Labor Verbrennungsmotoren (LFV)

Thermodynamische und optische Verbrennungsanalyse

Im LFV ist durch moderne Druckindiziersysteme, präzise Kraftstoffverbrauchs- und Emissionsmesstechnik die Durchführung detaillierter thermodynamischer Analysen möglich. Ein wichtiges Werkzeug ist dabei die Eigenentwicklung „Miraculix“, ein Druckverlaufsanalyse-Tool zur Erstellung von Verlustteilungen. Darüber hinaus werden optische Untersuchungen von Gemischbildung und Verbrennung mittels Highspeed-Endoskopie durchgeführt.
Die optische Vermessung von Sprays in einer Druckkammer (bis 50 bar) ergänzt die Untersuchungen an den Motorprüfständen. Ebenso wertvoll ist die Möglichkeit der optischen Analyse von Zündfunken in einer beheizten Strömungskammer.

Simulation

Ergänzend zu den experimentellen Untersuchungen werden Ladungswechsel, Ladungsbewegung und Verbrennung mithilfe des bekannten Programms GT-Power simuliert.  

Mechanische Werkstatt

Zur Unterstützung der Projekte verfügt das Labor über eine eigene mechanische Werkstatt. 

Laborübungen

Bachelor
  1. Emissionen beim Ottomotor: Kaltstart und Lambda-Variation – Rohemissionen und Abgasnachbehandlung
  2. Wirkungsgrad/Verluste: Drehzahl-, Last- und Zündzeitpunktvariation
  3. Ladungswechsel beim Ottomotor: Scavenging und interne Restgasvariation
  4. Emissionen und Geräusch beim Dieselmotor: Variation von Einspritzzeitpunkt, Abgasrückführrate und Piloteinspritzung
Master
  1. Thermodynamische Analyse am Vollmotor
  2. Optische Untersuchungen am Einzylindermotor
Studentische Projekte

Im Rahmen des 4. und 6. Semesters werden von den Studenten die Projektarbeiten 1 und 2 durchgeführt. Regelmäßig gibt es hierzu Projektangebote, die vom LFV betreut werden:

  • Konstruktion und Fertigung einer Druckkammer zur optischen Analyse von Einspritzstrahlen
  • Verbrennungsanalyse und Ladungswechselsimulation am thermodynamischen Einzylinderaggregat
  • Weiterentwicklung einer Software zur thermodynamischen Analyse von indizierten Zylinderdruckmessungen
  • Projekte in Zusammenarbeit mit dem Rennstall Esslingen


  • 3 Motorenprüfstände mit Asynchronmaschinen

Leistungsklassen
350kW/800Nm
220kW/525Nm
150kW/340Nm

  • Abgasmessung

2 HORIBA Mexa 7170DEGR für Abgaskomponenten CO, CO2, NO, NO2, N2O,
Total-HC, CH4 und O2 sowie AGR-Rate

  • Videoskopie

Hochgeschwindigkeitskamera Photron SA-X2; Storz-Endoskope

  • Optische Einspritzkammer für Drücke bis 50 bar
  • Kraftstoffverbrauchsmessung

AVL FuelExact, AVL 733

  • Partikelmessung

AVL Smoke Meter 415S, MS4 Pegasor Partikel Sensor, AVL Opacimeter 439
Druckindizierung
2 FEV FEVIS (16 Kanäle)
1 FEV CAS (8 Kanäle)
Sensorik Kistler/AVL

  • Blow By Messung

AVL 442

  • Konditioniereinrichtungen

Ansaugluft, Ladeluft, Kühlwasser und Motorenöl

Das Brennverfahren steht im Fokus der Forschung im Labor Verbrennungsmotoren. Dabei liegt der Schwerpunkt auf den Ottomotoren. Hauptziel ist die Fähigkeit zur Ladungsverdünnung  im Homogenbetrieb zu steigern. Verschiedenste innovative Zünd- und Einspritzsysteme sowie Maßnahmen zur Steigerung der Ladungsbewegung wurden und werden dafür untersucht.
Seit 2008 entstanden vor allem auf Basis dieser Forschungsaktivitäten folgende Tagungsbeiträge und Veröffentlichungen, Dissertationen, Master-, Bachelor- und Diplomarbeiten:

