Ventiltriebanalyse | Optimierung der Ventilsteuerung ENGINEERING

Ventiltriebanalyse – Optimierung der Ventilsteuerung

Die Entwicklung effizienter und leistungsstarker Verbrennungsmotoren ist eines der Hauptziele der modernen Automobilentwicklung.

Ein entscheidendes Element zur Optimierung der Thermodynamik und damit zur Steigerung der Effizienz von Verbrennungsmotoren ist die Ventilsteuerung.

Messungen am geschleppten Zylinderkopf

Messung von Ventilhub und Ventilgeschwindigkeit mit Laservibrometer

Nockenwellenpositionsmessung mit Drehwinkelgeber

Klassische Messmethode mit hochpräzisen Messsignalen

Messungen am befeuerten Motor

Ventilhubmessung mit präparierter

Ventilschaft und MR-Sensorik

Abweichung zum Laservibrometer < 20 µm

Spezielle Softwarelösung für Berechnung der Hubsignale aus den Sensorsignalen (SIN, COS)

Analyse der Ventilsteuerung

Die Analyse der Ventilsteuerung basiert auf dem gemessenen analog Signalen des Ventilhubs (SIN, COS). Diese werden in Abhängigkeit von der Nockenwellenstellung erfasst. Im Fokus steht dabei insbesondere das dynamische Öffnungs- und Schließverhalten des Ventils (z. B. Schließgeschwindigkeit) in Abhängigkeit von der Motordrehzahl.

Zusätzlich stehen in der RAS Software eine Vielzahl von Analysetools zu Verfügung. Es lassen sich beispielsweise das Aufsetzverhalten die Ventilüberschneidung, ein Abheben und vieles mehr automatisiert auswerten.

Vorteile der Ventiltriebsuntersuchung am befeuerten Motor

Messungen am befeuerten Motor bieten wesentliche Vorteile gegenüber Messungen am geschleppten Zylinderkopf:

Untersuchung der Gaskrafteffekte unter realem Drehschwingungs- und Wärmeausdehnungsverhalten von Nockenwelle und Zylinderkopf

Reale Betriebsbedingungen insbesondere bei steigenden Lade- und Abgasgegendrücken (z. B. durch Partikelfilter)

Kostenersparnis, da der Aufbau komplexer Versuchsträger entfällt

Softwaremodul „Ventiltrieb“ – Automatisierte Auswertung

Die manuelle Auswertung dynamischer Parameter (z. B. Ventilaufsetzgeschwindigkeit oder Zeitpunkte des dynamischen Öffnens und Schließens) ist bei vielen Betriebspunkten zeitaufwendig und bindet wertvolle Entwicklungsressourcen.

Das Softwaremodul „Ventiltrieb“ wurde entwickelt, um diese Analysen automatisiert durchzuführen.
Dadurch können:

die Auswertezeit,
die Größe der Versuchsmatrix sowie
die Nutzungszeit des Prüfstands
deutlich reduziert werden.

Anstelle von Messungen bei konstanten, diskreten Drehzahlen können nun Drehzahlrampen gefahren werden.

Messungen am geschleppten und befeuerten Zylinderkopf

Um das Öffnungs- und Schließverhalten zuverlässig beurteilen zu können, sind Messungen und Berechnungen der drei zentralen Größen erforderlich:

Ventilhub
Ventilgeschwindigkeit
Ventilbeschleunigung

Hierfür kommen zwei Messverfahren zum Einsatz:

Messung am motorisierten Zylinderkopf mit einem Laservibrometer
Messung im befeuerten Betrieb mit magnetoresistiver (MR) Sensortechnik von Sensitec

Der variable Ventilhub kann in beiden Messarten ermittelt werden.
Zusätzlich werden Drehzahlsignale und Winkelpositionen am Nockenwellenantriebssystem erfasst, um das Drehschwingungsverhalten der Nockenwellen abzuleiten.

Die gewonnenen Daten von Drehzahl und Ventilhub werden anschließend im Softwaremodul „Ventiltrieb“ ausgewertet.
Damit können automatisch und grafisch dargestellt werden:

Ventilgeschwindigkeit und -beschleunigung
Öffnungs- und Schließverhalten
Hubverlust
Resonanz- und Spannungsverhalten

Auswertbare Parameter

Mit dem Softwaremodul lassen sich unter anderem folgende Parameter automatisch analysieren:

Winkelposition des dynamischen Öffnens und Schließens
Aufsetzgeschwindigkeit
Hubverlust
Abheben und Ventilprellenmechanische Belastung der Komponenten (z. B. Flächenpressung beim Tassentrieb)
Hubfläche und Ventilüberschneidung

Die Software wertet die Verläufe mehrerer Signale – Ventilhub, Geschwindigkeit und Beschleunigung – zyklisch aus und stellt sie vergleichbar mit den zugehörigen Ergebnisparametern dar. Für spezialisierte Nutzer sind vorgefertigte Analysemethoden hinterlegt (z. B. für die Bestimmung der Aufsetzgeschwindigkeit).

Zusätzlich können Zyklen mit Signalfehlern automatisiert erkannt und aus der Auswertung ausgeschlossen werden.

ventildynamik