Forschung

Geräuschgeregelter Dieselmotor

In modernen Dieselmotoren gibt der Zylinderdruckverlauf Auskunft über innermotorische Vorgänge. Jedoch eignen sich Zylinderdrucksensoren nur bedingt für die Serienproduktion. Das FVV-Forschungsprojekt sollte zeigen, ob das Motormanagement alternativ mithilfe körperschallbasierter Informationen funktioniert. Auf der Basis von Prüfstandsuntersuchungen ist es gelungen, die Zusammenhänge zwischen Zylinderdruckmerkmalen und Körperschallsignalen zu zeigen. Um das Motorgeräusch beurteilen zu können, entwickelten die Projektpartner Modelle, mit denen die Dieselnote anhand von Lautstärke und Modulation des Körperschallsignals berechnet werden kann. Auf diese Weise lässt sich das Geräusch in das Motormanagement einbeziehen. Diese Ergebnisse bilden die Voraussetzung dafür, die kostenintensiven Zylinderdrucksensoren durch günstigere und robustere Körperschallsensoren als Inputgeber für das Motormanagement zu ersetzen. Weitere Untersuchungen bieten zudem das Potenzial, Optimierungen in Bezug auf Verbrauch, Geräusch und Abgasemissionen auf Basis eines körperschallbasierten Motormanagements vorzunehmen.

» Die Forschungsergebnisse zeigen neue Wege für optimierte Kalibrierungs- und Regelstrategien von Dieselmotoren auf. So leistet die FVV einen wertvollen Beitrag, um künftig nicht nur die Geräusche, sondern vor allem den Rohstoffverbrauch und die Emissionen dieser Motoren zu reduzieren. «
Dipl.-Ing. Michael Joerres | John Andrews Entwicklungszentrum (Forde-Werke GmbH)

Motivation

Der Zylinderdruckverlauf ist eine zentrale Größe zur Beschreibung innermotorischer Vorgänge, wie z.B. des Heizverlaufs, und damit eine wichtige Stellgröße für das Motormanagement. Da sich Zylinderdrucksensoren für die Serienproduktion nur eingeschränkt eignen, sind Alternativen gefragt. Im Fokus des Projekts stand die Frage, ob und wie durch die Integration akustischer Sensorsignale in das Motormanagement Verbesserungen im Hinblick auf Verbrauch, Geräusch und Abgasemissionen eines Dieselfahrzeugs möglich sind.

Methodik

Zentraler Gegenstand der Untersuchungen waren detaillierte Signalanalysen an einem Motorprüfstand. Sie sollten Aufschluss darüber geben, welche Informationen über die Verbrennung, den Zylinderdruck, die Einspritzung und das Motorgeräusch sich in einem Körperschallsignal befinden und wie diese zu extrahieren sind. Diese verschiedenen Informationen wurden miteinander kombiniert und im Motorsteuergerät integriert. Für die Stellgröße der Geräuschregelung fiel die Auswahl auf die sogenannte Dieselnote. Sie ist ein Maß für die Lästigkeit des Dieselnagelgeräuschs und wird aus den akustischen Größen Lautheit und Modulation bestimmt.

Ergebnis

Mithilfe des neu entwickelten Motormanagements ist es möglich, die kostenintensiven Zylinderdrucksensoren durch günstigere und robustere Körperschallsensoren zu ersetzen. Grundlage dafür bilden die erarbeiteten Zusammenhänge zwischen Körperschall- und Zylinderdrucksignalen, die mithilfe der Kohärenz und der Wigner-Ville-Transformation abgeleitet wurden. Es konnte zudem gezeigt werden, dass sich die Dieselnote als Regelgröße für das Motormanagement eignet. Im nächsten Schritt bietet es sich an, die Ergebnisse auf andere Dieselmotoren für größere Drehzahl-Lastbereiche zu übertragen und für eine zylinderselektive Verbrennungsregelung zu erweitern.

Dokumentation

Geräuschgeregelter Dieselmotor I | Analyse des Einspritz- und Verbrennungsgeräusches eines Dieselmotors mit modernen Methoden der Signalverarbeitung zur Regelung und Diagnose | Vorhaben-Nr. 1003 | AiF-Fördernummer 323 ZBG

Geräuschgeregelter Dieselmotor II | Analyse des Einspritz- und Verbrennungsgeräusches eines Dieselmotors mit modernen Methoden der Signalverarbeitung zur Regelung und Diagnose | Vorhaben-Nr. 1070

Geräuschgeregelter Dieselmotor III | Körperschallbasierte Dieselmotorenregelung - Optimierung und Adaption der Parameter | Vorhaben-Nr. 1175 | AiF-Fördernummer 18251 BG

Themis

Status
Abgeschlossenes Projekt

Programm
Öffentliche Förderung und Eigenmittel

Fördersumme
945.000,00 EUR

Laufzeit
01.09.2009 bis 30.06.2011 Teil I
01.06.2011 bis 31.12.2011 Teil II
01.06.2014 bis 30.09.2016 Teil III

Forschungsvereinigung Verbrennungskraftmaschinen (FVV) e. V.

Lyoner Str. 18
60528 Frankfurt am Main
Deutschland

AiF Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen "Otto von Guericke" e.V.

Bayenthalgürtel 23
50968 Köln
Deutschland

Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi)

Scharnhorststr. 34-37
10115 Berlin
Deutschland

Industrie

Dipl.-Ing. Michael Joerres
Ford-Werke GmbH

Forschungsstellen

1 | Institut für Mobile Systeme (IMS) | Lehrstuhl Energiewandlungssysteme für mobile Anwendungen (EMA) | Otto-von-Guericke Universität Magdeburg (OVGU)

Wissenschaftliche Leitung:
Prof. Dr.-Ing. Dr. h. c. Helmut Tschöke | I + II
Prof. Dr.-Ing. Hermann Rottengruber | III

Wissenschaftliche Mitarbeiter:
Dipl.-Ing. Karsten Hintz | I
Dipl.-Ing. Sebastian Lucas | II
Sebastian Schneider, M. Sc. | III

2 | Fachgebiet Elektronische Mess- und Diagnostechnik (MDT) | Institut für Energie und Automatisierungstechnik (IEA) | Technische Universität Berlin

Wissenschaftliche Leitung:
Prof. Dr.-Ing. Clemens Gühmann | II+III

Wissenschaftlicher Mitarbeiter:
Marco Decker, M. Sc. | II
Dr.-Ing. Jan Hendrik Hermann Carstens | III

3 | IAV GmbH – Ingenieurgesellschaft Auto und Verkehr

Wissenschaftliche Leitung:
Dipl.-Ing. Enrico Neumann | II

Wissenschaftlicher Mitarbeiter:
Dipl.-Ing. Jürgen Nobis | II

IAV GmbH Ingenieurgesellschaft Auto und Verkehr

Carnotstr. 1
10587 Berlin
Deutschland

Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg (OVGU)

Institut für Mobile Systeme (IMS)/Lehrstuhl Energiewandlungssysteme für mobile Anwendungen (EMA)

Universitätsplatz 2
39106 Magdeburg
Deutschland

Technische Universität Berlin

Institut für Energie und Automatisierungstechnik (IEA)/Fachgebiet Elektronische Mess- und Diagnosetechnik (MDT)

Einsteinufer 17
10587 Berlin
Deutschland

Projektmanagement

Ralf Thee

FVV
+49 (0) 69 6603 1349
+49 (0) 69 6603 2349


Forschungsvereinigung Verbrennungskraft­maschinen e.V.

Lyoner Straße 18
60528 Frankfurt am Main
Deutschland
T +49 69 6603 1345