This diploma thesis deals with valve train design of turbocharged engine used in Formula Student category race car. Based on thermodynamic model, a proper valve timing was chosen to achieve maximum power at high engine speed. A kinematic model was used to compute final cam profiles and CAD model was created.

Background “valve-in-valve” TAVR (VIV-TAVR) is established and provides good initial clinical and hemodynamic outcomes. Lacking long-term durability data baffle the expand to lower risk patients. For those purposes, the present study adds a hemodynamic 3-years follow-up. Methods A total of 77 patients underwent VIV-TAVR for failing aortic bioprosthesis during a 7-years period. Predominant mode of failure was stenosis in 87.0%. Patients had a mean age of 79.4 ± 5.8 years and a logistic EuroSCORE of 30.8 ± 15.7%. The Society of Thoracic Surgeons-PROM averaged 5.79 ± 2.63%. Clinical results and hemodynamic outcomes are reported for 30-days, 1-, 2-, and 3-years. Completeness of follow-up was 100% with 44 patients at risk after 3-years. Follow-up ranged up to 7.1 years. Results Majority of the surgical valves were stented (94.8%) with a mean labeled size of 23.1 ± 2.3 mm and true-ID of 20.4 ± 2.6 mm. A true-ID ≤21 mm had 58.4% of the patients. Self-expanding valves were implanted in 68.8% (mean labeled size 24.1 ± 1.8 mm) and balloon-expanded in 31.2% (mean size 24.1 ± 1.8 mm). No patient died intraoperatively. Hospital mortality was 1.3% and three-years survival 57.1%. All patients experienced an initial significant dPmean-reduction to 16.8 ± 7.1 mmHg. After 3-years mean dPmean raised to 26.0 ± 12.2 mmHg. This observation was independent from true-ID or type of transcatheter aortic valve replacement (TAVR)-prosthesis. Patients with a true-ID ≤21 mm had a higher initial (18.3 ± 5.3 vs. 14.9 ± 7.1 mmHg; p = .005) and dPmean after 1-year (29.2 ± 8.2 vs. 13.0 ± 6.7 mmHg; p = .004). There were no significant differences in survival. Conclusions VIV-TAVR is safe and effective in the early period. In surgical valves with a true-ID ≤21 mm inferior hemodynamic and survival outcomes must be expected. Nonetheless, also patients with larger true-IDs showed steadily increasing transvalvular gradients. This raises concern about durability.

Tomáš ŠTÁBL Design of Gear Timing Mechanism for SI Engine MT, IAE, 2009, 62 pp., 27 fig. This master thesis is concerning the valve train proposal of the spark ignition engine for sports purposes. Antecedent to the actual proposal is the division and retrieval of the modern valve trains, the valve train acting forces description, division and description of the individual valve-lift curve parts , valve springs and the dynamic models of the valve train. In the thesis there are designed the valve lift curves with the continuous course of acceleration, valve springs and valve springs natural oscillations damper for engine Honda CBR 929RR. The dynamic analysis of valve train approach is performed.

