligen Stand derTechnik unvermeidbare Maßnicht übersteigt“. Übergrei-fend hat sich in der Automo-bilindustrie der Begriff Noise,Vibration and Harshness (kurz:NVH, übersetzt Geräusch,Schwingung, Rauhigkeit) eta-bliert. Mit dem Begriff NVH-Verhalten wird nicht nur dasabsolute Geräuschniveau, son-dern eben auch die Geräusch-qualität verstanden.

Am VKA wird das NVH-Ver-halten von Motoren seit mehrals 25 Jahren analysiert undoptimiert. Die Untersuchun-gen waren zunächst auf expe-rimentelle Methoden be-schränkt. Messungen mittelsMikrofonen und Beschleuni-gungssensoren brachten ersteErkenntnisse. Mit der Entwick-lung leistungsfähiger Rechnerkamen Berechnungsverfahrenzum Einsatz. Heutzutage isteine Akustikentwicklung ohneComputerunterstützung (Com-puter Aided Engineering, CAE)undenkbar.

Eingesetzt werden in derAkustikentwicklung verschie-denste Berechnungsverfahrenwie etwa die Finite-Elemente-Methode (FEM), Mehrkörper-simulation (MKS), BoundaryElement Methode (BEM) so-wie CFD-Methoden. In Abbil-dung 1 sind beispielhaft diemittels FEM berechnetenOberflächenvibrationen eines

Motor-Getriebe-Verbundesgezeigt. Mittlerweile ist es mitmodernen Simulationsverfah-ren möglich, das Geräuschdes Motors hörbar zu ma-chen, noch bevor ein ersterPrototyp existiert.

Doch auch die experimentel-len Methoden sind in denletzten Jahren weiterentwi-ckelt worden. Ein Beispielhierfür ist die so genannte„Akustische Kamera“. EineAnordnung mit 32 Mikrofo-nen errechnet mittels Lauf-zeitanalysen den Abstand zurjeweiligen Geräuschquelle undberechnet dadurch ein „akus-tisches Foto“. In Abbildung 2ist ein solches Foto eines Mo-tors dargestellt. Laute Kom-ponenten sind rot, leise Kom-ponenten grün dargestellt.

Aktuelle Forschungen amVKA konzentrieren sich auf„hybride Verfahren“. Hybridheißt, dass die jeweiligen Vor-teile von experimentellen Me-thoden mit Simulationsver-fahren kombiniert werden.Ein Beispiel hierfür ist die„Virtual Vehicle Interior NoiseSimulation“ bei der das expe-rimentell ermittelte Struktur-übertragungsverhalten vonFahrzeugkarosserien mit demsimulierten NVH-Verhaltendes Motors kombiniert wird.Dadurch ist es möglich, dasInnengeräusch von Fahrzeu-gen zu simulieren.


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ENGINEACOUSTICSABSTRACT

In addition to investigations concerning emissions,power output and fuel consumption, the acousticbehavior of combustion engines are also a part ofthe research performed at VKA. Engine noiseemissions have become a key factor regardingsubjective quality perception of vehicles. Initially,only the reduction of the absolute sound level waspart of the development process. Currently, thegeneration of a specific sound (sound design)becomes increasingly important. The VKA hasmore than 25 years of experience in the develop-ment of low noise engines. Experimental methodslike the Acoustic Camera and highly sophisticatedsimulation tools are also utilized by the VKA toimprove engine acoustics.

Abb. 2:

Akustik-Kamera-Bild eines Motors

Fig. 2:

Acoustic-Camera-Picture of an engine

Dipl.-Chem. Britta Sliwinski

E-Mail:

[email protected]

Dipl.-Ing. Bastian Holderbaum

E-Mail:

[email protected]

Das Chemielabor am Lehr-stuhl für Verbrennungskraft-maschinen ist entsprechendauf die chemische Analytikrund um den Verbrennungs-motor spezialisiert. Schwer-punkte sind unter anderem

die Charakterisierung gasför-miger Emissionen und derPartikelemission, Betriebsstoff-und Komponentenanalytik so-wie die Entwicklung von Mess-techniken für spezielle Ana-lysen am Verbrennungsmotor.

Eine wesentliche Aussage überden motorischen Verbren-nungsprozess liefern die gas-förmigen Emissionen. Zu die-sem Zweck können beispiels-weise Aldehyde, differenzier-te Kohlenwasserstoffe sowie


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DAS CHEMIELABOR

am Lehrstuhl fürVerbrennungskraftmaschinen

Abb. 1: Partikelprobenanalyse Fig. 1: Particulate matter sample analysis

Die Chemie spielt für die Entwicklung von Verbrennungsmotoren, insbe-sondere von Maßnahmen zur chemischen Reinigung des Abgases einemaßgebliche Rolle. So ist für detaillierte Untersuchungen von Abgasnach-behandlungsmaßnahmen eine teils aufwendige Analytik notwendig.

Methan quantitativ bestimmtwerden. Aber auch die Mes-sung von toxischen Einzel-Sub-stanzen, wie Nitro-PAH oderPAH,1,3-Butadien ist möglich.

Die motorisch emittierte Parti-kelemission kann durch che-mische Extraktionsverfahrenund thermogravimetrischeAnalyse in ihre Bestandteile,wie die flüchtigen Anteile so-wie die teil- beziehungsweiseunverbrannten Öl- und Kraft-stoff-Fraktionen zerlegt wer-den, (Abb. 1).

Zur Bewertung der Partikel-größenverteilung werden amVKA, je nach Anforderung,verschiedene Verfahren ein-gesetzt. Mit dem ScanningMobility Particle Sizer (SMPS)oder dem Berner Impaktorkönnen sowohl die Partikel-anzahl als auch die Partikel-

masse als Funktion der Par-tikelgröße bestimmt werden.

Eine weitere Untersuchunghinsichtlich Morphologie undStruktur von Partikeln kannzusätzlich mit verschiedenenelektronenmikroskopischenVerfahren dargestellt wer-den.

Je nach Abgasnachbehand-lungskonzept wirken in Ka-talysatoren unterschiedlichechemische Mechanismen. DasLabor verfügt über modernsteUntersuchungsmethoden(Abb. 3), die eine Charakteri-sierung der verschiedenen Ka-talysatorsysteme ermöglicht.Als besonderes Beispiel hierzuseien die online Detektionvon schwefelhaltigen Kompo-nenten bei der Entschwefe-lung von NOx-Speicherkata-lysatoren oder die Bestim-

mung von stickstoffhaltigenVerbindungen beim SCR-Ver-fahren genannt.

Zu den unverzichtbaren Ana-lysen gehört die Untersu-chung der Eigenschaften vonBetriebsstoffen. Schmieröleund Kraftstoffe werden aufihre chemischen und physika-lischen Eigenschaften unter-sucht. So ist die Verdünnungdes Öls durch Kraftstoff einwichtiger Parameter für denmotorischen Betrieb, da eineausreichende Schmierung beizu hohen Verdünnungsratennicht mehr gewährleistet ist.Das kann zu Triebwerkschä-den führen.

Der am Lehrstuhl entwickeltemobile Katalysatorprüfstandfindet heute vielfältigen Ein-satz bei der Bewertung mo-derner Abgasnachbehand-lungssysteme (Abb. 2). Hierzugehören unter anderen dieKatalysator light-off Vermes-sung oder Untersuchungenzur NOx-Adsoptionsrate inAbhängigkeit vom Luftver-hältnis sowie Temperatur undRaumgeschwindigkeit an NOx-Speicherkatalysatorproben.An SCR-Katalysatoren kön-nen die NH3-Adsorption unddie NOx-Reduktionseffizienzbestimmt werden. Eine Simu-lation der Katalysatoralterungist ebenso möglich.

Die Auslegung des Prüfstandsist entsprechend seiner Viel-zahl von Anwendungsmög-lichkeiten angepasst. Das ei-gen entwickelte Prozessleit-


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Abb. 2: Katalysatorprüfstand am VKA. Fig. 2: Catalyst test bench at the VKA.

und Datenerfassungssystemermöglicht die Dosierung so-wohl von bis zu elf Synthese-gasen als auch motorischenAbgasen in einem Tempera-turbereich von 50 – 800°C.Damit besteht die MöglichkeitKatalysatorsysteme unter de-finierbaren und zudem re-produzierbaren synthetischen

Randbedingungen zu charak-terisieren, was die spätere Ab-stimmung des GesamtsystemsVerbrennungsmotor/Kataly-sator erheblich erleichtert.


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VKA CHEMISTRYLABORATORY

ABSTRACT

Research and development of combustion enginesand exhaust aftertreatment systems requires detailedinvestigations, accompanied by complex analysis.The VKA Chemistry Laboratory has establishedspecial techniques to conduct the chemical analysisof exhaust gases.

E. g., a quantitative determination can be made forthe purpose of reducing gaseous emissions such asaldehydes, differentiated HC as well as methane. A measurement of toxic substances (Nitro-PAH,PAH, 1,3-Butadiene) is also possible. The engine’sparticle emissions can be chemically extracted. A thermo-gravimetric analysis can be performedon their components, differentiating the volatilefraction and the oil- and fuel fraction.

The kinetic and thermodynamic features of catalystsamples can be determined with a specially equip-ped test bench, Fig. 2.

Abb. 3: Beispiele für Analysetechniken

gasförmiger Emissionen am VKA.

Fig. 3: Examples of analysis techniques

of gaseous emissions at the VKA.

Prof. Dr. techn. Dr. e.h.

