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Problem: Effizienzanforderung / Nockenverschleiß
Ziel: Variable, robuste Ventilsteuerung mit optimalen Ventilsteuerzeiten
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Ventiltriebanalyse – Optimierung der Ventilsteuerung
Hohe Effizienz, Zuverlässigkeit und Leistungsstärke sind wichtige Entwicklungskriterien moderner Verbrennungsmotoren.
Ein entscheidendes Element zur Steigerung des Wirkungsgrades und der Verschleißfestigkeit von Verbrennungsmotoren ist die mechanische und thermodynamische Optimierung der Ventilsteuerung.
Um das Öffnungs- und Schließverhalten zuverlässig beurteilen zu können, sind Messungen und Berechnungen der drei zentralen Größen erforderlich:
Ventilhub
Ventilgeschwindigkeit
Ventilbeschleunigung
Je nach Zielsetzung der Messung kommen zwei unterschiedliche Messmethoden und -verfahren zum Einsatz. Die Auswertung der Messdaten ist unabhängig vom Messverfahren und erfolgt mit demselben Softwaremodul.
Messmethoden und -verfahren
Messungen am geschleppten Zylinderkopf
-Erfassung des Ventilhubs mit einfach zu montierender optischer Messtechnik außerhalb des Zylinderkopfes
Messungen am befeuerten Motor
-Erfassung des Ventilhubs mit hoch-integrierter MR-Sensorik an der Ventilführung.png?width=2000&height=1414&name=Design%20ohne%20Titel%20(29).png)
Analyse der Ventilsteuerung
Die Analyse der Ventilsteuerung basiert auf den analog gemessenen Signalen des Ventilhubsensors (SIN, COS). Diese werden in Abhängigkeit von der Kurbelwellen- oder Nockenwellenstellung erfasst. Im Fokus steht dabei insbesondere das dynamische Öffnungs- und Schließverhalten des Ventils (z. B. Schließgeschwindigkeit) in Abhängigkeit von der Motordrehzahl.
Zusätzlich steht in der RAS Software eine Vielzahl von Analysetools zur Verfügung. Es lassen sich beispielsweise das Aufsetzverhalten, die Ventilüberschneidung, Hubverlust oder Abheben automatisiert auswerten. Auch andere analog gemessene Größen wie Feder- und Nockenkräfte können in die Ventildynamikuntersuchung integriert werden.
Vorteile der Ventiltriebsuntersuchung am befeuerten Motor
Softwaremodul „Ventiltrieb“ – Automatisierte Auswertung
Die manuelle Auswertung dynamischer Parameter (z. B. Ventilaufsetzgeschwindigkeit oder Zeitpunkte des dynamischen Öffnens und Schließens) ist bei vielen Betriebspunkten und mit variabler Ventilsteuerung sehr zeitaufwendig und bindet wertvolle Entwicklungsressourcen. Das Softwaremodul „Ventiltrieb“ ermöglicht das automatisierte Auswerten von Messungen bei konstanten Drehzahlen und auch von gefahrenen Drehzahlrampen. Dadurch können umfangreiche Messreihen mit langer Prüfstandsbelegung reduziert und die Auswertung beschleunigt werden. Mit dem Softwaremodul lassen sich viele anwendungsspezifische Größen auswerten und darstellen:
Ventilhub-, -Geschwindigkeit und -Beschleunigung
Öffnungsintervalle oder spezielle Winkelpositionen (z.B. für das dynamische Öffnen und Schließen)
Hubverlust oder Hubvergleich zur kinematischen Hubkurve
Hubfläche und Ventilüberschneidung
Abheben und Ventilprellen
Aufsetzgeschwindigkeit
Mechanische Belastung der Komponenten (z. B. Flächenpressung beim Tassentrieb)
Beliebige Analoggrößen wie z.B. parallel gemessene Feder- und Nockenkräfte
Min./Max. Werte aus Ventilhub, aus abgeleiteten sowie aus parallel gemessenen Größen
Die Software wertet die Kurvenverläufe aller in der Messung vorhandenen Öffnungs- und Schließzyklen aus. Zur grafischen Aufbereitung der Ergebnisse können anschauliche 2d und 3d Diagramme über Drehzahl, Drehwinkel und über der Zeit erstellt werden. Einzelne Zyklen mit Signalfehlern können zudem automatisiert erkannt und aus der Auswertung ausgeschlossen werden. Mit den parallel aufgezeichneten Drehzahlsignalen von Kurbel- oder Nockenwellen lassen sich auch Einflüsse des Drehschwingungsverhaltens von Steuer- und Ventiltrieb auf die Ventildynamik ableiten.