Mechatronische Komponenten

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Ein inhaltlicher Schwerpunkt der Juniorprofessur liegt auf mechatronischen Systemen am und um den Verbrennungsmotor. Hierbei werden Komponenten zum optimierten Betrieb des Verbrennungsmotors erforscht, welche konventionelle, mechanische Systeme ersetzen oder ergänzen können.

Elektrische Nockenwellen-Phasensteller

Durch die Phasenverstellung der Ein- und Auslassnockenwellen können zu jeden Betriebszustand des Verbrennungsmotor bedarfsgerechte Ventilsteuerzeiten erreicht werden. Hierdurch können der otto- und dieselmotorische Prozess bzgl. Emissionen, Verbrauch und Leistung optimiert werden. Darüber hinaus können die weiteren Freiheitsgrade auch für die Erforschung und Umsetzung völlig neuartiger Brennverfahren genutzt werden. Konventionelle Steller basieren in der Regel auf hydraulischen Systemen. Hierdurch hängen Stellgeschwindigkeit und –genauigkeit stark vom Öldruck und somit von der Viskosität sowie auch der Motordrehzahl ab.

Die Verwendung von elektrischen Aktuatoren eröffnet neue Freiheitsgrade, die Verstellung ist auch im Stillstand sowie bei minimalen Öldruck möglich. Hierdurch kann beispielsweise für den Heiß- und Kaltstart ein unterschiedliches effektives Verdichtungsverhältnis realisiert werden. Die präzise und schnelle Steuerung über elektrische Aktuatoren bietet hierbei deutliche Vorteile im Vorteil zu konventionellen, mechanischen Systemen.

Ein el. Nockenwellenphasensteller ist ein komplexes mechatronisches Gesamtsystem, dessen Stellgenauigkeit neben dem reinen Aktuator auch von den Kurbel- und Nockenwellensensoren, der nachgeschalteten Signalaufbereitung sowie dem Synchronisationsalgorithmus und der Phasenlageregelung in der Motorsteuerung abhängt. Die Abschätzung unterschiedlicher Regelkonzepte wird durch hochaufgelöste Simulationen umgesetzt, welche neben dem Ventiltrieb auch den Stellmotor, die Sensorik sowie die Signalaufbereitung und eventuelle Latenzen beinhaltet. Auf dem Markt vorhandene Konzepte werden durch Analysen von Serienfahrzeugen untersucht und bewertet

Elektrische Aufladung

Aktuelle Entwicklungen am Verbrennungsmotor gehen häufig in die Richtung der Hubraumreduktion und der Reduktion der Zylinderzahl, das sogenannte “Downsizing”. Hierdurch entstehen Einbußen bei Fahrleistung und Komfort, wobei insbesondere die Drehmomentschwäche in unteren Drehzahlbereichen als kritisch empfunden wird. Diese wird häufig durch komplexe, variable Aufladesysteme ausgeglichen, was mit einem hohen Kosten und Komplexitätszuwachs erkauft wird. Alternativ zu Turboladern mit variabler Turbinengeometrie oder mehrstufiger Aufladung bieten elektrisch unterstützte Aufladesysteme zusätzliche Freiheitsgrade und Möglichkeiten beispielsweise zur Nutzung von Rekuperationsenergie.

 

Publikationen

Experimental investigation of a variable compression ratio system applied to a gasoline passenger car engine

An overview of VCR technology and its effects on a turbocharged DI engine fueled with ethanol and gasoline

Influence of Sensor and Communication Setup on Electric Cam Phaser Control Quality

Range Extender Module Transmission Topology Study

NVH Optimization of Range Extender Engines by Electric Torque Profile Shaping

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