Franz Pischinger


Mit einem Team von vier Mit-arbeitern um Dr. ManfredSchaffrath und mich, planten,konstruierten und berechne-ten wir zunächst in kleinenRäumlichkeiten in Aachen.

Um der steigenden Nachfragean Engineering Dienstleistun-gen unserer Kunden besserRechnung tragen zu können,

mussten wir schon bald ex-pandieren, und so wurde inden Jahren 1980-1981 eineHalle in Aachen nach den Be-dürfnissen der modernen Mo-torenforschung und -entwick-lung umgebaut und ausge-stattet. 1989 schließlich wur-de mit dem Bau des heutigenHauptsitzes der FEV in Aachenbegonnen.

Bereits 1985 erkannten wirdas Potential des amerikani-schen Marktes und eröffnetenin Palo Alto, Kalifornien einBüro, wo sich ein Team umGary Rogers Aufgaben rundum die Entwicklung effizien-ter und emissionsarmer Mo-toren widmete.


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Im Jahre 1978 gründete ich gemeinsam mit meinem damaligen Ober-ingenieur Dr.-Ing. Manfred Schaffrath die „Forschungsgesellschaft fürEnergietechnik und Verbrennungsmotoren“ kurz FEV, um die unternehmeri-schen Grenzen des Lehrstuhls abzustreifen und damit den zahlreichen An-fragen von Kunden aus der weltweiten Automobilindustrie mit innovativenLösungen entsprechen zu können.

Abb. 1: FEV, Hauptsitz in Aachen Fig. 1: FEV Headquater Aachen

GESCHICHTE DER FEVProf. Dr. techn. Dr. e.h. Franz Pischinger,


Da das Dienstleistungsange-bot der FEV auch in den USAgroßen Anklang fand, wurdeim Jahre 1987 ein Entwick-lungszentrum mit eigenenPrüfständen in Auburn Hillsbei Detroit (Michigan) direktvor der Haustür der amerika-nischen Automobilindustrieeröffnet.

Im Zuge nachhaltiger Expan-sion erschlossen wir neue Ar-beitsgebiete, was zu einerumfangreichen Erweiterungdes Leistungsspektrums führ-te. So beschäftigten wir unsschon damals mit noch heutehochaktuellen Themen, wiez. B. alternativen Kraftstoffen.Heute gehören neben derMotorentechnik auch fahr-zeugspezifische Themen zumAufgabengebiet, wofür im

Jahr 1998 eigens das Fahr-zeugapplikationszentrum Als-dorf, nahe Aachen, mit heuteca. 200 Mitarbeitern gegrün-det wurde. Darüber hinaus

sind wir verstärkt im Bereichder Großmotoren, wie sie u. a.für stationäre Anlagen, Loko-motiven und Schiffsmotorenbenötigt werden, tätig.

Abb. 3: FEV Weltkarte

Fig. 3: FEV Worldwide


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Abb. 2: Prof. Franz Pischinger bei der Eröffnung

von FEV China Co. Ltd. in Dalian

Fig. 2: Prof. Franz Pischinger at opening ceremony

of FEV China Co. Ltd. in Dalian

Auch auf dem Gebiet derMess- und Prüftechnik ist dieFEV mittlerweile, bedingtdurch unsere Erfahrungen inder Motoren- und Fahrzeug-entwicklung, erfolgreich aufdem Weltmarkt vertreten.

Heute operiert die FEV Moto-rentechnik GmbH mit Ent-wicklungszentren in Aachen,Detroit (USA) und seit 2004auch in Dalian (China) sowie

zahlreichen Büros z. B. in Po-len, Italien, Frankreich Japan,Korea und Indien mit über1300 Mitarbeitern und mod-ernsten Einrichtungen, welt-weit.

Die bis heute bestehende engeKooperation mit dem Lehr-stuhl für Verbrennungskraft-maschinen trägt seit jeherzum Erfolg sowohl der FEV,als auch des Lehrstuhls bei.


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FEV’S HISTORY

ABSTRACT

FEV was founded in 1978 in a small apartment inAachen, Germany. FEV now is an internationallyrecognized leader in the design and developmentof internal combustion engines and a supplier ofadvanced test and instrumentation systems. FEVoffers a complete range of engineering services,providing global support to customers in the design,prototyping and development of advanced gaso-line, diesel and alternative propulsion systems,such as fuel cells. In addition, FEV provides engineintegration, vehicle calibration services and someof the world’s most advanced engine testing systems.

Today, FEV’s headquarters are still located in Aachen,but we also have facilities in Auburn Hills, Michigan,USA, Dalian, China (with research facilities) andmany representatives located around the world-wide. FEV employs 1300 highly skilled individualsin our global facilities.

Abb. 4: Prof. Dr. techn. Dr. e.h. Franz Pischinger, FEV Motorentechnik GmbH

Fig. 4: Prof. Dr. techn. Dr. e.h. Franz Pischinger, FEV Motorentechnik GmbH

Abb. 5: FEV ET – Detroit, USA

Fig. 5: FEV ET – Detroit, USA

FEV – MANAGEMENTDER KREATIVITÄT

Dr.-Ing. Markus Schwaderlapp

Geschäftsführer,

FEV Motorentechnik GmbH, Aachen


Einen Industriebereich der be-sonderen Art stellt in diesemZusammenhang die FEV dar.Vor fast 30 Jahren in Aachenals „Spin-Off“ der Hoch-schule gegründet, ist sie in-zwischen ein weltweit operie-rendes Engineeringunterneh-men mit 1.300 Mitarbeitern.Mit mehr als 700 Ingenieurenund Technikern ist die FEV ein

industrieller Entwicklungspart-ner für die internationale Auto-mobilindustrie. Die drei Haupt-standorte sind Aachen, Detroit(USA) und Dalian (China).Daneben sorgen eine Viel-zahl von Niederlassungen inDeutschland, Europa und imaußereuropäischen Auslandfür räumliche und auch kultu-relle Nähe zum Kunden.

DIE FEV-PRODUKTE

» Antriebsentwicklung vonBrennverfahren bis hin zumFahrzeug-Serienanlauf

» Mess- und Prüftechnik fürdie Entwicklung bei unserenKunden

treffen auf einen sehr an-spruchsvollen Abnehmerkreis,


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Abb. 1: Demonstrator-Fahrzeuge Fig. 1: Demonstrator-Vehicle

Im Begriff „Ingenieur“ steckt das Wort „Genie“ – diese Betrachtung ist viel-leicht etwas hochtrabend, doch macht das kreative Element sicherlicheinen Großteil der Faszination des Ingenieurberufs aus. Diese Faszinationhat an der RWTH mit ihren bedeutenden Instituten Tradition und überträgtsich auch auf die Industrie, in der die Absolventen die Herausforderungenfür Ihre berufliche Laufbahn suchen.


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FEV –MANAGEMENTOF CREATIVITYABSTRACT

It may sound pompous to say that a genius ishidden in every engineer, but the two terms indeedhave the same origin, and the creative elementcertainly constitutes a large part of the fascinationof the occupation of an engineer. This fascinationis a tradition at the RWTH with its distinguishedinstitutes and is also passed on to industry wheregraduates look for challenges for their careers.

In this context, FEV constitutes a field of industrywhich is special in its kind.

The products of FEV,

» drive development from combustion proceduresto vehicle series production launch

» measurement and test technology fordevelopment at our customers’ sites,

have to satisfy a very demanding clientele, sincethey must provide added value to the developmentareas of automotive industry. This is made possibleby the development of new technologies or bypurposeful implementation of existing technologiesuntil readiness for start of production. Both waysrequire the engineer’s creative virtue, combinedwith “system competence”. The technical solutionsmust be introduced to the development processand the organisation and corporate culture of thecustomer.


müssen sie doch den Entwick-lungsbereichen der Automo-bilindustrie einen Mehrwertgeben. Dies wird möglichdurch die Entwicklung neuerTechnologien oder auch durchgezielte Umsetzung vorhan-dener Technologien bis zurSerienreife. Beide Wege erfor-dern die kreative Ingenieurs-tugend gepaart mit „System-kompetenz“: Die technischenLösungen müssen in den Ent-wicklungsprozess, die Organi-sation und die Firmenkultur desKunden eingeführt werden.

Die notwendige Doppelglei-sigkeit in Richtung Technolo-gie einerseits und Anwender/Kunde andererseits wird durchdie Managementorganisationvon FEV gezielt unterstützt.Die technische Kompetenzwird in den sogenannten tech-nischen Sparten entwickeltund umgesetzt. Der „Sparten-leiter“ (Chefingenieur) trägtdie Verantwortung für seintechnisches Segment weltweit.

Er entwickelt nicht nur dietechnischen Lösungen weiter,sondern auch das Personal.Der Spartenleiter trägt dieVerantwortung für die umfas-sende und nachhaltige Ent-wicklung der technischen Leis-tungsfähigkeit und somit fürdas Rückgrat eines Engineer-ing-Unternehmens.

Die Fokusierung auf den Marktwird durch die „Geschäfts-bereiche“ sichergestellt, dieregional operieren. Die Ge-schäftsleitung hat den Kun-den im Blick und richtet dietechnischen Sparten auf diesenaus. Die zentrale Schaltstellein dieser Funktion ist der Pro-jektleiter, der das Experten-team aus den technischenSparten führt – bei umfassen-den Aufgaben bildet er einProjektzentrum, in dem dieExperten auch räumlich zu-sammen arbeiten. Die techni-sche Kompetenz der Spartenwird über den Projektleiter inLösungen überführt und in

Abb. 2: Simultaneous Engineering Fig. 2: Simultaneous Engineering

die Entwicklungsphilosophiedes Kunden integriert.

