Elektromagnetischer

Ventilsteuerung

1

2Inhalt

Inhalt

Variable Ventilsteuerung Einleitung

Begriffserklrung Marcell Fonnyadt, Andrs Scheck

Variable Ventilsteuerung Andrs Scheck

Konstruktive Lsungen Andrs Scheck

Vorteilen und Nachteilen Andrs Scheck

Elektromagnetische Ventilsteuerung Einleitung elektromagnetische Aktuatoren Szabolcs Berencsik

Grundprinzip des Systems Andrs Nagy

Wirkungsweise Andrs Nagy

Vorteilen und Nachteilen Andrs Nagy

Ausblick Andrs Nagy

Quellen

Bild 1.e; 1.f: OHC Ventiltrieb mit Tassenstel; DOHC Ventiltrieb mit Tassenstel

Bild 1.b; 1.c; 1.d: OHV Ventiltrieb mit Kipphebeln; OHC

Ventiltrieb mit Schwinghebeln; OHC Ventiltrieb mit Kipphebeln

Begriffserklrung

Ladungswechsel

Steuerorgane

Ventilsteuerung

Ventilanordnungen

3

Ventilsteuerung

Quelle: Lakatos Istvn Gpjrmmotorok szelepvezrlse; www.seriouswheels.com

Bild 1.a: Steuerorgane Elemente eines modernen Ventiltriebs

4Ventilsteuerung

Quelle: Jrgen Stoffregen Motorradtechnik

Theorie

Luftaufwand

Liefergrad

Infolge

starre Ventiltrieb

feste ffnungs-, und

Schliezeitpunkt

konstanter Einlass-, und

Auslasshub

Kompromiss

gute Leerlaufqualitt

gute Emissionswerte

hohe maximale Leistung

Bild 2: Steuerdiagram eines Viertaktmotors

Vernderung der Ladungswechsel in Abhngigkeit derMotordrehzahl

mit variabler Steuerzeit

mit variabler Ventilhub

Quelle: Eduard Khler, Rudolf Flierl - Verbrennungsmotoren

Bild 4: Ein- und Auslassspreizung (oben)

Steuerdiagramm eines mechanischen Ventiltriebes (unten)

Bild 3: variable Ventilsteuerungsbauarten

5

Variable Ventilsteuerung

Bauarten Variable Ventilsteuerung

Nockenwellenphasenverschiebung

Ventilhubumschaltung

Vollvariable Ventilsteuerung

Kontinuierliche Ventilhubvernderung und

Phasenwinkelverstellung

6

Variable Ventilsteuerung

Bild 6: Valeo elektromagnetischerVentilsteuerung

Bild 5: hydraulische

Ventilsteuerung

Bild 8: UniVale System

Quelle: Eduard Khler, Rudolf Flierl Verbrennungsmotoren; Christian Totzke: Variable Ventilsteuerungen, Hochschule fr Angewandte Wissenschaften, Hamburg; www.bmw.si

Bild 9: BMW Doppel VANOS (hydraulisch) + Valvetronic(elektromechanisch)

Bild 7: Porsche Vario Cam Plus (hydraulisch)

+ frher Einlassschluss fhrt zu hohem Drehmoment im unterenDrehzahlbereich

+ spter Einlassschluss fhrt zu hoher Leistung im oberenDrehzahlbereich

+ Breite berschneidung reduziert NOx-Emission

+ Senkung der CO2 Emission

+ Senkung des Kraftstoffverbrauches

+ Verbesserung der Kaltstartphase

+ gezielte innere Abgasrckfhrung

gegrenzte Verbesserungsmglichkeit

Kompliziert

Teuer

7

Vorteilen und Nachteilen

Im klassischen Sinne kann die Energie in den folgenden Formen bertragen werden:

mechanisch: pneumatisch oder hydraulisch

chemisch: Elektrolysedruck, ionische Diffusion

elektromechanisch: elektromagnetisch, elektrodynamisch, elektrostatisch,

magnetostriktiv, elektrostriktiv, piezoelektrisch

Jetzt beschftigen wir uns nur mit den elektromagnetischen Aktuatoren

8

Bild 10: Beispiele fr verschiedene Aktuatoren

Einleitung - Aktuatoren

Quelle: Technische Universitt Braunschweig - Konstruktionskatalog - Aktoren

Fr jede Anwendung muss man bercksichtigen, welcheAktorprinzip und Aktuator zu verwenden, weil jede hat seine

Vorteilen und Nachteilen

Fr unsere Anwendung, die sinnflligste Lsung ist einelektromechanisches Aktor, wegen die begrenzte Bauraum und die

Anforderungen gegen die Steuerbarkeit des Systems

Um ein Ventil des Verbrennungsmotors zu bewegen, muss ein Aktordie folgende Eigenschaft haben:

+ groe Regelbarkeit

+ groe Dynamik

+ groe Przision

+ kleine Baugre

9

Einleitung - Aktuatoren

elektromagnetisches Aktuator

Elektromagnetische Aktuatoren sind Elektromagneten mit einemgeffneten Kern

Die zwischen den Teilen entstehende Kraft hngt von dem in Spuledurchflieende Strom, die Windungszahl, und dem Luftspaltzwischen den Teilen ab

Im Fall des Ventiltriebs, man hat groe Anforderungen hinsichtlichder Abmessungen, des Energiebedarfes, und der Dynamik des

Systems

Um diese Anforderungen erfllen zu knnen, wird ein Trick in derKonstruktion angewandt

10

Einleitung - Aktuatoren

Bild 11: Magnetischer Kreis

Quelle: Technische Universitt Braunschweig - Institut fr Mikrotechnik Vorlesung Aktuatoren