Tagungsbeiträge und Veröffentlichungen:
Paa A., Wörner M., Spang C., Rottenkolber G. (2017) Homogenous lean burn combustion for gasoline engines: A comparison between high energy spark ignition and high frequency corona ignition systems, genehmigt zur Veröffentlichung in 29. SIA Powertrain Versailles, France

Berndt F., Rottenkolber G., Herweg R., Haase D., Dieler T. (2013) Lean burn combustion for gasoline engines: Potential of high frequency ignition and high pressure injection, 13. Internationales Stuttgart Symposium Automobil- und Motorentechnik, Stuttgart

Schroff J., Berndt F., Rottenkolber G. (2013) 1D/3D-Strömungssimulation zur Optimierung des Ladungswechsels eines Formula Student Rennmotors, 15. VPC - Virtual Powertrain Creation (ATZ/MTZ-Symposium), Mainz

Meyer B.-J., Pöhler M., Staupendahl G., Wensing M., Vogel T., Lutz M., Rottenkolber G., Spang C., Berndt F. (2012) Neues CO2-Laserbohrverfahren für Dieseleinspritzdüsen: Alternative Lochgeometrien und die Auswirkungen auf Spray, Gemischbildung und Verbrennung, 7. Tagung Diesel- und Benzindirekteinspritzung, Haus der Technik, Berlin

Rottenkolber G., Matthes S., Neef P., Kasper M. (2012) ETAS FlexECU goes Smart, Real Times 2/12, Stuttgart  

Berndt F., Nenzel M., Nübling A., Rottenkolber G. (2011) Entwicklung eines Formula-Student-Motors: Reibungsreduzierung, Ladungswechselauslegung, Applikation, 2. ATZ-Tagung Reibungsminimierung im Antriebstrang, Esslingen

Cebi E.C., Rottenkolber G., Uyar E. (2011) In-Cylinder Pressure Based Real-Time Estimation of Engine-Out Particulate Matter Emissions of a Diesel Engine, SAE Technical Paper 2011-01-1440, Toronto
Rottenkolber G. (2010) Entwicklungstendenzen bei Verbrennungsmotoren, Mechatronikforum 2010, Esslingen

Rottenkolber G., Trapp C. (2008) Charged SI-Engines: Requirements and Concepts, CTI-Forum Motoraufladung, Wiesbaden  

Dissertationen:
M. Wörner (aktuell) Ottomotorische Brennverfahren für hohe Lastpunkte, Dissertation Universität Braunschweig

A. Paa (aktuell) Ottomotorische Zündung: Ausweitung der Grenzen homogener Brennverfahren, Dissertation Universität Braunschweig

F. Berndt (2015) Ottomotorische Magerbrennverfahren: NOx- und partikelarme Verbrennung durch neue Zünd- und Einspritzkonzepte, Dissertation Universität Braunschweig, Shaker Verlag

Masterarbeiten:
M. Fritzler (2019) Brennverfahrensentwicklung am Ottomoto

Stadler L. (2016) Magerbrennverfahren für Ottomotoren: Untersuchung und Weiterentwicklung zukünftiger Injektor-Konzepte in Verbindung mit alternativen Zündsystemen am direkteinspritzenden Einzylinder Forschungsmotor mit vollvariablem hydraulischen Ventiltrieb

Paa A. (2014) Preparation due to investigation of the influence of injector type and geometry of the nozzle hole on lean burn combustion gasoline engines

Kaiser M. (2014) Einfluss neuer Einspritzkonzepte auf Verbrennung und Gemischbildung beim direkteinspritzenden Ottomotor

Schubert D. (2012) 3d-CFD simulation on the spray development in a high pressure gasoline direct injection system”

Bachelorarbeiten:
D. Müller (2019) Optische Untersuchungen der  Hochdruckeinspritzung in der Spraykammer und am Einzylinder-Forschungsaggregat

Y. Dönmez (2019) Optimierung einer rechnerbasierten Spraybildauswertung mit Matlab - Untersuchung eines 700bar-Mehrlochinjektors für Ottomotoren in einer Hochdruck-Einspritzkammer