Unterstützt wird die Projekt-/Spartenorganisation von denzentralen Bereichen Finanzen,Personal und dem Betrieb, derdie Testeinrichtungen für An-triebsaggregate und Fahrzeu-ge weltweit betreibt.

Das Spannungsfeld zwischenTechnologie und internationa-len Projekten/Kunden hat das

Potenzial zur nachhaltigen Be-geisterung von kreativen Köp-fen – und diese bilden denSchlüssel zur technologischenLeistungsfähigkeit der FEV.Unterstrichen wird die Tech-nikbegeisterung durch engeZusammenarbeit mit der RWTHund durch die interne For-schung und Entwicklung, beider „handfeste“ Produkte wieDemonstratorfahrzeuge undSportwagen auf die Straße bzw.Rennstrecke gestellt werden.


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The required two-track policy toward technologyon the one hand and user/customer on the otherhand is purposefully supported by the managementorganisation of FEV. Technical competence is devel-oped and implemented in the so-called technicalsections. The “section manager” (chief engineer) isresponsible for his technical segment worldwide.Not only does he further the development of thetechnical solutions, but also of the personnel.Thus, the section manager is responsible forcomprehensive and sustainable development ofthe technical performance and consequently forthe spine of an engineering enterprise.

Focus on the market is ensured by the “divisions”,which operate on a regional basis. The head of adivision focuses on the customer and aligns thetechnical sections with the customer’s objectives.The central control centre in this function is theproject manager who leads the team of expertsfrom the technical sections; with comprehensivetasks, he forms a project centre, where the expertscooperate locally as well. With regard to theirfunctions, the project managers are part of thedivisions. The technical competence of the sectionsis transformed to solutions via the project managerand integrated into the customer’s developmentphilosophy.

The organisation of the projects/sections is supportedby the central areas of finance, personnel and theenterprise which operates the test facilities for driveunits and vehicles worldwide.

The area of tension between technology and inter-national projects/customers has the potential tosustainably inspire creative brains – and these arethe key to the technological performance of FEV.The enthusiasm for technology is emphasised byclose cooperation with RWTH and internal researchand development, where “tangible” products, ase.g. demonstrator vehicles and sports cars, are puton the road and the racecourse, respectively.

Abb. 3: FEV Racing Fig. 3: FEV Racing

INTERNATIONALISIERUNGDER FEV

Dr.-Ing. Ernst Scheid

Geschäftsführer,

FEV Motorentechnik GmbH, Aachen


Die Welt ist kleiner geworden.Die fortschreitende Globali-sierung stellt Automobilunter-nehmen vor viele Herausfor-derungen. Die Gestaltung, dieKoordination und die Opti-mierung des globalen Ver-bunds an Betriebsstätten undEntwicklungsteams mit immeranspruchsvolleren Produktengehören zu den großen Auf-gaben der Zukunft.

FEV hat diesem Trend frühzei-tig erkannt und eine eigeneStrategie der Globalisierungentwickelt: In Stufen wurdeninternationale Entwicklungs-zentren und Niederlassungenin aller Welt etabliert. Detroitin USA war das erste Aus-landsengagement, ein Stand-ort im Herzen der amerikani-schen Automobilindustrie. Heu-te beschäftigt FEV in USA

mehr als 200 Mitarbeiter. Inder östlichen Hemisphäre wur-den fünf Schwerpunkte auf-gebaut: Krakau in Polen, Delhiin Indien, Dalian in China,Seoul in Korea und Tokio inJapan sind die Antwort auf dieWanderungsbewegung derAutomobilindustrie. WährendSeoul und Tokio als Zentrenfür Projektmanagement undProjektbegleitung aufgebaut


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Abb. 1: Eröffnungszeremonie in Dalian/China Fig. 1: Opening ceremony in Dalian/China

Die Automobilindustrie ist das Paradebeispiel für die Internationalisierungvon Märkten und Produktionsstätten: Weltweit tätige Konzerne bedienenZielgruppen in aller Welt; die Fertigungskapazitäten folgen den Absatzmärk-ten – und auch bereits die Entwicklungsressourcen.


wurden, werden in Krakauund Dalian Motoren konstru-iert, berechnet und getestet.Rund um Deutschland sorgenNiederlassungen in Cambridge,Paris und Turin für engeKontakte zu den Kunden undbieten Projektmanagern und-ingenieuren ein Umfeld füreffizientes Arbeiten.

Der Vorteil für den Kunden:Ihm stehen neben den hoch-karätigen Fachleuten in Aachenauch vor Ort leistungsstarkeSpezialisten zur Verfügung,die flexibel und mit hoherReaktionsgeschwindigkeit aufseine Wünsche reagieren. Dieeingeschlagene Strategie er-möglicht die Begleitung derKunden bei ihrer eigenenInternationalisierung. Durchdie mit der weltweiten Arbeitverbundene Personalpolitikfördern wir auch die Interna-tionalisierung unserer Mit-arbeiter und heben damit einhohes Motivationspotential.

Die Internationalisierung för-dert das Wachstum der FEVauch am Standort Deutsch-land und dient der Sicherungund dem Ausbau der führen-den Marktposition. Aachenbildet das innovative Herz derFEV. Der Hochtechnologie-standort eignet sich hervorra-gend für die Arbeit an derZukunft des Antriebsstrangs.Neue Brennverfahren, neueKonstruktionsprinzipien, neueWerkstoffvarianten, neue Ab-gaskonzepte – hoch qualifi-zierte Teams verschieben Gren-zen und eröffnen neue Mög-lichkeiten. Auch neue Werk-zeuge, die in der Konstruktionund im Versuch für einenbeschleunigten Entwicklungs-prozess sorgen, stehen im Mit-telpunkt der Arbeit in Aachen.

Es bleibt keine Zeit zum Aus-ruhen: Weitere Tochterunter-nehmungen auf dem Sektorder Motorenentwicklung, derElektronik und der Mess- und

Prüftechnik sind in Vorberei-tung und werden nach undnach das Licht der Welt er-blicken – zum Nutzen derFahrzeug- und Motorenent-wickler auf allen Kontinenten.

Abb. 2: Traditioneller Löwentanz

vor der Eröffnung von FEV China

Co. Ltd. in Dalian

Fig. 2: Lions dance at opening

ceremony of FEV China

Co. Ltd. in Dalian

Abb. 3: Sommererprobung in Australien

Fig. 3: Summer testing in Australia


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GLOBALIZATIONOF FEVABSTRACT

The automotive industry is an important examplefor the globalization of sales markets and productionsites. This globalization includes also the develop-ment resources.

FEV matched with this tendency early and launcheda globalization strategy with worldwide develop-ment centers and subsidiaries. Today, FEV employsmore than 200 people in Detroit. In the easternhemisphere, five centers have been established:Crakow in Poland, Delhi in India, Dalian in China,Seoul in Korea and Tokyo in Japan. Soul and Tokyoare hosting project managers and project engineers.In Crakow and Dalian, powertrains are designed,calculated and tested. Around Germany, subsidiariesin Cambridge, Paris and Torino are ensuring closecontact to the clients. The advantage for the clients:Besides the top experts in the Aachen headquarter,clients have easy access to specialists available onsite.

The globalization contributes to the growth of FEValso in Germany and secures the leading marketposition. Aachen is the innovative heart of FEV.This high technology hub is well suited to createthe future of the powertrain. The selected strategyalso develops the globalization of FEV’s staff, leadingto a high motivation due to international projectsand contacts.

No time to chill: More subsidiaries and develop-ment centers are under planning to come soon.

AUS KLEINEM WIRD GROSSES

Dr.-Ing. Patrick Hupperich

FEV Engine Technologie Inc.


Die Senkung des Kraftstoff-verbrauchs bei steigenderMotorleistung ist häufig mithöheren mechanischen undthermischen Bauteilbelastun-gen verbunden, was wiede-rum den Einsatz höherwerti-ger Materialien erforderlichmacht. Unter dem Druck desinternationalen Wettbewerbs

werden die teilweise gegen-läufigen Zielsetzungen durchdie Forderung nach Kosten-senkung noch ergänzt.

Der Lehrstuhl und die FEVMotortechnik GmbH stellenmodernste Entwicklungswerk-zeuge zur Verfügung, um imSpannungsfeld gegenläufiger

Zielsetzungen eine für die je-weilige Anwendung optimier-te technische Lösung zu erar-beiten. Dabei sind langjährigeErfahrungen aus der Entwick-lung von Automobilantriebenweitestgehend übertragbar.Die in der Zukunft für Groß-Dieselmotoren erwarteten Emis-sionskonzepte ähneln den heu-


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Ebenso wie Fahrzeugmotoren sind heute auch große Dieselmotoren fürSchiffsantriebe, Off-Road Anwendungen, Lokomotiven und stationäre Strom-erzeugungsanlagen strengen Emissionsgesetzgebungen unterworfen. Zu-sätzlich sind in diesen Anwendungen die Anforderungen an die Wirtschaft-lichkeit, Zuverlässigkeit und Lebensdauer als besonders hoch anzusehen.

Abb. 1: Sauber und effizient:

Die Evolution Serien-Lokomotive von General Electric

Fig. 1: Clean and Fuel-Efficient:

The General Electric Evolution Series Locomotive

te für PKW und Nutzfahrzeu-ge diskutierten bzw. bereits indie Serienfertigung eingeführ-ten Ansätzen. Beispielhaft sindhier Common-Rail Einspritz-systeme, Partikelfilter, SelelctiveCatalystic Reduction (SCR)und Abgasrückführung zunennen.

