Ausgabe 01/2002 NEWSTICKER NEWSTICKER FORSCHUNG ...

Ausgabe 01/2002
Der neue VKA Newsletter INFORM ist da. Informieren Sie sich über die neusten Entwicklungen
am Lehrstuhl für Verbrennungskraftmaschinen. Über Anregungen und Kommentare zu
den Beiträgen würden wir uns sehr freuen.
Newsticker 1
Forschung & Technik 1 - 4
Lehre 4
VKA Intern 5
Events 5/6
Impressum 6
NEWSTICKER
Im Rahmen der durchgängigen Digitalisierung
des RWTH-Telefonnetzes wird der Lehrstuhl
derzeit mit neuen Telefonapparaten ausgestattet.
Einige Mitarbeiter erhalten in diesem Zusammenhang
neue Telefonnummern.
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Veranstaltung „Einblicke/Ausblicke“ des CAR e.V.
am 20.04.2002, 11:00 – 17:00 im Technologiezentrum
Europaplatz. 25 CAR e.V. Mitglieder
stellen hier aus, unter anderem der VKA und die
FEV. Besucher sind herzlich willkommen. Weitere
Infos: www.car-aachen.de
FORSCHUNG & TECHNIK
Luftversorgungssystem für das
HyPower Brenstoffzellen-
Demonstrationsfahrzeug
In Zusammenarbeit mit der Volkswagen AG,
dem Paul-Scherrer-Institut (Schweiz), der FEV
und dem VKA wurde das Brennstoffzellen-
Demonstrationsfahrzeug Hy.Power entwickelt,
realisiert und getestet. Das Fahrzeug basiert auf
einem VW Bora und kann folgendermaßen beschrieben
werden:
•=
•=
Druckwasserstoff als Treibstoff
Innovatives Luftversorgungsystem und Befeuchtungskonzept
mit Wassereinspritzung
Aufbauend auf langer Erfahrung in Design und
Auslegung von Komponenten für Brennstoffzellensysteme,
wurden von FEV und VKA die komplette
Luftversorgung sowie das Befeuchtungssystem
für den Bora „Hy.Power“ realisiert, getestet
und optimiert. Simulationssoftware und
Hardware-in-the-Loop Messungen wurden eingesetzt,
um Zeit und Kosten zu sparen. Es wurde
insbesondere an folgenden Aufgaben gearbeitet:
•=
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•=
•=
•=
Auslegung eines geeigneten Laders und Integration
einer Wassereinspritzung direkt in
den Verdichter
Entwicklung eines intermittierend einspritzenden
elektromagnetischen Ventils für Betrieb
mit deionisiertem Wasser
Auswahl eines leichten und kleinvolumigen
Elektromotors als Antrieb für den Kompressor
Auslegung einer Startluftversorgung
Optimierung der Geräuschemissionen
Entwicklung einer Regelungsstrategie für die
Befeuchtung und Auswahl der benötigten
Sensoren
•= Hybrides Konzept mit PEM Brennstoffzelle
und Hochleistungskondensatoren (Supercaps)
•= 6 PEM Brennstoffzellenstacks mit jeweils 125
Einzelzellen und 48 kW Maximalleistung
•=
Innovatives Stackdesign mit spritzgepressten
Bipolarplatten
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Das Luftversorgungssystem wurde mit besonderem
Augenmerk auf Systemeffizienz und transientes
Betriebsverhalten ausgelegt. Nach einem
Einlassfilter wird die Luft mit Kühlwasser aus
dem Stack vorgewärmt, um genügend Energie
für die Verdampfung des Wassers in das System
einzukoppeln.
Die Leistungsfähigkeit des Hy.Power Brennstoffzellen-PKW
wurde bei Minusgraden (-10 °C) bei
einer Fahrt über den Simplon-Pass in der
Schweiz (Höhe 2005 m ü.N.N.) am 16. Januar
2002 unter Beweis gestellt.
Kontakt:
Dipl.-Ing. Carsten Schönfelder
Tel.: +49 241 5689 845
Fax: +49 241 5689 7845
schoenfelder@vka.rwth-aachen.de
Projekte
Rußemissionsmodell
Ein intermittierend arbeitendes Einspritzventil
wurde in den ausgewählten Schraubenkompressor
integriert. Dieser Ansatz ermöglicht eine
leichte Wirkungsgradverbesserung der Kompression
und gewährleistet exzellentes dynamisches
Verhalten. Im Gegensatz zu passiven sogenannten
Membranbefeuchtern können die Eintrittsbedingungen
in die Brennstoffzelle in jedem
Betriebspunkt genau geregelt werden.
