Implementierung eines Indiziersystems für die Motorenentwicklung
Ausgangssituation und Aufgabenstellung

Die FEV GmbH mit Hauptsitz in Aachen ist ein unabhängiges, international führendes Unternehmen im Bereich der Entwicklung von Verbrennungsmotoren, Getrieben und Komplettfahrzeugantriebssystemen. Darüber hinaus entwickelt, produziert und vertreibt die FEV Mess- und Prüfsysteme zur Entwicklung sowie Endabnahme von Fahrzeugantrieben.

Da Motorenentwickler bei Aufgabenstellungen wie Brennverfahrensentwicklung oder Kalibrierung heutzutage den Verbrennungsprozess detaillierter analysieren können müssen als je zuvor, hat die Firma FEV in Zusammenarbeit mit NOFFZ unter dem Namen FEVIS ein Indiziersystem entwickelt, das leistungsfähige, modulare Hardware zur Datenerfassung mit einer bekannten, MS-WINDOWS basierten Benutzeroberfläche verbindet.

Das neuartige Indiziersystem beinhaltet einen Berechnungskatalog mit über 100 Formeln, die parallel anzeigt, für jeden einzelnen Zylinder berechnet und gespeichert werden können. Das System arbeitet in Echtzeit, d.h. Motorzyklussynchron. Mit der integrierten Klopfanalyse und gleichzeitiger Grenzwertüberwachung kann das Indiziersystem FEVIS ebenfalls zur Sicherheitsüberwachung des Prüflings eingesetzt werden. Eine Überschreitung der Grenzwerte kann über analoge und digitale Ausgänge zur Ansteuerung externer Geräte genutzt werden.

Umsetzung und Herausforderung

Der Real-Time Combustion Analyzer ist in einem 19“-Gehäuse auf PXI-Basis realisiert und als Endprodukt in 1HE- und 2HE-Varianten verfügbar. Bei einer Systemgröße von 1 HE verfügt das System über 8 schnelle analoge Eingänge, während es bei einer Systemgröße 2 HE über 8 bis 32 schnelle analoge Eingänge verfügt und außerdem Multi-I/0-fähig ist.

Jeder Eingang besitzt eine kanalweise Verstärkung, die über die Software individuell programmiert werden kann. Da die Datenerfassung präzise und in Echtzeit erfolgen muss, sind hohe Datenraten bei hohen Motordrehzahlen erforderlich. Diese Anforderung wird mit einem A/D Wandler je Kanal erfüllt, der über eine Abtastrate von bis zu 2,5 MHz bei einer Genauigkeit von 14 Bit verfügt. Zur Reduktion der erfassten Rohdaten kann das System 3 unterschiedliche Auflösungen pro Zyklus speichern. Neben der leistungsfähigen Hardware zur Echtzeitberechnung beinhaltet FEVIS spezifische Algorithmen zur Brennverlaufs-, Einspritz- und Klopfanalyse.

Die parallele Erfassung der Standardverbrennungsdaten erlaubt eine zyklusaufgelöste Korrelation. Grenzwerte können am Bildschirm angezeigt, analoge und digitale Ausgänge zur Ansteuerung externer Geräte genutzt werden. Hierunter befinden sich 8 langsame A/D-Eingangskanäle, 4 D/A-Ausgangskanäle, 16 TTL Eingangskanäle sowie 8 TTL-Ausgangskanäle.

Der Benutzer-PC zur Systemkontrolle und Bedienung basiert auf einem Windows-Betriebssystem.

Um die erzeugten Messergebnisse möglichst effizient mit unterschiedlichen Systemen auswerten zu können, erfolgt die Datenablage in unterschiedlichen Formaten.

Fazit

Das FEVIS-System ermöglicht Entwicklern und Herstellern von Motoren die Echtzeitanalyse zur Optimierung und Kalibrierung der Produkte bei gleichzeitiger Sicherheitsüberwachung des Prüflings.

Die Firma NOFFZ ist als Entwicklungspartner für die Auswahl der Hardwarekomponenten, Entwicklung und Produktion von systemspezifischer Hardware und Bau der ersten Prototypen verantwortlich. Die FEV freut sich, NOFFZ als kompetenten Partner für die weitere Fertigung, Montage und Tests des FEVIS gewinnen zu können.