Besonders effizient lassen sichGrundlagenuntersuchungenzu diesen Konzepten mit ei-nem Einzylinder-Versuchsmo-tor darstellen. Die FEV verfügthierzu über ein Triebwerk unddie zugehörige Prüfstands-Infrastruktur, um einen Boh-rungsbereich von bis zu 300mmund eine Zylinderleistung vonetwa 250 kW abzudecken.

Da eine fehlerhafte Funktionvon Bauteilen und Motorsys-temen besonders im Bereichvon Schiffs- und Lokomotiv-antrieben nicht nur wirt-schaftliche Nachteile bedeu-tet, sondern auch sicherheits-technische Relevanz besitzt,kommt der zuverlässigen Vor-hersage von Versagenswahr-scheinlichkeiten hohe Bedeu-tung zu. Hierzu wird bei derFEV der Six Sigma Entwick-lungsprozess eingesetzt. DasKonzept basiert auf der statis-tischen Erfassung von Variabi-litäten in den Materialeigen-schaften, Fertigungstoleran-zen und Motorbetriebspara-metern, die durch geeigneteAnsätze in den Konstruktions-und Fertigungsprozess einbe-zogen werden. Die Gültigkeitder gemachten Annahmenwerden durch ausführliche

Bauteil- und Motorversuchebestätigt und unterliegen inder Fertigung einer ständigenKontrolle. Mit dieser Art desQualitätsmanagements konn-ten zuletzt bei einem Projektzur Entwicklung von Fracht-lokomotiven für den nord-amerikanischen Markt extremniedrige Fehlerraten schonbeim Serienanlauf gewährleis-tet werden.

Als weltweit aufgestellter An-bieter von Entwicklungsdienst-leistungen im Bereich Fahr-zeug und Antriebsstrang hatsich die FEV als wertvollePartner im „Global Sourcing“etabliert. Auf Basis unsererErfahrung mit internationalenZulieferern und Fertigungsun-ternehmen wählen wir ab-hängig von den geplantenStückzahlen geeignete Ferti-gungsverfahren aus und un-terstützen bei Bedarf die Fer-tigungsplanung und Integra-tion neuer Produkte in beste-hende Fertigungs-Infrastruk-turen. Umfangreiche, hausin-terne Datenbanken erlaubendie zuverlässige Ermittlungvon Zielkosten. Darüber hin-aus bieten wir technischenSupport bei Motorenherstel-lern und Zulieferern, um diekostengünstige Herstellungqualitativ hochwertiger Bau-teile sicherzustellen. Die FEV,gemeinsam mit dem Lehrstuhlleistet somit einen wichtigenBeitrag zur internationalenWettbewerbsfähigkeit unse-rer Kunden aus dem Bereichder Großmotoren.


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FROM SMALLTO LARGEABSTRACT

The Institute of Combustion Engines and FEV offerstate-of-the art development tools in the largebore engine market. Many technical solutions asoffered for automotive applications can be appliedto large diesel engines for marine, locomotive andstationary applications as well. Therefore, the ex-perience from numerous development programscan be leveraged to shorten the development pro-cess. Our portfolio of services includes the design,analysis, performance development and mechanicalvalidation. In addition, as a worldwide full-servicesupplier, we offer global sourcing support to iden-tify and develop alternate suppliers, perform costanalyses and help with manufacturing integrationand process capability improvements. Our uniqueexperience with Design for Six Sigma enables us tomeet highest standards in reliability and robustnessthat are crucial to the succes of our customers inthis market.

Abb. 2: Prototyp des neuen GEVO V16 Lokomotiv Diesel Motors

Fig. 2: Prototype of the New GEVO V16 Locomotive Diesel Engine

Dr.-Ing. Thomas Wagner



Die Anforderungen bezüglichder Ausstattung dieser Prüf-stände werden seit über 25Jahren durch die FEV Moto-ren-Entwicklungsingenieureals interne Kunden direkt be-einflusst und vorgegeben.Durch diese einzigartige Kon-stellation und durch den en-gen Kontakt zu den externenKunden sind FEV Produkte undLösungen technologisch welt-weit führend.

Die Produktpalette reicht vonMedienkonditionierungen(Kühlwasser, Öl, Verbrennungs-luft, Kraftstoff) zur Gewähr-leistung von konstanten undreproduzierbaren Versuchs-randbedingungen über Belas-tungsmaschinen und Fahrhe-belsteller bis hin zu komple-xen Messgeräten zur Erfas-sung des Kraftstoffverbrauchs,des Brennraumdruckes oderder Abgasemissionen.

Die Koordination dieser Kom-ponenten übernimmt das Prüf-standsautomatisierungssystem,der FEV TestCellManager(TCM). Neben der Versuchs-ablaufsteuerung ist der Test-CellManager TCM auch fürdie Messdatenerfassung und-auswertung verantwortlich.Die Verwaltung des gesamtenPrüffeldes, die Kapazitätspla-nung ebenso wie z. B. Mess-mittelverwaltung, erfolgt mit


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MESS- UND PRÜFTECHNIK

ZUR EFFEKTIVEN ENTWICKLUNG

VON VERBRENNUNGSMOTOREN

Abb. 1: Modularer Prüfstandsaufbau Fig. 1: Modular Test Cell Structure

FEV Motorentechnik, als ein weltweit führender Dienstleister für die Ent-wicklung von Verbrennungsmotoren, betreibt zur Erfüllung der unter-schiedlichsten Aufgabenstellungen weltweit mehr als 60 Prüfstände.Hierbei handelt es sich primär um Motoren- und Powertrainprüfstände aberauch um Prüfstände zur Erprobung von Motorenkomponenten undFahrzeug-Rollenprüfstände.

dem FEV TestFieldManagerTFM.

Die klare Gliederung des Prüf-standes in einzelne Funktions-gruppen (Abb. 1) ermöglichtdie Umsetzung eines modula-ren Ansatzes, der höchste Ef-fizienz und Effektivität des Prüf-standbetriebs gewährleistet.

Zusätzlich bietet die klareStrukturierung der Einzelkom-ponenten die Basis für einehohe Flexibilität in der Zu-sammenstellung von indivi-duellen Lösungen. Auf dieserGrundlage lassen sich in en-ger Absprache Kundenanfor-derungen in kurzer Zeit sehrkostengünstig umsetzen.

Ein Beispiel für eine solcheLösung ist der in Abb. 2 ge-zeigte Schwenkprüfstand. Die-ser Prüfstand dient zur Unter-suchung von Einflüssen aufden Ölhaushalt von Motorenbei Schräg- oder Kurvenfahr-ten. In dem Projekt wurdedem Kundenwunsch zur Re-novierung und Weiternut-zung einzelner, bereits vor-handener Komponenten ent-sprochen. Diese wurden mitneuen Einheiten aus der FEVProduktpalette ergänzt undzu einer neuen leistungsfähi-gen Einheit kombiniert.

Ein anderes Beispiel für dieflexible Lösung einer Kunden-anforderung ist in Abb. 3 dar-gestellt. Es zeigt ein Prüffeldzum Testen von Motorennach deren Montage. Hierwird die gesamte Motoren-

produktion eines Standorteszur Qualitätssicherung getes-tet. Realisiert wurde diesesPrüffeld mit modularen Con-tainerprüfständen, basierendauf dem so genannten FEVModuTainer. Diese Art derPrüfstände zeichnet sich da-durch aus, dass sie transporta-bel sind und somit die Prüf-kapazität je nach Produk-tionsvolumen und Bedarf an-gepasst werden kann. Hierzuwerden einzelne Module hin-zugefügt oder entfernt. DieModule können auch an ei-nen neuen Standort transpor-tiert und in kürzester Zeit wie-der in Betrieb genommen wer-den. Dies ergibt für den Kun-den eine hohe Flexibilität undInvestitionssicherheit.

FEV begleitet ihre Kundennach der Lieferung und Inbe-triebnahme der Anlagen durchqualifizierte Schulungen undAnlaufunterstützung vor Ort(Start-Up Support), damit dieKunden von Beginn an ihrehohe Produktionsleistung ge-währleisten können. Eine ho-he Verfügbarkeit und Werter-haltung der Anlagen wirddurch ausgeklügelte Wartungs-und Servicepläne sicherge-stellt.


114

FEV TEST CELL TECHNOLOGY

FOR DEVELOPMENT OF COMBUSTION ENGINES

ABSTRACT

FEV has many years of experience in the properand efficient operation of engine test cells. Withinour own research and development facilities, weoperate more than 60 such test cells each day. Thisexperience uniquely qualifies FEV as a highly com-petent and experienced provider of advanced testcell technology. We leverage our development ex-perience together with any successful installationsof test cell technology throughout the world to pro-vide world-class test cell technology to our customers.

FEV Test and Instrumentation serves you with a widerange of products for all needs in engine and power-train testing. During the development phase allproducts are pretested in our own test benchesunder most stringent boundary conditions. Theproducts are optimized continuously and can easilybe adapted to decisive customer needs throughtheir modular setup.

FEV would be pleased to discuss potential solutionsalso for your requirements. Abb. 3: Bandende Motoren-Prüffeld

Fig. 3: End-of-Line Engine Test Facility

Abb. 2: Kundenlösung: Schwenk-Prüfstand

Fig. 2:Customer Solution: Tilting Test Rig

Dipl.-Ing. Elmar Karrar


Aus diesem Zielkonflikt her-aus ergeben sich immer neueHerausforderungen an dieIngenieure der Fahrzeug- undMotorenentwicklung in allerWelt. Vor diesem Hintergrundveranstaltet der Lehrstuhl fürVerbrennungskraftmaschinen(VKA) gemeinsam mit demInstitut für Kraftfahrwesen(ika) der RWTH Aachen seit

nunmehr 19 Jahren dasAachener Kolloquium „Fahr-zeug- und Motorentechnik“mit zuletzt über 1600 Teilneh-mern aus mehr als 25 Ländern.