Um das Brennstoffzellensystem mit dem 12V-
Bordnetz zu starten, wurde parallel zum Kompressor
eine Luftversorgung für den Systemstart
integriert. Ein Überdruckventil vor dem Stack
kontrolliert den Betriebsdruck. Eine angepasste
Regelstrategie, sowie alle hierfür benötigten
Sensoren und Aktuatoren ermöglichen den sicheren
und hocheffizienten Betrieb des Systems
sowie ein gutes transientes Betriebsverhalten.
Schwerpunkt bei der Dieselmotorenentwicklung
ist es derzeit, die Emissionen durch innermotorische
Maßnahmen so zu verringern, dass sich der
Aufwand für Abgasnachbehandlungskonzepte
reduziert oder diese sogar ganz eingespart werden
können. Da die im Abgas eines Dieselmotors
gemessene Rußemission das Resultat von
Rußbildungs- und Oxidationsvorgängen ist, wurde
das am VKA erarbeitete Modell zur Rußoxidation
im aktuellen FVV-Vorhaben „Rußemissionsmodell“
um den Mechanismus der Rußbildung
ergänzt.
Das jetzt vollständige Modell erlaubt es auf einfache
Weise, die Rußemission zukünftiger Motorkonfigurationen
abzuschätzen. Um die notwendigen
Eingabegrößen für das Rechenmodell
zu erhalten, wurden umfangreiche experimentelle
Untersuchungen durchgeführt. In Ergänzung
zu der am VKA bereits mehrfach erfolgreich eingesetzten
schnellen Gasentnahme-Messtechnik
wurde die Laser-Induzierte Inkandeszenz-Messtechnik
(LII) appliziert. Die LII-Technik erlaubt
es, qualitativ die zweidimensionale Rußvolumenkonzentration
im Brennraum zu messen. Im
Rahmen dieses Vorhabens ist es mit der LII-
Messtechnik weltweit zum erstenmal gelungen,
den gesamten Prozess der motorischen Rußformation,
bestehend aus Bildungs- und Oxidationsphase,
an einem hochtransparenten Dieselmotor
zu vermessen. Die Daten wurden darüber
hinaus mit Hilfe der schnellen Gasentnahmetechnik
kalibriert, eine Methode, die ebenfalls als
bisher einzigartig angesehen werden kann.
Aus den so gewonnenen Ergebnissen konnten
direkte Erkenntnisse zur Emissionsminderung
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von Ruß im Dieselmotor abgeleitet werden, außerdem
wurden sie als Abgleich für das numerische
Rechenmodell verwendet. Die rechnerischen
Ergebnisse des „Rußemissionsmodells“
entsprechen in ihren Größenordnungen und
qualitativen Unterschieden zueinander gut den
mittels Gasentnahme und LII gemessenen Werten.
Das Modell liefert plausible Rechengrößen.
Damit kann das Vorhaben „Rußemissionsmodell“
durchaus als erfolgreich abgeschlossen betrachtet
werden.
Kontakt:
Dipl.-Ing. Michael Becker
Tel.: +49 241 80 95352
Fax: +49 241 80 92630
becker@vka.rwth-aachen.de
Motor-Getriebe-Akustik II
Die akustische Optimierung von Maschinen wird
in der Regel durch Optimierung von Einzelkomponenten
durchgeführt. Dabei kann das Phänomen
auftreten, dass die als Einzelkomponenten
getrennt entwickelt und optimierten Baugruppen
im Gesamtsystem unerwünschte und unvorhergesehene
Geräusche verursachen. Im FVA/FVV-
Forschungsvorhaben „Akustische Untersuchungen
im Gesamtsystem Verbrennungsmotor-
Getriebe II“ ist die im Vorgängerforschungsvorhaben
erarbeitete Rechenmethodik zur Berechnung
des akustischen Verhaltens des gekoppelten
Systems Motor-Getriebe um wesentliche
Punkte erweitert worden. Dabei wurde besonderes
Augenmerk auf die gekoppelte Dynamik hinsichtlich
Biegung und Torsion von Kurbelwelle
und Getriebewellen gelegt. Die Untersuchungen
gliederten sich in Versuch und Simulation. Berechnungen
zur Ermittlung von Anregungsmechanismen
erfolgten mit der Methode der Mehrkörpersimulation
(MKS) unter Verwendung der
Software „Adams/Engine“; Körperschallpegel
wurden mittels Finite-Elemente-Methode berechnet.
Versuchsträger war ein PKW 4-Zylinder Otto-
Reihenmotor mit Zweimassenschwungrad. Aus
Nahfeldintensitätsuntersuchungen geht hervor,
dass 70% der Gesamtschallleistung auf den Motor
und nur 30% auf das Getriebe zurückzuführen
sind. Ferner zeigt die Auswertung der einzelnen
Aggregatflächen, dass die Verzahnungsstufe
des Konstantgangs sowie die Anregung
durch den Zahneingriff der Steuerkette die dominierenden
Einzelfrequenzen in den Nahfeldintensitäten
beider Teilaggregate darstellen. Diese
Interaktionen können ebenfalls in den durchgeführten
Berechnungen nachgewiesen werden.
