Kinematik des vollvariablen Ventiltriebs UniValve (PDF)

Inhaltsangabe:Zusammenfassung:
Ein Hauptziel bei der Entwicklung von modernen Fahrzeugmotoren ist die Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs. Zur Erreichung dieser Zielsetzung existieren bei Ottomotoren verschiedene technische Lösungsansätze. Einer dieser Lösungsansätze ist die drosselfreie Laststeuerung über einen vollvariablen Ventiltrieb. Eine drosselfreie Laststeuerung zielt darauf ab, den Verbrauch durch die Absenkung der Ladungswechselverluste in der Teillast zu verringern. Der Lehrstuhl für Verbrennungskraftmaschinen der Universität Kaiserslautern entwickelt den mechanisch vollvariablen Ventiltrieb UniValve. Dieser hat folgende Eigenschaften: Der Ventilhub ist stufenlos einstellbar bis hin zum Nullhub und mit abnehmendem Ventilhub wird der Ventilöffnungswinkel geringer. Mit einem UniValve-Ventiltrieb kann daher eine drosselfreie Laststeuerung nach dem Prinzip des frühen Einlassschließens verwirklicht werden. Bei diesem Prinzip wird die für einen Lastpunkt erforderliche Gemischmenge durch die Wahl der Ventilöffnungszeit eingestellt.
Ventiltriebe von Ottomotoren sind im Sinne der Getriebelehre ebene Kurvengetriebe. Kurvengetriebe haben die Eigenschaft, dass eine vorgegebene Bewegung des Abtriebsglieds durch Auslegung bzw. Berechnung der Kontur des Kurvenglieds quasi zwangsläufig erzeugt werden kann. In herkömmlichen Ventiltrieben z.B. Tassenstößel-, Schlepphebel- oder Kipphebeltrieben mit konstantem max. Ventilhub ist der Nocken das Kurvenglied, dessen Kontur die Bewegung des Ventils - des Abtriebsglieds - bestimmt. Dabei wird das Bewegungsgesetz, das die die Relativlage des Ventils zum Nocken beschreibt, als Ventilhubverlauf bezeichnet. Durch die Wahl bzw. Konstruktion eines geeigneten Ventilhubverlaufs können die dynamischen Eigenschaften des Ventiltriebs und der motorische Prozess gezielt beeinflusst werden. Deshalb existieren für herkömmliche Ventiltriebe Software-Pakete, z.B. Camshaft Design System - kurz CDS - mit denen der Ventilhubverlauf modelliert werden kann und die dann aus dem Ventilhubverlauf und der Geometrie des Ventiltriebs invers kinematisch die Nockenkontur berechnen, die die vorgegebene Ventilbewegung erzeugt.
In einem vollvariablen UniValve-Ventiltrieb arbeiten zwei Kurvengliedern - Nocken und Stellhebel. Für die Berechnung der Nockenkurve und der Arbeitskurve des Stellhebels ist es daher erforderlich, zwei Bewegungsgesetze vorzugeben - den Ventilhubverlauf bei Vollhub und eine zweite Übertragungsfunktion, die die Bewegung [...]