HISTORIE

Das erste Aachener Kollo-quium „Fahrzeug- und Moto-

rentechnik“ fand 1987 statt.In 41 Vorträgen wurden da-mals aktuelle Themen wie die„Steuerung und Regelungdes Zündwinkels am Otto-motor im Instationärbetrieb“,„Anforderungen und Lösungs-konzepte der Luftmassenstrom-messung“ oder das „Zwei-massenschwungrad“ vorge-stellt und diskutiert – Aufga-


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Abb. 1/Fig. 1: Eurogress Aachen, Germany

DAS AACHENER KOLLOQUIUM

„FAHRZEUG- UND MOTORENTECHNIK“

Die Komplexität und Differenzierung in der automobilen Entwicklung hat inden vergangenen 20 Jahren stark zugenommen. Gestiegene Energiekostenund Entwicklungsumfänge stehen häufig im Widerspruch zu höheren Kom-fortbedürfnissen und kürzeren Entwicklungszeiten.

benstellungen, die längst ih-ren Weg in die Großserie undsomit in nahezu jedes moder-ne Fahrzeug gefunden haben.

Damals wie heute findet einebegleitende Fachausstellungstatt. Neben der FEV Motoren-technik GmbH und dem ikawaren damals fünf weitere Fir-men vertreten und stellten ihreneusten Entwicklungen vor.

THEMENSCHWERPUNKTE

Das Aachener Kolloquium,unter der fachlichen Leitungvon Professor Stefan Pischin-ger (VKA) und Professor Hen-ning Wallentowitz (ika), adres-siert alle wichtigen Themender aktuellen Motoren- undFahrzeugentwicklung.

Neben fahrzeugspezifischenThemen wie passive Sicher-heit, Fußgängerschutz undmodernen Fahrwerkskonzep-

ten, werden neueste Ergeb-nisse in Sachen Motorenent-wicklung, Abgasnachbehand-lung sowie alternativer An-triebssysteme diskutiert.

FACHREFERENTEN

Seit dem ersten Kolloquiumgarantieren renommierte Re-ferenten aus nationaler wieinternationaler Automobilin-dustrie und Forschung inAachen für Qualität, Aktuali-tät und interessante Diskus-sionen.

Hier einige Beispiele promi-

nenter Redner:

8. Aachener Kolloquium1999

» Dr.-Ing. Joachim SchöpfBereichsvorstand Entwicklung

PKW, DaimlerChrysler AG


» Dr. Klaus BleyerVorstandsvorsitzender,

ZF Friedrichshafen AG

» Prof. host. Dipl.-Ing. WilfriedBockelmannVorstandsmitglied, Skoda Auto a.s.


» Masatamio TakimotoVorstandsmitglied,

Toyota Motor Corporation

» Dipl.-Ing. Klaus BorgmannBereichsleiter Antrieb, BMW AG


» Dr. rer. nat. Siegfried DaisGeschäftsführer,

Robert Bosch GmbH

Abb. 2: Ausstellung 14.

Aachener Kolloquium

2005

Fig. 2: Exhibition of the

14. Aachen Colloquium

2005


116

» Dr. Bernd GottschalkPräsident, VDA-Verband

der Automobilindustrie e. V.

» Dr.-Ing. Franz-Josef PaefgenVorstandsvorsitzender

von Bentley Motors Limited


» Dr.-Ing. Wolfram MörsdorfVorstandsvorsitzender,

ThyssenKrupp Automotive AG

» Dr.-Ing. Gerald WeberLeiter Truck Product Creation,

DaimlerChrysler AG

» Dr.-Ing. Gerhard SchmidtVizepräsident Globale Forschung,

Ford Motor Company

» Christian DeleplaceDirektor Entwicklung

Antriebsstrang, Renault

Neben den interessanten Fach-vorträgen bietet die große


117

» Dr. Kjell ac BergströmVize Präsident

Fiat-GM Powertrain

» Dr. Ing. Ulrich BezVorstandsvorsitzender,

Aston Martin Lagonda Ltd.


» Dr. Hyun-Soon LeeLeiter Forschung und Entwicklung,

Hyundai Motor Co.

» Dipl.-Ing. Carl-Peter ForsterVorstandsvorsitzender,

Adam Opel AG

» Dipl.-Ing. Ulrich BruhnkeVorsitzender

der Geschäftsführung,

Mercedes-AMG GmbH

» Norbert LartigueLeiter Antriebsstrang- und

Fahrwerkentwicklung,

PSA Peugeot Citroen Group

» Dr.-Ing. Michael KrämerPkw-Entwicklung Leiter

Baureihen E-/C-Klasse (EP/C)

DaimlerChrysler AG


» Dr.-Ing. Leopold MikulicLeiter Entwicklung

PKW-Motoren und Triebstrang,

DaimlerChrysler AG

» Dr.-Ing. Mario TheissenDirektor BMW Motorsport,

BMW AG

» Prof. Dr.-Ing. BurkhardGöschelVorstandsmitglied Entwicklung

und Einkauf, BMW AG

» Dr.-Ing. Bernd BohrGeschäftsführer,

Robert Bosch GmbH

» Bernhard MattesVorstandsvorsitzender,

Ford-Werke AG

Abb. 3: Prof. Pischingers

Eröffnungsrede des Fest-

abends

Fig. 3: Prof. Pischinger’s

opening speech of the

bangnet

Prof. Dr.-Ing. Burkhard

Göschel, Vorstandsmit-

glied Entwicklung und

Einkauf, BMW AG

Bernhard Mattes,

Vorstandsvorsitzender,

Ford-Werke AG

..

Fachausstellung den Teilneh-mern die Möglichkeit, mitzahlreichen internationalenFirmen aus der Automobil-und Zulieferindustrie in Kon-takt zu treten und aktuelleEntwicklungen im Detail zudiskutieren.

Ein weiterer Faktor für denErfolg der Veranstaltung istein attraktives Rahmenpro-gramm für Begleitpersonenund der mittlerweile schontraditionelle Festabend. Hierverbringen die Teilnehmer,begleitet von kulinarischenund musikalischen Höhe-punkten, in entspannter At-

mosphäre einen fröhlichenAbend in den historischenGebäuden der Stadt Aachen.


118

AACHENCOLLOQUIUM

ABSTRACT

The degree of complexity and differentiation inautomotive development has increased dramaticallyin the last 20 years. Increasing energy and devel-opment costs conflict with demands for improvedNVH levels and reduced time for development.Since it’s inception in 1987, the Aachen Colloquiumhas become one of the most important congressesconcerning the subject of automobile and enginetechnology.

The congress is marked by an increasing numberof participants, with 1600 individuals that representmore than 25 countries. This representation illustratesthe increasing level of interest shown by the auto-motive and supplier industry. The popularity of thiscongress is due to the inclusion of key topics, suchas exhaust control systems, HCCI combustion pro-cesses, design and simulation (CAE), hybrids andpedestrian safety. In addition to the congress, 86exhibitors present their products and services in anaccompanying exhibition.

KONTAKT

Lehrstuhl für VerbrennungskraftmaschinenSchinkelstraße 8, 52062 AachenTel.: +49 (0) 241/80-95359Fax: +49 (0) 241/80-92668Internet: www.vka.rwth-aachen.de

Aachener Kolloquium:E-Mail: [email protected]: www.aachener-kolloquium.de

Abb. 4: Ausstellung 14. Aachener

Kolloquium 2005

Fig. 4: Exhibition of the 14. Aachen

Colloquium 2005

Birgit Schaefer-Hamm


Aus diesem Grund wurde be-reits in den 70er Jahren dasLehrangebot des Instituts umdas „Motortechnische Semi-nar“ erweitert, welches imWintersemester 1973/74 un-ter der Leitung von Prof. Dr.-Ing. Jürgen Helling vom„Institut für Kraftfahrwesen“(ika) und Prof. Dr.-Ing. FranzPischinger vom „Lehrstuhl fürAngewandte Thermodyna-mik“ (LAT) erstmalig durch-geführt wurde.

Nach der Pensionierung Prof.Franz Pischingers und der Um-

benennung des Institutes in„Lehrstuhl für Verbrennungs-kraftmaschinen der RWTH-Aachen“ (VKA), übernahmder neue Institutsleiter Prof.Dr.-Ing. Stefan Pischinger dieLeitung des MotortechnischenSeminars.

Das Ziel dieser Veranstaltungist die Pflege der Verbindungvon Hochschulwissenschaftund Praxis. Hierzu werden injedem Semester renommiertePersönlichkeiten aus der Mo-toren- und Automobilindus-trie eingeladen, Vorträge zu

aktuellen technischen Frage-stellungen zu halten.

Ein besonderes Highlight warder Vortrag von Dr.-Ing. h. c.Felix Wankel im Sommerse-mester 1983, der Einblick indie „Marksteine bei der Ent-wicklung des Rotationskol-benmotors“ gewährte.