Die vorliegende Arbeit beschreibt die Rolle der intraoperativen transösophagealen Echokardiografie während herzchirurgischer Eingriffe mit Schwerpunkt Mitralklappenrekonstruktion. Ziel ist die Beschreibung der Aufgaben und Möglichkeiten dieses Verfahrens im klinischen Alltag und das Aufzeigen möglicher neuer Einsatzgebiete, wie die bildgestützte Größenbestimmung der Annuloplastieringe. Die intraoperative Echokardiografie hat sich seit den Anfängen in den achtziger Jahren des letzten Jahrhunderts zu einem Standardverfahren während herzchirurgischer Eingriffe entwickelt. Sie dient zum einen zur kardialen Diagnostik und zum anderen als Monitorverfahren. Trotz in der Regel gut vordiagnostizierter Patienten führt die intraoperativ durchgeführte transösophageale Echokardiografie während herzchirurgischer Eingriffe nicht selten zur Diagnose vorher nicht bekannter Pathologien und somit zu einer Änderung im chirurgischen Vorgehen. Speziell während der Mitralklappenrekonstruktion ermöglicht diese Methode die Diagnostik und Lokalisation der pathologischen Segmente, die Bestätigung des Schweregrades und dem Erkennen möglicher Risikofaktoren. Hierfür ist jedoch eine umfassende, standardisierte Untersuchung notwendig. Der Einsatz moderner Operationstechniken, wie z.B. der kathetergestützten Implantation der Aortenklappe ohne Einsatz der Herz-Lungen-Maschine, ohne Eröffnung des Sternums, macht eine direkte visuelle Einschätzung der Herzfunktion unmöglich. Sowohl zur Evaluierung der Herzfunktion als auch zur Größenbestimmung der zu implantierenden Klappenprothesen ist ein bildgebendes Verfahren unabdingbar. Die dreidimensionale transösophageale Echokardiografie ermöglicht nun in Echtzeit die komplette Darstellung z.B. der Mitralklappe. Dies erleichtert nicht nur die Verständigung zwischen Echokardiographeur und Chirurgen bei der Darstellung der Befunde, sondern ermöglicht nun erstmals auch die bildgestützte Planung des operativen Vorgehens, wie, z.B. die Visualisierung und Größenbestimmung der zu implantierenden Annuloplastieringe, die als Computermodelle auf die dreidimensionale Darstellung der Mitralklappe projiziert werden können. In der postoperativen TEE-Untersuchung ist die Evaluierung des rekonstruierten Mitralklappenapparates, die Quantifizierung einer eventuell bestehenden residualen Mitralinsuffizienz, sowie deren genaue Lokalisation primäres Ziel. Weiterhin sollten iatrogen aufgetretene Komplikationen in einer umfassenden postoperativen TEE-Untersuchung diagnostiziert werden wie z.B. der Verschluss des Ramus circumflexus, Aortendissektion, etc. Zusammenfassend wird in dieser Habilitationsarbeit die Rolle der intraoperativen Echokardiografie bei herzchirurgischen Eingriffen dargestellt. Ein besonderer Schwerpunkt in dieser Arbeit ist die transösophageale Echokardiographie bei Mitralklappenoperationen im Hinblick auf die Darstellung der bestehenden Pathologie, der Quantifizierung der Mitralinsuffizienz und dem Erkennen bestehender Risikofaktoren präoperativ bzw das Erkennen der Komplikation postoperativ.:1. Einführung in die Thematik 5 1.1. Einführung 5 1.2. Grundlage der vorliegenden Habilitationsarbeit 5 1.3. Intraoperative Echokardiografie in der Kardioanästhesie 5 1.4. Intraoperative Echokardiografie bei chirurgischer Mitralklappenrekonstruktion 8 1.5 .Die dreidimensionale transösophageale Echokardiographie zur bildgestützten Größenbestimmung des Annuloplastieringes während Mitralklappenrekonstruktion 9 2. Habilitationsschrift 11 2.1. Geschichte der Echokardiographie 11 2.2. Geschichte der Entwicklung der transösophagealen Echokardiographie 11 2.3. Einsatz der intraoperativen transösophagealen Echokardographie 12 2.3.1 Eigene Arbeit im Original: 13 2.3.2. Eigene Arbeit im Original 13 2.3.4. Echokardiographische Kontrolle von mechanischen Unterstützungssystemen 14 2.3.5. Transösophageale Echokardiografie bei kathetergestützter Aortenklappen- Implantation 15 2.3.5.1. Eigene Arbeit im Original: 16 2.3.5.2. Eigene Arbeit im Original: 16 2.3.6. Einfluss der intraoperativen Echokardiografie bei herzchirurgischen Eingriffen. 