Browsing by Author "Mincione, Giovanni"

Now showing 1 - 1 of 1

Open Access
Ventiltriebkonzepte zur Verbrauchsreduzierung bei Motorradmotoren
(2013) Mincione, Giovanni; Bargende, Michael (Prof. Dr.-Ing.)
In der vorliegenden Arbeit wird das Verbrauchspotential bei Motorradmotoren von zwei variablen Ventiltrieben, dem mechanischen vollvariablen Ventiltrieb (VVT) und dem Schaltnockensystem (SN) verglichen. Im für den Abgastest relevanten TL-Bereich werden zwei Betriebspunkte mit niedriger und höher Last für die stationären Untersuchungen definiert. Für die Darstellung des entdrosselten Betriebs wird die Ventilhubstrategie mit frühem Einlass Schließen (FES) gewählt. Die zu untersuchenden Ventilhubprofile werden durch Verkürzung der Öffnungsdauer (OD) der Basisnocke unter Beibehaltung der maximalen Ventilbeschleunigung generiert. Die rechnerischen Ergebnisse in der unteren Teillast zeigen, dass sowohl kurze (ca. 40% der Basis-ÖD) als auch mittellange (ca. 70% der Basis-ÖD) Ventilhubprofile zu einem vollentdrosselten Betrieb mit gravierender Absenkung der Ladungswechselverluste führen. Stark unterschiedlich ist aber der sich ergebende Restgasgehalt, der bei mittellangen Hubprofilen auf höherem Niveau liegt. Im oberen Teillastbereich zeigen die Simulationen ebenfalls einen deutlichen Effekt der Entdrosselung auf die Ladungswechselverluste, wobei das allgemein niedrige Restgasgehaltniveau weniger beeinflusst wird. Die Verbrennungsstabilität in der unteren Teillast stellt bei Motorradmotoren, aufgrund ihrer speziellen konstruktiven Eigenschaften, eine große Herausforderung dar. Darüber hinaus führt der FES-Ansatz zu einer Absenkung des Turbulenzniveaus im Brennraum sowie des effektiven Verdichtungsverhältnisses. Mittels dreidimensionaler Strömungssimulation werden verschiedene Maßnahmen analysiert, die für eine Verstärkung der Ladungsbewegung sorgen. Die experimentellen Ergebnisse im unteren TL-Bereich bestätigen, dass Hubprofile mit kurzer ÖD bei Vollentdrosselung zu einer gravierenden Absenkung der Ladungswechselarbeit führen (VVT-Ansatz). Hubprofile mit mittellanger ÖD sind im vollentdrosselten Betrieb nicht zielführend, da die Verbrennungsstabilität aufgrund des hohen Restgasgehalts und des niedrigen Turbulenzniveaus sehr kritisch wird. Diese Hubprofile können aber als SN-Varianten ohne Einsatz eines Einlassphasenstellers mit späterer Einlassspreizung und angestellter Drosselklappe betrieben werden. Dies führt zu einer hervorragenden Verbrennungsstabilität und dadurch erreichen die SN-Hubprofile ebenfalls einen Verbrauchsvorteil gegenüber der Basisnocke. Die geringe Reibleistung, die sich aus dem reduzierten Ventilhub ergibt, wirkt sich in der unteren Teillast zusätzlich auf den Kraftstoffverbrauch aus. In Summe zeigen die SN-Hubprofile eine Verbrauchseinsparung von 6%, während die VVT-Hubprofile durch die Vollentdrosselung die 10% erreichen. Im oberen TL-Bereich gibt es zwischen VVT- und SN-Hubprofilen kaum Unterschiede, da beide hier für den entdrosselten Betrieb ausgelegt sind. Die Verbrennungsstabilität liegt schon bei der Basisnocke auf hohem Niveau. Der Effekt der niedrigen Ladungswechsel- und Reibungsverluste auf den Kraftstoffverbrauch ist aufgrund der höheren Last gering. Insgesamt beträgt hier der erzielbare Verbrauchsvorteil ca. 6%. Eine Potentialabschätzung im ganzen Abgastestbereich ergibt für das Schaltnockensystem ohne Phasensteller eine Verbrauchseinsparung von ca. 7%, die bei dem VVT mit Phasensteller auf fast 10% ansteigen würde. Die ersten Versuche auf dem Motorprüfstand mit einer SN-Variante im transienten Betrieb bestätigen die Prognose aus den stationären Messwerten. Der Einsatz von Ventiltriebvariabilitäten in der Volllast wird ebenfalls evaluiert. Bei dem SN-System werden eine Drehmoment- und eine Leistungsnocke kombiniert. Dadurch ergibt sich ein sehr fülliger Drehmomentverlauf. Durch Verlängerung der Getriebeübersetzung kann somit ein Verbrauchsvorteil von ca. 2% erzielt werden. Beim VVT liegt die große Herausforderung in der Volllast bei der mechanischen Festigkeit. Die Hubprofile sind flacher als bei starren Ventiltrieben und das maximale Drehmoment sinkt. Aufgrund seiner konstruktiven Eigenschaften wird das Schaltnockensystem ohne Einlassphasensteller als ein günstiger Kompromiss bewertet, falls keine weiteren Anforderungen hinsichtlich Drehmoment und Leistung bestehen. Allerdings gilt es noch zu überprüfen, ob eine unauffällige Nockenumschaltung in der Teillast darstellbar ist. Der vollvariable Ventiltrieb bietet eine breitere Möglichkeit der Optimierung, aber die Drehzahlfestigkeit stellt eine große Herausforderung dar. Die Notwendigkeit eines Einlassphasenstellers macht die Komplexität eines derartigen Systems noch höher.