In jüngerer Vergangenheit re-ferierte Herr Dr.-Ing. AlbertHaas, Leiter Engine Experts &Calculation des Renault F1Team und frischgebackenerFormel 1 Weltmeister, zum


119

DAS MOTORTECHNISCHESEMINAR

Abb. 1: Vortrag im Wintersemester 2006,

Dr.-Ing. Horst Schulte, Ford Forschungszentrum Aachen

Fig. 1: Lecture, Winter 2006,

Dr.-Ing. Horst Schulte, Ford Forschungszentrum Aachen

Im Rahmen der Ausbildung am VKA wird neben der Vermittlung umfang-reichen Grundlagenwissens großer Wert auf den Praxisbezug gelegt.

Thema „Einblick in die Entwick-lung des Renault-F1-Motors“.

Daneben werden aber auchaktuelle Entwicklungen inner-halb der Automobilindustriediskutiert. So beispielsweisevon Dipl.-Ing. Gerald Killmann,Toyota Europe, im Sommer-semester 2005 zum Thema„Entwicklung des Prius Hy-bridantriebs“ und von Dr.-Ing.Horst Schulte, Ford For-

schungszentrum Aachen imWintersemester 05/06 zumThema „Zukünftige Antriebs-systeme für PKW und leichteNutzfahrzeuge“.

Das für alle Interessierte offe-ne Seminar findet auch nach33 Jahren bei Studenten hö-herer Semester, Wissenschaft-lern, aber auch bei auswärti-gen Gästen der Industrie gro-ßen Anklang.


120

ENGINE TECHNICALSEMINAR

ABSTRACT

The “Engine Technical Seminar", founded in1973/74, has a long tradition. The seminar is hostedby the Institute for Combustion Engines and itshead Prof. Dr.-Ing. Stefan Pischinger.

Advanced students, scientists from the university,and guests from the automotive industry attendthe seminar. The main purpose of the seminar is toprovide interaction between university researchand industrial development activities. Therefore,the guest speakers usually hold high rankingpositions within the automotive industry.

The seminar provides a comprehensive overview ofthe latest engine technology and related subjects.

INFORMATIONEN zum Motortechnischen Seminar:

Teilnahme kostenlos

www.vka.rwth-aachen.deoderBirgit Schaefer-HammTel.: +49 (0) 241/80-95359E-Mail: [email protected]

Abb. 2: Vortrag im Sommersemester 1983,

Dr.-Ing. h. c.. F. Wankel

Fig. 2: Lecture, Summer 1983,

Dr.-Ing. h. c.. F. Wankel

Abb. 3: Das Veranstaltungsteam Fig. 3: The Organisation Team

LEHRE UND STUDENTISCHE

BETREUUNG

Das VKA stellt sich der Herausforderung hochqualifizierte Nachwuchs-kräfte auszubilden durch ein hohes Niveau in der Lehre.

Dipl.-Ing. Yves Rosefort

E-Mail:

[email protected]

Das Studium der Fachrich-tung Verbrennungskraftma-schinen als eine mögliche Spe-zialisierung der Vertiefungs-richtung Energietechnik ver-mittelt dem Studierenden diespezifischen fachwissenschaft-lichen Kenntnisse, die für sei-ne künftige Berufstätigkeit er-forderlich sind. Dazu gibt esein reichhaltiges Angebot anLehrveranstaltungen rund umdas Thema Verbrennungs-kraftmaschinen, alternativeAntriebe sowie Kolbenarbeits-maschinen, um so auf die

vielfältigen Arbeitsgebiete desMotoreningenieurs vorzube-reiten.

Im Folgenden wird ein kurzerÜberblick über das derzeitigeLehrangebot am Lehrstuhlgegeben.

ENERGIEWANDLUNGS-MASCHINEN

Das Fach Energiewandlungs-maschinen beschäftigt sichmit den verschiedenen Prinzi-

pien der Umwandlung vonBrennstoffenergie, den Grund-lagen der Wärmekraftmaschi-ne und insbesondere des Ver-brennungsmotors mit innererVerbrennung.

VERBRENNUNGSKRAFT-MASCHINEN 1 & 2

Behandelt wird die Gesamt-heit von den thermodynami-schen Grundlagen bis hin zurAuslegung des Motors. Imspeziellen wird im ersten Teil


121

Abb. 1: Arbeitsgebiete des Motoreningenieurs Fig. 1: Working areas in the field of combustion engines

auf die Themengebiete Kraft-stoffe, Energienutzung im Mo-tor, Wärmestrom im Motor,Auslegung von Motoren, Kräf-te und Momente im Motorund Konstruktionselementedes Motors sowie im zweitenTeil auf die Themen Ladungs-wechsel, Aufladung, Emissio-nen und Abgasnachbehand-lung, Motormanagement, Ge-mischbildung und Motorakus-tik eingegangen. In Motoren-laboren werden die theoreti-schen Grundlagen an praxis-nahen Beispielen näher ge-bracht.

UNKONVENTIONELLEFAHRZEUGANTRIEBE

Die Vorlesung „Unkonventio-nelle Fahrzeugantriebe“ wirdin Kooperation mit dem In-stitut für Kraftfahrwesen ge-halten. Hierbei werden dieThemen Brennstoffzelle, An-triebsstrukturen sowie derenRegelung, alternative Kraft-stoffe und alternative Brenn-verfahren vermittelt.

KOLBENARBEITS-MASCHINEN

In der Vorlesung „Kolbenar-beitsmaschinen“ werden dieallgemeinen Förderprinzipienvon Fluiden mit entsprechen-den Beispielen vorgestellt. EinSchwerpunkt der Vorlesungliegt in der Einteilung der viel-fältigen Kolbenarbeitsmaschi-nen nach Konstruktionsmerk-malen.

AKUSTIK im Motorenbau

Es wird ein Einblick in aktuelleAspekte des akustischen Op-timierungsprozesses von Ver-brennungsmotoren gegeben.Im Einzelnen werden dieGrundlagen der Schallwahr-nehmung und Schallentste-hung sowie der Mess- undAnalysetechnik behandelt.

ELEKTRONIK an Verbrennungskraft-

maschinen

Es werden die Grundzusam-menhänge von Steuerungs-funktionen bei Otto- undDieselmotoren sowie derenAuswirkungen auf Emissionenund Verbrauch dargelegt.

Ebenfalls wird die Funktions-weise der elektronischen Steu-ergeräte, sowie deren Vernet-zung erläutert.

PRAXIS der Verbrennungsmotoren-

entwicklung für die Groß-

serie (Prof. Dr.-Ing. R. Menne)

Die Vorlesung beschreibt denEntwicklungsprozess von Ver-


122

TEACHING ANDSTUDENT SUPPORT

ABSTRACT

The specialized scientific knowledge offered in thecurriculum of the institute for combustion engines(VKA) provides the students with an opportunityto train themselves for his/her future professionalsuccess. In addition, there are many opportunitiesto learn about topics related to energy conversion,internal combustion engines, or alternative vehiclepropulsion systems. The lectures on internal com-bustion engines provide the student with an in-depth knowledge concerning the operation of theengine.

Courses Offered:» Internal Combustion Engine Fundamentals» Internal Combustion Engines I & II» Alternative Vehicle Propulsion Systems» Pumps and Compressors» Engine Acoustics» Engine Electronics» Practice of Combustion Engines Development

for High-Volume Production

Practical Applications and Close Links with Industry

The Motortechnical Seminar provides the studentswith a view of current technical developmentswithin the industry. Authoring theses or employ-ment opportunities, such as that of a research orteaching assistantship, help the students to applytheir technical knowledge. The opportunity toconduct external studies and theses provides achance for the student to work in close associationwith the industry. Regular field trips provide a



Prof. Dr.-Ing. R. Menne

brennungsmotoren für dieGroßserie von der Programm-planung bis hin zur Fertigung.Es werden die Einflüsse aufdas Lastenheft sowie die Me-thoden und Ingenieurswerk-zeuge vorgestellt und anhandvon praxisnahen Beispielenerläutert.

PRAXISBEZUG UND INDUSTRIENÄHE

Über das Lehrangebot hinauswird den Studierenden durchdas während der Semesterstattfindende Motorentech-nische Seminar Einblick inaktuelle Entwicklungen derIndustrie gegeben. Studien-und Diplomarbeiten sowieStellen als wissenschaftlicheHilfskraft ermöglichen zudemdie Umsetzung von Erlern-tem. Bei diesen Arbeiten lerntder Student in Forschungs-arbeiten sowie Industriepro-jekten die berufliche Praxiskennen. Er arbeitet selbstän-dig an Projekten ohne jedochauf Hilfestellung und Unter-stützung verzichten zu müs-sen. Da hierbei auch Kontaktezur Industrie geknüpft wer-den, ist häufig ein direkterEinstieg in ein Unternehmennach dem Studium möglich.Die jährlich vom Lehrstuhlorganisierten Exkursionen run-den das Angebot ab.

Zusammenfassend wird soeine ausgezeichnete Vorberei-tung auf den Arbeitsmarktsichergestellt, da sowohl dietheoretischen Grundlagen mitPraxisbezug vermittelt wer-

den als auch nationale undinternationale Kontakte zurIndustrie ermöglicht werden.

Einblicke in die Arbeiten desLehrstuhls werden den Stu-denten im Rahmen des Pa-tenschaftprogrammes sowiebei Führungen durch denLehrstuhl geboten. Dabeiwerden die Prüfstandtechnikeinerseits und die Ziele vonProjekten anderseits im Detailvorgestellt.