17 2.3.6.1. Eigene Arbeit im Original: 17 2.3.6.2. Eigene Arbeit im Original: 18 2.4. Intraoperative Echokardiographie bei Mitralklappenrekonstruktion 20 2.4.1. Einführung 20 2.4.2. Aufgabe der intraoperativen Echokardiographie bei Mitralklappenrekonstruktion 20 2.4.2.1. Beurteilung der Morphologie und Funktion des Mitralklappenapparates 21 2.4.2.1. Eigene Arbeit im Original: 30 2.4.2.2. Erkennen der Ursachen der Mitralinsuffizienz 31 2.4.2.2.1. Eigene Arbeit im Original: 34 2.4.2.2.2 Eigene Arbeit im Original: 35 2.4.2.3. Bestimmung des Schweregrades der Mitralinsuffizienz mittels intraoperativer Echokardiografie 36 2.4.2.4. Beurteilung der systolischen Funktion bei vorhandener Mitralinsuffizienz 38 2.4.2.4.1. Hilfestellung bei der chirurgischen Planung 39 2.4.2.4.2. Eigene Arbeit im Original: 39 2.4.2.4.3. Eigene Arbeit im Original: 40 2.4.2.4.4 Eigene Arbeit im Original: 41 2.4.3. Die dreidimensionale transösophageale Echokardiographie zur bildgestützten Größenbestimmung des Annuloplastieringes während Mitralklappenrekonstruktion 42 2.4.3.1. Eigene Arbeit im Original: 43 2.4.3.2. Eigene Arbeit im Original: 44 2.4.4. Postoperative TEE- Untersuchung 45 2.4.4.1. Darstellung des Ramus circumflexus 45 2.4.4.2. Kontrolle der Entlüftung des Herzens 45 2.4.4.3. Detektion einer residualen Mitralinsuffizienz 45 2.4.4.4 Ausschluss einer Mitralstenose 46 3. Erklärung über die eigenständige Anfertigung der Habilitationsschrift 62 Lebenslauf 63 Danksagung 65

Människans påverkan på växthuseffekten har under de senaste åren varit en mycket aktuell fråga. Det är många olika faktorer som bidrar till ett negativt avtryck på miljön, där ett stort bidrag kommer från sektorn bilindustri. Majoriteten av dagens bilar drivs på fossila bränslen som genererar skadande utsläpp på miljön. Att hitta nya alternativa bränslen som är förnyelsebara och energivänliga som kan ersätta de fossila skulle kunna leda till ett signifikant minskat avtryck på klimat och miljö. Att använda väte som bränsle och i synnerhet att driva fordonet på vätgas är ett av de alternativen då avgivna utsläpp endast består av vatten och varm luft, förutsatt att man använder sig av förnybar energi vid framställning av vätgasen. I bränsletanken återfinns ett högt tryck hos vätgasdrivna bilar, detta för att mer bränsle ska kunna förvaras och därmed öka antal mil möjliga att köra på en tank. Ett tryckfall är nödvändigt för att förse bränslecellen med vätgas vid rätt tryck, och för att uppnå högst möjliga verkningsgrad. Teslaventilen har inga rörliga delar vilket medför ett brett spektrum av applikationer i industriella situationer på grund av dess uthållighetsegenskaper. För att kunna kategorisera prestandan och uppnå optimal effekt krävs förståelse om ventilens geometriska uppbyggnad. Med rätt geometri på Tesla-ventilens olika strukturparametrar kan man uppnå ett högt tryckfall, med andra ord en hög prestanda. I denna studie har tre olika geometriska parametrar hos Tesla-ventilen undersökts för att kunna dra slutsatser och etablera deras optimala värden för bästa prestanda. Parametrarna som varit av intresse är innerradien på kurvan av Tesla-ventilen, avståndet mellan flera sammankopplade ventiler och tvärsnittets utformning. Resultaten erhölls genom numeriska metoder av Computational Fluid Dynamics simuleringar i programmet ANSYS Fluent. Resultat visade att en liten innerradie och ett längre avstånd mellan flera sammankopplade ventiler gav upphov till högre tryckfall. Tvärsnitten som undersöktes var rektangulärt och cirkulärt, där det cirkulära visade en bättre förmåga av att effektivt sänka trycket hos fluiden. Slutsatser som drogs var att cirkulärt tvärsnitt var att föredra och att en liten innerradie och ett stort avstånd mellan ventiler optimerar prestandan hos Tesla-ventiler. / 在过去的几年里，人类对温室效应的影响一直是社会舆论中一个突出和争论的主 题。对环境造成负面影响的因素有很多，汽车便是其中之一。如今，大多数汽车依靠 化石燃料驱动，在这个过程中会造成有毒物质的排放。因此，对可再生与环境友好的 替代燃料的研究重要性愈发突出。氢，（更具体地说，氢气），由于燃烧产物只有 水，成为了一种可选的替代燃料。 在氢燃料汽车的储氢罐中，往往设置高压以提高氢气储量并增加里程数。而为了 保证燃料电池高效运行，在储氢罐和燃料电池之间必须采取减压手段，这也使高效降 压成为了氢燃料汽车研究领域中的一个长期需求。特斯拉阀在没有活动部件的情况 下，允许流体沿一个方向流动，并限制其往相反方向流动。该概念在工业环境中具备 广泛的应用潜力，而理解特斯拉阀（的工作机理）对于表征设备性能非常重要。采用 最优几何形状的特斯拉阀，可以实现高压降，换言之高性能。 本研究对特斯拉阀的三种结构参数进行了调查，得出了使特斯拉阀降压性能达到 最优时的参数值。所研究的三种参数分别是内部曲线半径，多级特斯拉阀中的阀间距 以及阀门的横截面。为了获得结果，使用计算流体动力学软件 ANSYS Fluent 进行了数 值模拟。结果表明，与较大的半径相比，较小的内部曲线半径产生更高的压降。随着 多级特斯拉阀的阀间距增大，阀门降压性能提高。对横截面的研究中，比较了矩形截 面和圆形截面的特斯拉阀的降压性能，发现圆形截面的特斯拉阀降压性能更优。本研 究的最终结论是（在特斯拉阀设计中采用）圆形横截面，小的内部曲线半径和大的阀 间距可以提高装置性能。 / The last couple of years, the footprint of humankind on the greenhouse effect has been a highlighted and debated topic. There are many contributing factors to the negative impacts on the environment, one of them being the sector of automobile. Today, most cars are driven on fossil fuel energy which produces toxic emissions. The search for replaceable alternative fuels is hence of importance and keys of demands are renewable energy and energy-friendly resources. Hydrogen as a fuel, in particular the hydrogen gas, is one of the options considering the only residues to be water and hot air, provided that the energy used in the hydrogen production comes from renewable sources. In the storage tank of cars fueled by hydrogen gas, a high pressure is set due to its advantages of opportunities of more storage and thus increased mileage of the tank. A decompression process is necessary to supply the fuel cell with hydrogen gas at the right pressure, and thus achieve highest possible degree of efficiency. The concept offers a wide set of application opportunities in industrial situations and understanding the valve is important for characterizing the performance on the device. Given correct and optimal geometry on the Tesla valve, a high pressure-drop could be achieved, in other words a high performance. In this study three geometric parameters were investigated in order to conclude their ideal value for optimizing the performance. The parameters of interest were the inner curve radius, the valveto-valve distance in a multi-stage Tesla valve and the cross-section of the valve. In order to obtain the results, a numerical study was conducted using simulations in a Computational Fluid Dynamics program, ANSYS Fluent. The results denoted that a small inner curve radius yielded the highest pressure-drop when comparing to larger radius’. The performance was enhanced with a large valveto-valve distance of the multi-stage Tesla valves and the findings of the cross-sections, which were chosen to be rectangular and circular of interest, displayed a superior performance for the circular cross-sections. Conclusions were drawn that circular cross-section is to prefer and that a small inner curve radius and large valve-to-valve distance yield an enhanced performance of the device.

Servo valves are used in a broad variety of flow modulation applications. In the field of aerospace, servo valves are used in aero engines to meter fuel flow. The existing valves are labour intensive to manufacture and highly optimised such that to achieve improvements in performance requires a novel design. This research investigates smart material actuators and valve concepts. Specifically, a prototype pilot stage nozzle flapper valve is developed for the purpose of actuating a main stage spool. The typical nozzle flapper type servo valve uses a torque motor to actuate the flapper. In this research project, the torque motor has been substituted for two piezoelectric ring bender actuators. A novel mounting mechanism has been developed to secure the ring benders within the valve. Analytical and finite element models have been made to understand the displacement mechanism of a ring bender and the effects of the mount on the displacement and force from a ring bender, and the results were compared with experiment. The mounting stiffness at the inner and outer edges was found to decrease the displacement of the ring bender and it was found that the stiffness of the mount at the outer edge has a greater negative effect on displacement than the stiffness of the mount at the inner edge. The displacement of a ring bender was tested across the operational temperature range of an aero engine. It was found that the displacement of the ring bender is reduced at low temperatures and increases at high temperature. The variation of stiffness of the elastomeric mount was also tested with temperature and it was found that the displacement of a ring bender is significantly reduced when the mounting elastomer approaches its glass transition temperature. A prototype valve was built to test the pressures and flows that could be achieved at two control ports by using a ring bender as actuator. A single ring bender and two ring benders, mounted in tandem to provide redundancy, have been tested. An analytical model was developed and the predictions are compared with experimental results for pressures and flow. The full stroke of the valve was 300m when mounted and reduced to 150m when mounted in tandem with an inactive ring bender. The hysteresis of the valve is +/-10%. The pressures and flow at and between the control ports of the valve are consistent with the predictions.

