Labor Fahrzeugantriebe

Das Labor Fahrzeugantrieb (LFA) deckt ein weites Spektrum der Antriebsstrangtechnik ab, was den verbrennungsmotorischen, den elektrischen und auch den Hybrid-Antrieb mit allen Teilgebieten einschließt.

Standort: Campus Esslingen Stadtmitte, Gebäude 2

Aktuelle Themen

Wasserstoffmotor
Das Labor Fahrzeugantriebe der Fakultät Mobilität und Technik erforscht derzeit die Gemischbildung, die Tribologie und das Verhalten von Zündfunken in Wasserstoffmotoren.

Optische Analysen 

  • Neue Messtechnik FPBOS (Forward Projected Background Oriented Schlieren) Beispiel Funkentemperatur
  • H2-Jets in einer Druckkammer (bis 50 bar)
  • Zündfunken in einem Druck- und Temperatur Strömungsprüfstand (bis 40 bar)
  • Tribologische Untersuchungen im Transparentaggregat mit laserinduzierter Fluoreszenz (LIF)

Simulation 1D, 3D
Ergänzend zu den experimentellen Untersuchungen werden Ladungswechsel, Ladungsbewegung und Verbrennung für den Wasserstoffmotor mithilfe AVL BOOST/CRUISE und FIRE in Zusammenarbeit mit MORE simuliert. 

Vorkammerzündung
Für den Wasserstoffmotor werden derzeit neuartige Vorkammerzündkerzen entwickelt.  

Kühlkreislauf
Der KKL-Prüfstand wird in diesem Semester für die Untersuchung verschiedener Kühlkonzepte und -Strategien im Rennstall-Fahrzeug eingesetzt.

Die Themen zum Wasserstoffmotor werden gefördert von MORE (Munich Mobility Research Campus).

Das Labor Fahrzeugantriebe bedankt sich außerdem bei der Firma AVL für die Bereitstellung der Software zu Lehr- und Forschungszwecken.

Arbeitsgebiete

Das Labor Fahrzeugantrieb (LFA) deckt ein weites Spektrum der Antriebsstrangtechnik ab, was den verbrennungsmotorischen, den elektrischen und auch den Hybrid-Antrieb mit allen Teilgebieten einschließt.

Tribologische Untersuchungen an einem Transparentaggregat mit LIF
Mit Hilfe von Laser Induzierter Fluoreszenz (LIF) werden Öltransportphänomene im Bereich des tribologischen Systems Kolben/Kolbenringe/Zylinderlaufbahn untersucht.

Thermodynamische und optische Verbrennungsanalyse

Im LFA 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 (Videoskopie) durchgeführt.

  • Optische Vermessung von Sprays mit Digitalisierung des Spraybilds zur Charakterisierung der Spraygeometrie in einer Druckkammer (bis 50 bar)
  • Optische elektrische Analyse von Zündfunken in einer durchströmten (40 m/s) und beheizbaren (bis 180°C) Druckkammer (bis 40 bar)
  • Optische Untersuchung der motorischen Entflammung von Gemischen in einer Druckkammer (bis 150 bar)

Simulation 1D, 3D
Ladungswechsel, Ladungsbewegung und Verbrennung werden mithilfe der bekannten Programme AVL-BOOST/CRUISE und AVL-FIRE sowie STAR CCM+ simuliert.  

Kühlkreislauf in the Loop
Dieser Prüfstand dient der Analyse und Entwicklung von Thermomanagementsystemen für elektrische und elektrifizierte Antriebe.
Aufgaben hierbei sind:

  • Aufbau von Kühler, Schläuchen, Rohren aber auch Aktuatorik und Sensorik analog zum realen Fahrzeug.
  • Antriebskomponenten werden durch Heizelemente ersetzt, so dass hohe Kosten für den Betrieb der Originalkomponenten vermieden werden.
  • Simulation der Komponententemperaturen und Berechnung der Wärmeströme synchron zum physischen Versuch.
  • Aufprägen der errechneten Wärmeströme durch Heizelemente.
  • Einsatz von Micro-Controllern für die Regelung.
  • Erstellung von Echtzeit-Betriebsstrategien durch Interaktion von Messtechnik und Simulation.
Forschung

Aktuelle Tagungsbeiträge und Veröffentlichungen, Dissertationen, Master-, Bachelor- und Diplomarbeiten

Tagungsbeiträge und Veröffentlichungen:

S. Kottakalam, A.A. Alkezbari, G. Rottenkolber. C. Trapp (2023) Developing optical measurement techniques for improving ignition simulation models, 14th International ERCOFTAC Symposium on Engineering Turbulence Modelling and Measurements, Barcelona, Spain

Wörner M., Rottenkolber G. (2021) Voltage rise anemometry in turbulent flows applied to internal combustion engines, Experiments in Fluids 62(6):1432-1114, https://doi.org/10.1007/s00348-021-03226-3

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, in 29. SIA Powertrain Versailles, France

Dissertationen:

Aktuell in Arbeit

S. Kottakalam, Vermessung von Zündfunken in Wasserstoffmotoren- LFA; MORE

M. Nenzel, Thermomanagement in Vorkammerzündkerzen- LFA; MORE

S. Körner, Entwicklung automatisierter Applikations- und Absicherungsprozesse unter Anwendung geeigneter XiL- und Testing-Strategien für die Serienfreigabe von Elektrofahrzeugen - Mercedes Benz AG

 

P. Döbler, Entwicklung eines durchgängigen Prozesses zur Auslegung des Thermomanagement-Systems in der frühen Projektphase - Mercedes AMG GmbH

T. Martini, Entwicklungssystematik: Triebstrang-Software Off-Car - Mercedes AMG GmbH

G.K. Cahyanto, Entwicklung, Vorhersage der Leistungsfähigkeit und Betriebsgrenzen von High-Performance-Elektrofahrzeugen mit physikalischen Modellen und künstlicher Intelligenz im zukünftigen Wettbewerbsumfeld – Audi Sport GmbH

M. Wörner (2023) Ottomotorische Brennverfahren für hohe Lastpunkte, Dissertation Universität Braunschweig

A. Paa (2019) 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:

V. Dinev, D. Maier, R. Beck aktuell in Arbeit

F. Dyrschka (2022) 3D-CFD Motor- Simulation von Ladungswechsel und Kraftstoffspray mit Starr CCM zur Untersuchung der Hochdruckeinspritzung im Kompressionshub

F. Seitz (2020) Gasentladungsanemometrie – Entwicklung eines neuen Verfahrens zur Messung von Strömungsgeschwindigkeiten in thermischen Maschinen

M. Fritzler (2019) Experimentelle Untersuchung des Klopfverhaltens bei später homogener Gemischbildung an einem aufgeladenen Ottomotor mit Direkteinspritzung bis 1000 bar

Bachelorarbeiten:

P.Singh (2023) Entwicklung einer Brennkammer zur Bewertung der Verbrennungseigenschaften von zukünftigen synthetischen Kraftstoffen

D. Maier (2022) Bewertung optischer Messverfahren an einem transparenten Einzylindermotor zur Emissionsanalyse im Kaltstart

S. Prendergast (2022) Laserinduzierte Fluoreszenz und Background Oriented Schlieren zur Visualisierung von Fluidströmen in einem optischen Einzylindermotor

A. Böhm (2021) Neues ottomotorisches Magerbrennverfahren zur Klopfvermeidung bei hohen Lasten

A. Sauter (2020) Neues Echtzeit-Klopfkriterium zur Applikation von Ottomotoren mit Vorkammerzündung

F. Hohmann (2020) Untersuchung von Zylinderdruckschwingungen bei Vorkammerzündung und ultraspäter homogener Gemischbildung

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


Alle seit 2008 entstandenen Forschungsarbeiten, Forschungsbeiträge und Veröffentlichungen finden Sie in  der kompletten Liste.

Laborausstattung

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.
  • MRU MAG Prime H2 Messgerät

Partikelmessung

  • AVL Smoke Meter 415S
  • MS4 Pegasor Partikel Sensor
  • AVL Opacimeter 439
  • TSI EEPS zur Messung von Partikelgrößenverteilungen (5,6 bis 560 Nm)

Kraftstoffverbrauchsmessung

  • AVL FuelExact
  • 2* AVL 733 Kraftstoffwaage

Druckindizierung

  • FEV FEVIS (16 Kanäle)
  • FEV CAS (8 Kanäle)
  • AVL XION (8Kanäle)
  • AVL Indimaster (16 Kanäle)
  • Sensorik Kistler/AVL

Blow By Messung

  • AVL 442

Videoskopie

  • Hochgeschwindigkeitskamera Photron SA-X2
  • Storz-Endoskope
  • Storz Halogenlichtquelle
  • gepulste Laserlichtquelle

Optische Einspritzkammer

  • Drücke bis 50 bar (Kraftstoffeinspritzung bis 2500bar Einspritzdruck; Gaseinblasung bis 200 bar)

Konditioniereinrichtungen

  • Ansaugluft, Ladeluft, Kühlwasser und Motorenöl; Kraftstoff

Zünderprüfstand

  • Druck und Temperaturströmungskanal
  • Windkanal zur Vermessung von Zündfunken unter Strömung sowie bis zu 40 bar und 180 °C
  • Erforschung eines Messprinzips anhand der Funkenauslenkung unter Strömung
  • Datenerfassungssystem für die Entwicklung und Kalibrierung von Antriebssystemen, Motoren und Komponenten

Kühlkreislauf-Prüfstand

 

Wasserstoffinfrastruktur

  • 4 Bündel a 12 T50 Flaschen mit 300bar H2 (48kg)  (Bild vom „Wasserstoffhäusle)“
  • Prüfstandsversorgung mit 2 Druckstufen und elektronischer Druckregelung (1- 40bar; 40- 250bar) mit H2-Massenstrommessung, Tornado Automatisierung und 8-Sensor Gaswarnanlage

Mechanische Werkstatt

  • Zur Unterstützung der Projekte verfügt das Labor über eine eigene mechanische Werkstatt.
Laborleitung / Laborpersonal
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