INTERNATIONALESSTUDIUM

Eine Zeit während des Stu-diums im Ausland zu verbrin-gen ist in vielerlei Hinsicht einentscheidender Vorteil. Es bie-tet die Möglichkeit, neue Kul-turen, insbesondere auch Ar-beitskulturen, kennen zu ler-nen und Sprachkenntnisse zuverbessern. Angeboten wer-den nicht nur Kontakte zuausländischen Unternehmenund Universitäten, die Prak-tika, Studien- und Diplomar-beiten anbieten, vielmehr istes auch möglich, sich Vorle-sungen anderer Universitätenanerkennen zu lassen und so-mit sein Studium im Auslandfortzusetzen. Auch die ange-botenen internationalen Mas-terprogramme tragen zu die-ser Internationalisierung bei.Durch das ECTS (EuropeanCredit Transfer System) dasmehr als 1000 europäischeUniversitäten verwenden, wirdausländischen Studenten eben-falls ermöglicht ihr Studium


125

further opportunity to gain knowledge aboutdifferent industries and activities. The experiencesthe student receives provide an excellent prepa-ration for the job market, since the curriculum isbased on theoretical knowledge, practical application,as well as close cooperation with the industry.

International Student Exchange Programs

The external study programs with foreign universitiesprovide an added advantage. It offers the possibilityto get to know new cultures and improve languageproficiency. External study programs not only offeropportunities for internships, mini and master thesisat foreign universities or industries, but they alsoprovide the student a chance to select certain re-cognized lectures offered by these foreign universities.

durch Vorlesungen des VKAan der RWTH weiterzufüh-ren.

Durch Abstimmung der Vor-lesungen mit anderen Univer-sitäten wird eine bestmög-liche Kompatibilität des Stu-diums, unter Beibehaltung derIndividualität der Vorlesun-gen, erreicht.

Die hohe Ausbildungsqualitätdes VKA führte auch dazu,dass inländische und auslän-dische Universitäten im Rah-men von Kooperationsver-trägen an einem Austauschmit dem VKA bezüglich derErstellung ihrer Lehrinhalteinteressiert sind.

MASTERPROGRAMM AM VKA

Dipl.-Ing. Christian Bücker


Ziel der sogenannten Master-studiengänge ist, die Grenzendes qualifizierten Ausbildungs-angebotes der technischenHochschule auf junge Studie-rende aus dem Ausland, diebereits einen ersten ingeni-eurswissenschaftlichen Hoch-schulabschluss besitzen, aus-zuweiten und damit der stei-genden Anforderung nachMobilität und Flexibilität sei-tens der Industrie Rechnungzu tragen.

Die an der RWTH sowohl inenglischer als auch in deut-scher Sprache angebotenenMasterprogramme erstreckensich über die FachbereicheMaschinenbau, Elektrotech-nik, Chemieingenieurwesenbis hin zur Informatik. DerFakultät für Maschinenwesenobliegt die Betreuung der vierProgramme Automotive Sys-tems Engineering, SimulationTechniques, Production Engi-neering und Energy Engineer-

ing. Letzteres wird seit nun-mehr fünf Jahren durch denLehrstuhl für Verbrennungs-kraftmaschinen durchgeführt.In diesem zweijährigen Pro-gramm wird den Studentenein tiefgehendes Verständnisfür Energietechnik, Energiean-lagen und Prozesse der Ener-giegewinnung vermittelt. Imspeziellen konzentriert sichdie Ausbildung auf heutigeAnwendungen industriellerForschung und Entwicklung


126

Im Jahr 1999 wurde mit der Einführung von internationalen Studiengängenan der RWTH Aachen begonnen.

Abb. 1: Masterprogramme der RWTH Aachen Fig. 1: Master Programs of the RWTH Aachen

der Energieproduktion, Energiewandlungund Energieverteilung. Dazu gehören vor al-lem die Disziplinen Thermodynamik, Strö-mungslehre, Wärmeübertragung, Verbren-nung, Energiewandlungsmaschinen sowieMess- und Regelungstechnik.

Neben den rein akademischen Pflichtteilenbesteht das Programm aus Praktika und wis-senschaftlichen Arbeiten, in denen dieStudenten zur Lösung anwendungsbezoge-ner Probleme angeleitet werden. Hierbeiwerden insbesondere die Fähigkeiten desArbeitens und Kommunizierens in Projekt-teams geschult. Die im Allgemeinenbekannte industrienahe Forschung derRWTH und des VKA erlaubt ein stets aktuel-les Kurrikulum auf höchstem Niveau in allenBereichen.

Jedes Jahr gehen eine Vielzahl von Bewer-bungen aus dem Ausland ein, von denennur ein Teil den strengen Auswahlkriteriengenügt und zum Masterprogramm zugelas-sen wird.


127

MASTER PROGRAMS

ABSTRACT

In 1999, RWTH Aachen established international courses to ex-pand the frontiers of qualified, modern education to young for-eign students in the field of engineering. Therefore, this programallows RWTH Aachen to respond to the growing demands ofmobility and flexibility within the industry.

Master programs at the RWTH Aachen are taught in Englishlanguage and include faculties from such departments as me-chanical engineering, electrical engineering, chemical engineeringand computer science. The Institute for Combustion Engines(VKA) has guided four programs in mechanical engineering forthe last five years, which included Automotive Systems Engineer-ing, Simulation Techniques, Production Engineering and EnergyEngineering (Combustion Engines). This two year program buildsupon the existing qualifications of the students and facilitates adeepening of their knowledge in energy technology, energysystems, and energy-related processes. It particularly focuses onindustrial research and development practice, modern energyproduction and the conversion and distribution processes. Theprograms also work to effectively strengthen the student’s skill inthe leading and functioning of project teams and the ability tocommunicate effectively. Through extensive laboratory experience,the graduate will be able to undertake fundamental and appliedresearch, while being able to identify and communicate the resultsof the research. Lectures are provided for all of the disciplineswithin Energy Engineering, including thermodynamics, fluiddynamics, heat transfer, energy conversion technology, combus-tion, control management, and system planning and organization.The RWTH is known for its continuous and innovative research inall areas of engineering, which ensures that the Energy Engineer-ing curriculum is always up-to-date and maintained to the highestlevel.

Every year numerous applications are received from studentsfrom foreign countries, but only a small amount of them areaccepted into this prestigious program.

Abb. 2: Herkunft der Masterstudierenden Energy Engineering

Fig. 2: Origin of MSc Energy Engineering students


128

STUDIEREN AM VKA

AUS SICHT EINES STUDENTEN

Dipl.-Ing. Jörg Karstedt


Mein Name ist Jörg Karstedt,und ich habe kürzlich meinMaschinenbau-Studium ander RWTH abgeschlossen.Durch meinen Oldtimer, ei-nem Fiat 500, habe ich michentschieden, die Vertiefungs-richtung Verbrennungskraft-maschinen für das Hauptstu-dium zu wählen. Zusätzlichwar mein Interesse an alter-nativen Antriebskonzeptenwie der Brennstoffzellentech-nologie, die ich auch im Rah-men einer Studienarbeit amVKA untersucht habe, fürmich ausschlaggebend.

Besonders überzeugend fandich dabei das breite Lehrange-bot am VKA, das neben denGrundlagenfächern Verbren-nungskraftmaschinen, Ener-giewandlungsmaschinen undKolbenarbeitsmaschinen Ver-anstaltungen wie Elektronikan Verbrennungsmotoren,Akustik im Motorenbau oderUnkonventionelle Fahrzeug-antriebe abdeckt. Durch ak-tuelle Beispiele und mitge-brachte Anschauungsmateria-lien gestalteten die Dozentendie Vorlesungen des VKA in-teressant und waren anschlie-

ßend auch immer gern bereit,offene Fragen und weiterfüh-rende Punkte mit den Studen-ten zu diskutieren. Anhandder detaillierten, aktuellenSkripte hatte man die Gele-genheit, den Vorlesungsinhaltjederzeit auch daheim nach-vollziehen zu können.

Assistenten der entsprechen-den Fachgebiete hielten dieÜbungen ab, die es den Stu-denten ermöglichten, den Vor-lesungsstoff aufzubereiten undanhand von Beispielaufgabeneinen tieferen Einblick in die


129

Abb. 1: VKA-Hauptgebäude Fig. 1: VKA main building

Thematik zu erhalten. Das hatmir sehr bei meinen Klausur-vorbereitungen geholfen.

Gerne erinnere ich mich auchan die Vorlesung „Praxis derVerbrennungsmotorenentwick-lung für die Großserie“, ver-bunden mit der Exkursion zueiner Teststrecke in Belgien.Dort konnten die Studentenein reales Benchmarking ver-schiedener Fahrzeuge durch-führen und sich von Test-fahrern das Fahrzeughandlingin Grenzsituationen zeigenlassen. Diese Kombination ausgut vermittelten theoreti-schen Hintergründen und Be-zug zur Praxis machte dasStudieren am VKA besondersinteressant.

Die Exkursion in der Pfingst-woche, eine feste Einrichtung,bei der eine Gruppe von 15bis 20 Studenten vier Tagelang Firmen aus der Automo-bilbranche besucht, war einHighlight meines Studiums.So hatten wir zum Beispiel dieGelegenheit, die Motorenfer-tigung der Volkswagen AG inSalzgitter zu besichtigen. Eswar sehr interessant, einenBlick hinter die Kulissen desFertigungsablaufs werfen zukönnen und diesen einmal„hautnah“ zu erleben.

Neben der Lehre finden sichsowohl am Institut für Ver-brennungskraftmaschinen alsauch bei der FEV Motoren-technik GmbH immer interes-sante Studien- und Diplom-arbeitsstellen sowie spannen-


130

STUDYINGAT THE VKA

ABSTRACT

Hello, my name is Jörg Karstedt and I recently graduatedfrom the RWTH Aachen. After completing my pre-diploma,which covered the basic courses in mechanical engineering,I decided to study Combustion Engines at the VKA as mymajor. I am interested in automobiles and engine techno-logy, given the fact that I am in the process of restoring anold Fiat 500. I also decided to sturdy alternative propulsionconcepts like fuel cell technology, which I was working onfor my mini-thesis at the VKA.