Herauszustellen ist, dass die Weiterleitung dieser
Resonanzen nicht über das Laufzeug, sondern
primär über die Gehäusestrukturen erfolgt - im
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Wesentlichen vom Motor auf das Getriebe. Dies
kann durch Berechnungen am Antriebsstrang
verifiziert werden. Über das Laufzeug werden
weder Einflüsse aus dem Steuertrieb auf das
Getriebe noch Zahneingriffsordnungen des Getriebes
auf den Motor übertragen. Das Zwei-
Massen-Schwungrad wirkt hier also als Filter.
Weitere Berechnungsergebnisse zeigen, dass die
Anregung des Gesamtaggregates durch die Motorordnungen
dominiert wird.
Des Weiteren ließ sich in den Simulationsberechnungen
kein signifikanter Einfluss der Biegedynamik
auf die Lagerreaktionskräfte im Getriebe
nachweisen. Das bedeutet, dass bei dem
untersuchten Versuchsträger die Lagerreaktionskräfte
und damit die Anregung im Getriebe
weitgehend unbeeinflusst von der Biegedynamik
der Kurbelwelle sind.
Abschließend wurde das hier ermittelte Berechnungsverfahren
auf den Versuchsträger des Vorgängerforschungsvorhabens
„Akustische Untersuchungen
im Gesamtsystem Verbrennungsmotor-Getriebe
I“ (NKW 4-Zylinder Diesel-Reihenmotor)
angewendet. Durch die detailliertere
Abbildung der Anregungsmechanismen konnten
bessere Übereinstimmungen mit den Ergebnissen
der experimentellen Untersuchungen nachgewiesen
werden.
Kontakt:
Dr.-Ing. Christoph Steffens
Tel.: +49 241 5689 844
Fax: +49 241 5689 119
steffens@fev.de
LEHRE
Allgemeines
Im Laufe des vergangenen Wintersemesters
wurde das neue „CAMPUS“-System im Intranet
der RWTH eingeführt und dient nun als zentrales
Informationsmedium bzgl. aller Lehrveranstaltungen
der RWTH, aller Studiengänge (auch
Master), der Hörsaalverteilung und -reservierung
wie auch als zentrales Personal- und Kommunikationsverzeichnis.
Teile der erfassten Informationen
stehen auch allgemein, d.h. extern, über
die Internetseiten der RWTH zur Verfügung. Die
direkte Webadresse lautet:
www.rwth-aachen.de/zentral/campus_index.html
Aktuelle Informationen zu unseren Vorlesungen
finden Sie auf unserer Website:
www.vka.rwth-aachen.de
Masterstudiengänge
Die beiden Masterstudiengänge „Energy Engineering“
und „Automotive Systems Engineering“
sind im vergangenen Semester äußerst erfolgreich
an- bzw. weitergelaufen. Die Hörerzahl in
der Vorlesung „Internal Combustion Engine
Fundamentals“ lag bei etwa 45, in „Internal
Combustion Engines II“ bereits bei 7 Hörern.
Weitere Informationen zu den Masterstudiengängen
finden Sie unter:
www.rwth-aachen.de/zentral/sul_master.htm
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VKA INTERN
Jubiläen / Verabschiedungen
Unser Werkstattleiter Herr Dieter Satzkowski
beging zum 15.10.2001 sein 25-jähriges Jubiläum
in den Diensten der RWTH Aachen.
Unser Mechaniker Herr Heinz Plum ging zum
31.01.2002 in den wohlverdienten Ruhestand.
Beide Anlässe waren Grund genug, am 31.01.
2002 eine rauschende Institutsfeier auszurichten.
Baumaßnahmen
Die Flurdurchbrucharbeiten in der 5. Etage des
Lehrstuhls wurden zwischenzeitlich abgeschlossen
und der nunmehr leicht verkleinerte Seminarraum
erstrahlt in neuem Glanz.
für Verbrennungskraftmaschinen (VKA) der
RWTH Aachen hat sich das Aachener Kolloquium
zu einem der mittlerweile größten europäischen
Kongresse im Bereich Fahrzeug- und Motorentechnik
entwickelt. Wir durften im Jahr 2001
wieder mehr als 1300 Gäste aus über 20 Ländern
begrüßen.