I StromN WindungszahlB magnetische FluxD Luftspalt

Spule 1

AnkerplatteSpule 2

Feder 1

Feder 2

Grundprinzip und Elemente

Als Grundlage wird ein Feder-Masse-System verwendet

Die Magneten knnen das Ventil in geffneten oder geschlossenenZustand halten, oder die Schwingsystem erregen

Die Federn versorgen die fr die Beschleunigung erforderlicheBewegungsenergie, und die Dmpfung des Auftreffens

11

Bild 12: Elektromagnetische Ventilsteuerung

Quelle: MTZ 03/2007, Jahrgang 68

Luftspalt

Grundprinzip und Elemente

In der Neutrallage ist das Ventil halb geffnet

Beim Motorstart wird das Feder-Masse-System durchdie Elektromagneten erregt, Resonanz tritt auf

Die Erregung wird gelassen, den oberenElektromagnet schliet das Ventil in geschlossenenZustand ab, die obere Feder wird vorgespannt

Beim ffnen das Ventil, lsst der obereElektromagnet die Ankerplatte los, die vorgespannte

obere Feder beschleunigt das Ventil, das wird im

geffneten Zustand durch den unteren Elektromagnetabgeschlossen

Beim Schlieen geht der ganze Prozess umgekehrt

12

Bild 13: Elektromagnetische Ventilsteuerung schematische Darstellung der Wirkungsweise

Quelle: Hochschule Landshut Vorlesungsmaterial Ladungswechsel

Grundprinzip und Elemente

Feder-Masse-System

Diese Gestaltung verringert die notwendige Energiemenge

Ohne Federn werden die Energiebedarfe, die Abmessungen desSystems und die Auftreffgeschwindigkeiten beim ffnen undSchlieen unzulssig gro

Die Elektromagneten brauchen nur 42V Spannung

13

Bild 14.a: Ventilposition und Geschwindigkeit Bild 14.b: Aktuator-Auftreffgeschwindigkeit Bild 14.c: Stromverlauf zur Aktuator-Ansteuerung

Quelle: Dr.-Ing. Mathias Rausch Neue Mglichkeiten durch elektromagnetischen Ventiltrieb

Vorteilen und Nachteilen

+ Whrend des Ladungswechsels knnen beliebige ffnungs-, undSchliezeiten realisiert werden, dadurch wird der Kraftstoffverbrauchund der Schadstoffemission gesenkt, und das Motordrehmoment in

niedrigen Teillastbereich erhht

+ Eine Auftreffgeschwindigkeit unter den vorgeschriebenen Wert ist

erreichbar

Das System muss gekhlt werden, um eine entsprechendeLebensdauer und Betriebssicherheit des Bauteils dienen zu knnen

Ein weitere Steuereinheit und ein DC/DC-Wandler muss eingebautwerden

Mit der Entwicklung des Systems ist ein vergleichsweise hnlichesEnergiebedarf und Gesamtgewicht erreichbar als den heutigen

vollvariablen Ventilsteuerungen

14

Andere elektromagnetische Lsungen

Ventilbettigung erfolgt nach dem Prinzip des Linearmotors

Der Position und die Geschwindigkeit des Ventils ist in den ganzenHub steuerbar

variabler Hub, ausreichend langsame Auftreffen

Mit diesem Prinzip ist eine kompakte Einheit mit ausreichend hoherEnergiedichte noch nicht durchfhrbar

15

Bild 15.a, 15.b: Ventilsteuerung mit Linearmotor

Quelle: Launchpoint Technologies; Dr.-Ing. Mathias Rausch Neue Mglichkeiten durch elektromagnetischen Ventiltrieb

16

Vielen Dank fr Ihre Aufmerksamkeit!

Lakatos Istvn Gpjrmmotorok szelepvezrlse Jaurinum Bt. 1994

Rodion Wagner Experimentelle Prfstandsuntersuchungen an einem Einzylindermotor beim Betrieb mit

verschiedenen Mischkraftstoffen Studienarbeit TU Cottbus 2006 (Original: Jrgen Stoffregen

Motorradtechnik Vieweg Verlag 2001)

Studienarbeit Herunterladen: www.vfa.tu-cottbus.de

Eduard Khler, Rudolf Flierl Verbrennungsmotoren Vieweg+Teubner Verlag 2006

Christian Totzke Variable Ventilsteuerungen Hochschule fr Angewandte Wissenschaften Hamburg 2011

Vorlesungsmaterial Herunterladen: www.mp.haw-hamburg.de

Technische Universitt Braunschweig Institut fr Mikrotechnik Vorlesung Aktuatoren

Vorlesungsmaterial Herunterladen: www.imt.tu-bs.de

Neue Mglichkeiten durch elektromagnetischen Ventiltrieb Dr.-Ing. Mathias Rausch Auto & Elektronik 1/2000

Artikel Herunterladen: www.all-electronics.de

Hochschule Landshut Vorlesungsmaterial Ladungswechsel (Original: Krmer, Thom, Khn Variable

Ventilsteuerungen Wiener Motorensymposium 1999)

Vorlesungsmaterial Herunterladen: www.people.fh-landshut.de

Launchpoint Technologies Magnetically Actuated Engine Valve

Website Besuchen: www.launchpnt.com

Handbuch Verbrennungsmotor - Richard van Basshuysen - Vieweg Verlag

Caterina Schrder Ohne Nockenwelle - Ein neues elektromechanisches Ventiltriebssystem von Valeo MTZ

Jahrgang 68 03.2007

Audi V12 TDI Ventiltrieb (Schaubild)

Website Beschuhen: www.seriouswheels.com

BMW Doppel VANOS (Schaubild)

Website Besuchen: www.bmw.si

17

Quellen