The wide range of lectures offered at the VKA is especiallycompelling, which covers fundamental courses like InternalCombustion Engines, Energy Conversion Systems andPumps and Compressors. Additionally, specialized coursessuch as Engine Electronics, Engine Acoustics and Alter-native Vehicle Propulsion Systems are also offered. VKA’slectures are really interesting, due to up-to-date examplesand illustrative materials that are provided. Prof. Pischingeris always prepared for a discussion with the students ifthere are questions or further topics in which the studentsare interested. The VKA also publishes lecture notes, whichare especially useful in preparing for the lectures and agreat resource for your thesis. In addition to the lectures,the assistants review the main topics of the lectures duringthe exercises and set up interesting scenarios, which aresolved by the students. These exercises are a great helpwhen you are preparing for the exams. If you encounterproblems, there are regular consultation hours where youwill find support.

Another highlight is the lecture ‘Practice of CombustionEngine Development for Mass Production, which includes afield trip to a vehicle test track in Belgium. At the testtrack, students can benchmark a variety of different cars



131

and are shown vehicles performing at the handling limitsby experienced test drivers. The combination of theoreticalbackground and hands-on experience is a particularly inter-esting aspect of studying at the VKA.

The MTS, a seminar in which representatives of the majorOEMs are present, is an opportunity for the students toobserve the most recent research and development, as wellas it is another chance to hear about the latest news andtrends. In addition, there is a four day field trip where 15to 20 students tour different corporate facilities within theautomotive industry. We visited the Volkswagen enginemanufacturing plant in Salzgitter, where we received afactory tour and observed the production sequence, whichwas explained to us in great detail. This semester, a trip toItalia, visiting Ferrari, Ducati and Fiat was organized.

Apart from the lectures, there are great opportunities forinteresting theses as well as exciting temporary jobs at theInstitute for Internal Combustion Engines and at the FEVMotorentechnik, where you are integrated into ongoingresearch projects and get a chance to apply your skills.Support is provided by the teaching assistants and theextensive library of the institute as a source for technicalliterature for your work. The cooperation received from thetechnicians and the working climate at the VKA is excep-tional. There are also Christmas and summer parties heldwhere you get to know a lot of people.

The VKA also offers an exchange programs with Detroit,USA, Milan, Italy and the Institute de Petrole near Paris,France. These exchange programs are a great opportunityto do an internship or write a thesis abroad and get toknow different people and cultures.

Studying at the VKA is a diverse mixture of interestinglectures, exciting field trips and presentations of ongoingresearch and development. You are offered a variety oftopics for your thesis and you can find an interesting job atthe VKA while you are studying. You will find a tremen-dous amount of support from your professors as well asfrom the assistants. They are highly motivated and alwaystake the time to answer any question you might have. I amreally satisfied with my studies at the VKA and I can onlyrecommend it!

de „Hiwijobs“. Hierbei erhältman die Gelegenheit, in ak-tuelle Forschungsprojekte miteingebunden zu werden undGelerntes anzuwenden. Auchdie Zusammenarbeit mit Tech-nikern und Prüfstandsfahrerngehört zum Studium und fandin einer entspannten, kon-struktiven Arbeitsatmosphärestatt.

Ein Auslandsaufenthalt imRahmen des Studiums ist un-ter anderem in Detroit/USA,an der Universität Mailand/Italien oder am InstituteFrancaise de Petrole bei Paris/Frankreich über das VKAmöglich. Dort kann man dasvorgeschriebene Industrie-praktikum oder Studien- be-ziehungsweise Diplomarbei-ten durchführen.

Als Student bekommt manam VKA eine tolle Mischungaus interessanten Lehrveran-staltungen, spannenden Ex-kursionen und Vorträgen zuaktuellen Forschungs- sowieEntwicklungsschwerpunktengeboten und findet eine gro-ße Auswahl an Studien- undDiplomarbeitsthemen. Die Be-treuung während meiner Stu-dienzeit war sehr gut, sowohlProfessor Pischinger als auchdie Assistenten waren immerengagiert und hilfsbereit undnahmen sich stets Zeit fürFragen und weiterführendeDiskussionen. Das Studiumam VKA kann ich daher un-eingeschränkt weiterempfeh-len!

WERKSTATT- UND LABORBEREICHE

Dipl.-Ing. Reinhard Köhler


Ebenso vielfältig und an-spruchsvoll wie die immerneuen Fragestellungen und zubearbeitenden Forschungs-aufgaben sind die an die Mit-arbeiter gestellten Anforde-rungen.

Für einen erfolgreichen undeffizienten Prüfbetrieb sindfolgende Kompetenzbereicheeingerichtet:

» Messtechnik/Betrieb:zuständig für den reibungs-freien Ablauf der Prüfstands-untersuchungen und damitals Querschnittsabteilungfür den gezielten Ressour-ceneinsatz verantwortlich.Daneben ist der Bereich fürdie zunehmend komplexenund vielfältigen Messtech-niken verantwortlich, wasneben der Installation und

Wartung auch die regelmä-ßige Kalibrierung und Markt-analyse umfasst.

» Elektrik: deckt sowohl den Bereichder Prüfstandselektrik ab,der nicht zuletzt aufgrundzunehmend automatisierterSteuerung- und Regelein-heiten immer aufwändigerwird, als auch den heutzu-


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Abb. 1: Mitarbeiter der Werkstätten Fig. 1: Employees of the laboratories

Am Lehrstuhl für Verbrennungskraftmaschinen sind in sechs Werkstatt- undLaborbereichen insgesamt 50 hoch qualifizierte, motivierte und engagierteMitarbeiter tätig, die seit Jahren das Rückgrat einer erfolgreichen For-schungs- und Entwicklungsarbeit der Wissenschaftler darstellen.

tage sehr wichtigen Bereichder elektrischen und elek-tronischen Bauteile bei mo-dernen Motoren mit den da-mit verbundenen Applika-tionswerkzeugen.

» Elektronik:betreut die Automatisie-rungssysteme, die eine hö-here Nutzung der sehr inve-stitionsintensiven Prüfstands-ressourcen ermöglichen. Da-mit einhergehend könnendurch umfangreiche Regel-und SteuerungsfunktionenErgebnisse innerhalb deut-lich reduzierter Toleranz-breiten mit hoher Reprodu-zierbarkeit erzielt werden.

» Abgasmesstechnik: wesentlicher Treiber derWeiterentwicklung von ver-brennungsmotorischen An-trieben waren und sind einerhöhtes Umweltbewusst-sein und ständig verschärfteAuflagen im Hinblick aufdie Schadstoffemissionen.Ergebnis dieser Entwicklungist eine zunehmende Kom-plexität der einzusetzendenAnalytik für Minimalemis-sionen, für dessen Einrich-tung, Bedienung und regel-mäßige Wartung es einesExpertenteams bedarf. Da-bei sind neben den heutzu-tage limitierten Emissionenauch die Emissionen nichtlimitierter Komponenten zuuntersuchen.

» Prüfstandswerkstatt:bildet das Rückgrat derPrüfstandsuntersuchungen

mit dem mechanischen Auf-bau der Versuchsträger. DieEinführung immer neuerTechnologien in unterschied-lichsten Teilgebieten des Ver-brennungsmotors (z. B. Me-chanik, Einspritzsysteme,Ladungswechselsysteme,Hybrid) erfordert danebenein hoch flexibles Team fürdie anstehenden Umbautenund die Betreuung der Test-motoren.

» Mechanische Werkstatt: da die Forschungs- undEntwicklungsarbeiten häu-fig Prototypenteile erfor-dern, ist es für den Lehr-stuhl unerlässlich, auf einTeam von Experten zurück-greifen zu können, um sokurzfristig und flexibel aufverschiedene Aufgabenstel-lungen reagieren zu kön-nen. Dabei entstehendespezielle Anforderungen andie zu fertigenden Bauteilemüssen kompetent bearbei-tet werden.

Erst das perfekte Zusammen-spiel aller Bereiche ermöglichteine erfolgreiche Bewältigungder Aufgabenstellungen undbietet einerseits die Basis fürerfolgreiche Forschung undEntwicklung, ermöglicht an-dererseits aber auch eine kon-kurrenzfähige Umsetzung vonneuen Aufgabenstellungenam Lehrstuhl für Verbren-nungskraftmaschinen.


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LABORATORIES

ABSTRACT

A total of 50 highly skilled, motivated, and dedicatedpeople are working in six technical support areasof the institute. These individuals have formed theessential backbone of the institute’s extensive ex-perience and success in combustion engine researchand development work from its inception. Thevarious day-to-day challenges in different researchprojects are the areas of expertise for the VKAstaff. The VKA facility and laboratory structure isdivided in the following competence fields:

» Technical equipment, instrumentation, and installation

» Laboratory and engine/vehicle electronics» Electronics and test bench automation» Exhaust gas emission analysis» Engine set-up» Machine shop

Cooperation and teamwork between the differentdisciplines is an essential key for successful researchwork for meeting today’s steadily increasing demandsand requirements of the worldwide automotiveindustry.


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The Acoustic Camera - The Original. - acoustic-camera.com · 2014-06-16 · The History of the Institute 19 DER FREUNDESKREIS … 22 The FVK (Circle of Friends for the Institute for