Ein Höhepunkt des Kolloquiums stellen die Plenarsessionen
dar, die im letzten Jahr erstmals
diskutiert wurden. Plenarvortragende waren
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Dr.-Ing. Karl-Ulrich Köhler
Vorstandsmitglied Thyssen Krupp Stahl AG
Masatami Takimoto
Vorstandsmitglied Toyota Motor Corporation
Dr.-Ing. Franz-Josef Paefgen
Vorsitzender des Vorstands Audi AG
Dipl.-Ing. Klaus Borgmann
Bereichsleiter Antrieb BMW AG
Chuck Heine
Vorsitzender Motorsysteme Dana Corporation
•= Georg Kacher
freier Journalist
Neben dem Vortragsteil hat sich die begleitende
Fachausstellung als ein wesentliches Element
des Aachener Kolloquiums etabliert. Auf einer
Fläche von ca. 1700 m² stellten beim 10. Kolloquium
über 80 Aussteller ihre Exponate aus.
Nachlese:
www.rwth-aachen.de/ac-kolloquium
11. Aachener Kolloquium
„Fahrzeug- und Motorentechnik“
EVENTS
10. Aachener Kolloquium
„Fahrzeug- und Motorentechnik“
08. – 10. Oktober 2001
Eurogress, Aachen
Unter der gemeinsamen Leitung des Instituts für
Kraftfahrwesen Aachen (ika) und des Lehrstuhls
Ankündigung:
07. – 09. Oktober 2002
Eurogress, Aachen
Auch in diesem Jahr werden auf dem Kolloquium
wieder aktuelle Themen der Motor- und Fahrzeugtechnik
behandelt und ausführlich diskutiert.
Als Beispiele seien neue direkteinspritzende
Otto- und Dieselmotoren, Abgasnachbehandlungs-
und Motorsteuerungskonzepte sowie
neue Erkenntnisse auf dem Gebiet aktiver Fahrwerke
und moderner Lenkungssysteme als auch
Herausforderungen und Trends bei Fahrerassis-
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tenz- und anderen sicherheitsrelevanten Systemen
genannt.
Aktuelle Informationen auf der Aachen Kolloquium-Website:
www.rwth-aachen.de/ac-kolloquium
Informationen / Tagungsbände / Programm:
Melanie Adam
Tel.: +49 241 80 95359
Fax: +49 241 80 92668
adam@vka.rwth-aachen.de
Motortechnisches Seminar
Sommersemester 2002
Montag, 22. April 2002; 18:00 Uhr
Ph.D. Hiromitsu Ando
Executive Officer
Mitsubishi Motors Corporation
„Keyword for Future Combustion Engines“
Montag, 27. Mai 2002; 18:00 Uhr
Dr. Günther Herdin
Leiter Forschung & Entwicklung
Jenbacher AG
„Hochleistungsgasmotoren“
Aktuelle Informationen und Änderungen finden
Sie auf der VKA-Website:
www.vka.rwth-aachen.de/Aktuell/Veranst/Motsem.html
Informationen / Programm:
Melanie Adam
Tel.: +49 241 80 95359
Fax: +49 241 80 92668
adam@vka.rwth-aachen.de
Haus der Technik
Tagung „Variable Ventilsteuerung“
19. – 20. März 2002
Essen, Haus der Technik e. V.
Die erste Veranstaltung im Jahr 2000 zu diesem
Thema hat mit über 250 Teilnehmern eine hervorragende
Resonanz erfahren. Grund genug,
zwei Jahre später eine ebenso erfolgreiche Tagung
stattfinden zu lassen, um wichtige Themengebiete,
wie Thermodynamik, Konstruktion,
Aktuatorik, Elektronik und Vergleiche zu anderen
Konzepten zu diskutieren.
Tagungsband erhältlich beim expert verlag:
www.expertverlag.de
Montag, 24. Juni 2002; 18:00 Uhr
Dr. Afif Ahmed
Manager for Scientific Co-operation
Renault S.A.
„Powertrain Development in the
Context of CO 2 Emissions Reduction“
Montag, 08. Juli 2002; 18:00 Uhr
Dr.-Ing. Rainer W. Jorach
Leiter der Entwicklung
L’Orange GmbH
„Einspritztechnik für Großmotoren“
Die Seminarveranstaltungen bestehen jeweils
aus dem Vortrag und einer anschließenden Diskussion.
Die Vorträge finden im Kármán-
Auditorium, Forum 5, Eilfschornsteinstraße 15,
in Aachen statt.
Die Teilnahme ist kostenlos.
Eine Anmeldung ist nicht erforderlich.
Impressum
Lehrstuhl für Verbrennungskraftmaschinen
VKA - RWTH Aachen
Schinkelstraße 8
52062 Aachen
Redaktion
Dr.-Ing. Harald Bäcker
Tel.: +49 241 80 95357
baecker@vka.rwth-aachen.de
Melanie Adam
Tel.: +49 241 80 95359
adam@vka.rwth-aachen.de
Fotos Waltraud Hostettler
Design Winfried Falkenau
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