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Messungen am Ventiltrieb / an der Ventilriebs­dynamik

Problem: Erhöhter Schadstoffausstoß

Ziel: Effizienter und leistungsstarker Verbrennungsmotor

Die Entwicklung effizienter und leistungsstarker Verbrennungsmotoren ist eines der Hauptziele der Automobilentwicklung. In diesem Zusammenhang ist die Ventilsteuerung ein entscheidendes Element für die Optimierung der Thermodynamik und damit für die Effizienz von Verbrennungsmotoren.

Die Analyse der Ventilsteuerung erfolgt auf Basis der gemessenen, analogen Größen Ventilhub bzw. Ventilgeschwindigkeit in Abhängigkeit von der Nockenwellenstellung. Dabei steht insbesondere das dynamische Öffnungs- und Schließverhalten des Ventils (z.B. Schließgeschwindigkeit) in Abhängigkeit von der Motordrehzahl im Vordergrund.

MESSUNGEN AM GESCHLEPPTEN ZYLINDERKOPF UND AM BEFEUERTEN MOTOR

Um das Öffnungs- und Schließverhalten zuverlässig beurteilen zu können, sind Messungen und Berechnungen der drei Messgrößen Ventilhub, Ventilgeschwindigkeit und Ventilbeschleunigung notwendig. Dazu können zwei unterschiedliche Messverfahren eingesetzt werden: die Messung am motorisierten Zylinderkopf mit einem Laservibrometer und im befeuerten Betrieb mit magnetoresistiver (MR) Sensortechnik. Der gemessene variable Ventilhub kann sowohl am motorisierten Zylinderkopf als auch im befeuerten Betrieb mit MR-Sensoren ermittelt werden. Dazu werden die Drehzahlsignale und Winkelpositionen am Nockenwellenantriebssystem erfasst. Daraus lässt sich in einem ersten Schritt das Drehschwingungsverhalten der Nockenwellen ableiten. Die gemessenen Daten von Drehzahlen und Ventilhub können dann im Softwaremodul Ventiltrieb ausgewertet werden. So können Größen wie Ventilgeschwindigkeit und -beschleunigung, Öffnungs- und Schließverhalten, Hubverlust, Resonanz und Spannungsverhalten automatisch ausgewertet und grafisch dargestellt werden.

VORTEILE VENTILTRIEBS­UNTERSUCHUNGEN AM BEFEUERTEN MOTOR

Die Messungen am befeuerten Motor haben Vorteile gegenüber denen am geschleppten Zylinderkopf. Zum Beispiel können Sie am befeuerten Motor auch die Effekte der Gaskräfte unter realem Drehschwingungs- und Wärmeausdehnungsverhalten der Nockenwellen bzw. des Zylinderkopfes untersuchen. Diese Effekte gewinnen mit zunehmenden Lade- und  Abgasgegendrücken (Partikelfilter) immer mehr an Bedeutung.

Ein weiterer Vorteil ist, dass die Kosten für den Aufbau eines teilweise sehr komplexen Versuchsteilträgers eingespart werden können.

SOFTWAREMODUL FÜR AUTOMATISIERTES AUSWERTEN DER DYNAMISCHEN PARAMETER

Die händische Auswertung von dynamischen Parametern, wie z.B. der Ventilaufsetzgeschwindigkeit oder der Zeitpunkt des dynamischen Öffnens und Schließens, ist bei einer Vielzahl unterschiedlicher Betriebspunkte sehr mühselig und nimmt viel von Ihrer Arbeitszeit in Anspruch.

Das Softwaremodul „Ventiltrieb“ wurde mit dem Ziel entwickelt diese Auswertungen automatisiert durchzuführen. Damit kann nicht nur die Auswertezeit, sondern auch die Größe der Versuchsmatrix und dem entsprechend die Nutzungszeit des Prüfstands reduziert werden. Anstatt Messungen bei konstanten, diskreten Drehzahlen zu fahren, können Sie nun Drehzahlrampen durchführen.

Unter anderem lassen sich mit dem Softwaremodul folgende Parameter auswerten: Winkelposition des dynamischen Öffnens und Schließens, Aufsetzgeschwindigkeit, Hubverlust, Abheben, Ventilprellen, mechanische Belastung der Komponenten (Flächenpressung beim Tassentrieb),  Hubfläche und Ventilüberschneidung.

Die Software wertet Verläufe mehrerer Signale aus (Hub, Geschwindigkeit und Beschleunigung) und stellt diese automatisch für jeden Zyklus mit den entsprechenden Ergebnisparametern vergleichbar dar. Bei einigen Analysen sind weitere, für den spezialisierten Nutzer vorgefertigte Auswertemethoden hinterlegt (z. B. Aufsetzgeschwindigkeit).

Zusätzlich zur Vielzahl an Analysemöglichkeiten können Sie Zyklen mit Signalfehler automatisiert erfassen und aus den Auswertungen entfernen.

Die Applikation der Messtechnik wie auch Messungen vor Ort, Analyse und Bewertung können komplett von ROTEC ENGINEERING bereitgestellt und durchgeführt werden.

ROTEC ENGINEERING führt Untersuchungen an elektrischen wie auch an hydraulischen Nockenwellenverstellern durch. Somit werden Wechselwirkungen zwischen Ventilbetätigung und Steuerzeiten erfasst oder das Funktionsverhalten der Nockenwellenversteller explizit analysiert. 

Messungen am
Geschlepp­ten Zylin­derkopf

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  • Messung von Ventilhub und Ventilgeschwindigkeit mit Laservibrometer
  • Nockenwellenpositionsmessung mit Drehwinkelgeber
  • Klassische Messmethode mit hochpräzisen Messsignalen

Messungen am
befeuerten Motor

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  • Ventilhubmessung mit präparierter Ventilschaft und MR-Sensorik 
  • Abweichung zum Laservibrometer < 20 µm
  • Spezielle Softwarelösung für Berechnung der Hubsignale aus den   Sensorsignalen (SIN, COS)

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