This master´s thesis provides an overview of all designs of check valves, their usage and typical features. Main purpose of this work is to clear up the phenomenon of check valve slam and the other problems that occur during transients. The check valve slam was measured at the test rig in the hydraulic laboratory. For unsteady flow evaluation after pump shut down was used Gibson method. The dynamic characteristic was possible to create by results from this method. It was achieved without impact of the speed of sound in the fluid. This work also contains 2D transient CFD calculations, which was used for evaluation of the hydrodynamic torque acting on the hinge pin. This approach provides an option to calculate wide range of cases at the expense of not entirely exact geometry. The main contribution of the theoretical study at the beginning of this thesis is its entireness. It might give an important clue when right valve is selecting. For good choice of valve might be helpful to use dynamic characteristics in this thesis presented. Mentioned characteristics were created by new way and its background is in measurements and simplified CFD calculations.

Die Weiterentwicklung von Verbrennungsmotoren ist geprägt von einer Steigerung der Effizienz, optimaler Betriebslaststeuerung, einer Absenkung des spezifischen Verbrauchs und der Erfüllung geltender Abgasemissionsgesetzgebung. Die Optimierung des Ladungswechsels spielt dabei eine entscheidende Rolle. Eine Möglichkeit den Ladungswechsel optimal zu beeinflussen, ist der Einsatz von variablen Ventiltrieben zur Veränderung der Ventilhubbewegung sowie zur Verstellung der Steuerzeiten. thyssenkrupp Dynamic Components entwickelt und stellt Schiebenockensysteme als diskret schaltbare Ventiltriebsysteme her, welche die verschiedenen Ventilhubanforderungen über unterschiedliche Nockenprofile auf dem Schiebeelement nebeneinander abbilden können. Im Entwicklungs- und Auslegungsprozesses kommt eine Simulation des Bewegungs-, Beschleunigungs- und Abbremsverhaltens sowie der Kraftverläufe beim Verstellvorgang mittels einer Mehrkörpersimulation (MKS) in der Software alaska/ModellerStudio zum Einsatz. In diesem Beitrag wird das MKS-Modell des Schiebelements sowie der Abgleich des Modells mit Versuchen vorgestellt. Es folgt eine Darstellung von Optimierungsmöglichkeiten bereits in der Simulationsumgebung, bei denen die Kontaktnormalkräfte und Beschleunigungen in mehreren Iterationsschleifen auf den gewünschten Anwendungsfall angepasst werden können. Unter Berücksichtigung der Fertigungs- und Lagertoleranzen sowie des Verschleißverhaltens kann das System mit diesem Simulationstool bereits virtuell abgeprüft werden. / The advancement of internal combustion engines is characterized by an increase in efficiency, optimum operating load control, a reduction in specific consumption and compliance with applicable exhaust emission legislation. Optimization of the charge change plays a decisive role in this. One way of optimally influencing the charge change is to use variable valve trains to change the valve lift and adjust the timing. thyssenkrupp Dynamic Components develops and manufactures sliding cam systems as discretely switchable valve train systems that can feature the various valve lift requirements side by side via different cam profiles on the sliding element. A simulation of the motion, acceleration and deceleration behavior as well as the force curves during the sliding process by means of a multi-body simulation (MBS) in the alaska/ModellerStudio is applied in the development and design process. This presentation shows the MBS model of the sliding cam and the comparison of the model with test results. Various optimization options in the simulation environment present, how the contact normal forces and accelerations can be adapted in several iteration loops to the desired application. Taking into account the manufacturing and bearing tolerances as well as the wear behavior, this simulation tool allows to virtually check the sliding cam system.