M. Märtterer (2018) Ottomotorische Zylinderinnenströmung - Entwicklung einer neuen Methode der Gasentladungsanemometrie

T. Friedrich (2017) Elektrische und optische Vermessung verschiedener Funkenzündsysteme - Einuss auf die Entammbarkeit verdünnter Gemische unter erhöhter Ladungsbewegung

Hirning J. (2017) Einfluss intensivierter Ladungsbewegung auf Ladungswechsel- und Wandwärmeverluste bei ottomotorischen Brennverfahren

Wörner M. (2016) Brennverfahrensentwicklung am mageren Ottomotor: Hochenergie- und Hochfrequenzzündung in der Anwendung auf verschiedene ottomotorische Brennverfahren

Bass K. (2016) Magerbrennverfahren bei Ottomotoren: Potenziale einer Hochenergiezündung unter Einfluss erhöhter Ladungsbewegung

Janzen D. (2016) Brennverfahrensentwicklung am homogen-mager betriebenen Ottomotor: Potenziale von Magnetinjektoren mit Mehrlochdüse durch gesteigerte Einspritzdrücke

Kissling T. (2015) Potenziale der hochfrequenten Corona-Zündung hinsichtlich des Klopfverhaltens eines turboaufgeladenen Ottomotors

Förch P. (2015) Weiterentwicklung von Homogen-Mager-Brennverfahren für moderne Ottomotoren: Entflammung stark verdünnter Gemische mit Hilfe neuer Zündsysteme

Mayer M. (2015) Ottomotorische Brennverfahren: Neue Zündkonzepte für schwer entflammbare Gemische

Jenne F. (2014) Magerbrennverfahren am direkteinspritzenden Ottomotor: Potentiale von experimentellen Plasmazündsystemen auf die Verbrennungsstabilität

Miekautsch D. (2014) Magerbrennverfahren beim direkteinspritzenden Ottomotor: Potenziale der Corona-Zündung im gesamten Motorkennfeld

Auer T. (2013) Katalysatorheizverfahren am Ottomotor: Potenzial von Hochfrequenzzündung und Hochdruckeinspritzung

Fölser A. (2013) Einfluss von Ladungsbewegung und Abgasrückführung auf ottomotorische Magerbrennverfahren

Hartung M. (2012) Homogene und Heterogene Magerbrennverfahren beim Ottomotor: Untersuchungen eines neuartigen Injektors für erhöhten Kraftstoffdruck

Hain S. (2012) Hochfrequenzzündung im Ottomotor: Klopfverhalten unter Hochlast und Zündfähigkeit in der Teillast

Kaiser M. (2011) Druckverlaufsanalyse am direkteinspritzenden Ottomotor

Poh T. (2011) Ottomotor mit zentraler Injektorlage – Teillastpotenziale von Mehrlochinjektoren unter erhöhten Einspritzdrücken

Schubert D. (2010) Hochdruckeinspritzung als Möglichkeit zur Kraftstoffverbrauchs- und Abgasemissionsreduzierung bei einem Ottomotor mit strahlgeführtem Brennverfahren

A. Winkler (2010) Applikation und Validierung eines Systems zur Messung der Abgasrückführrate (AGR) mittels Lambdasonden

Kühnle J. (2009) Messtechnische Inbetriebnahme eines Einzylinder Forschungsmotors und Analyse des Ladungswechsels bei einem Betrieb mit Miller-Cycle

Diplomarbeiten
Niec S. (2010) Hochfrequenz-Zündung an einem direkt einspritzenden Ottomotor mit zentraler Injektorlage

Berndt F. (2009) Einfluss der Ladungsbewegung auf die Verbrennung beim Betrieb eines Ottomotors mit Millercycle

Kern M. (2008) Experimenteller Aufbau eines Einzylinder-Forschungsmotors und Ladungswechselsimulation in hoch aufgeladenen Betriebspunkten

Laborleiter            Prof. Dr.-Ing. Gregor Rottenkolber
Labormitarbeiter Dipl.-Ing. (FH) Christoph Spang
                               M.Eng. Andreas Paa
                               Tim Schwellinger

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Achtung, nur bis zum 15. Juli 2019 läuft die Bewerbungsphase.
Abweichende Bewerbungsschlüsse für einige Master-Studiengänge

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Prof. Dr.-Ing. Gregor Rottenkolber
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