Gegenstand dieser Arbeit ist die Entwicklung und Erprobung eines neuartigen mechatronischen Stellsystems, das mit einem optimalen Nutzen-Aufwands-Verhältnis in der Lage ist, den Kraftstoffverbrauch von Ottomotoren abzusenken. Im ersten Teil der Arbeit werden Brennverfahren beschrieben, die durch Verschiebung der Phasenlage der Nockenwellen den Ottomotor im Teillastbereich entdrosseln und so den Kraftstoffverbrauch senken. Die dafür erforderlichen Eigenschaften der Nockenwellensteller werden abgeleitet und am recherchierten Stand der Technik gespiegelt. Da keines der angedachten oder am Markt befindlichen Systeme die gestellten Anforderungen vollständig erfüllt, wird im zweiten Teil der Arbeit die Konzeption und Auslegung eines neuartigen Stellers dargestellt. Die besondere Herausforderung bei dessen Entwicklung bestand darin, mit dem 12 V Bordnetz auszukommen. Deswegen wurde ein Weg gesucht, die mechanische Leistung des Verbrennungsmotors direkt zum Antrieb des Nockenwellenstellers zu verwenden und auf die sonst bei mechatronischen Systemen übliche Umwandlung in z.B. elektrische oder hydraulische Zwischenenergie zu verzichten. Möglich wird dies durch die Zusammensetzung des Stellers aus so genannten 'passiven Elementen', die mit geringer bzw. ohne Aufnahme von elektrischer Hilfsenergie hohe Momente erzeugen oder deren Durchfluss steuern. Ergebnis der Systematisierung der denkbaren Varianten und deren nachfolgender Bewertung, ist ein Steller, der aus einem Minus-Summiergetriebe mit Eingang von der Kurbelwelle und Ausgang Richtung Nockenwelle sowie einer elektromagnetischen Bremse am Stelleingang besteht. Durch die gegenüber aktiven elektromotorischen Systemen massiv reduzierte elektrische Leistungsaufnahme des neuartigen passiven Nockenwellenstellers wird dessen direkte Ansteuerung aus dem vorhandenen Motorsteuergerät möglich. Im dritten Teil und Schwerpunkt der Arbeit wird die Entwicklung eines Notlaufsystems für den neuartigen Nockenwellensteller beschrieben. Dieses wird nach Fail-Silent-Kriterien ausgelegt und verhindert Fahrzeug-Totalausfälle, da es bei Ausfall des Hauptsystems den Steller noch in einen Zustand überführt, als wäre er nicht vorhanden und dort mechanisch verriegelt. Mit morphologischen Methoden werden wiederum verschiedene Realisierungsmöglichkeiten dargestellt, nachfolgend zu einem gewissen Grad detailliert und zur Bestimmung des Favoriten bewertet. Der vierte Teil enthält die Ergebnisse der Erprobung des Stellers und seines Notlaufsystems. Hier werden zunächst die zum Einsatz gekommenen Prüfaufbauten für die Einzelkomponenten und das Gesamtsystem beschrieben. Anschließend werden die Versuchsergebnisse dargestellt, die den Nachweis über die Funktion des neuartigen Stellers und seines Notlaufsystems erbringen.

    The subject matter of this paper is the development and testing of a novel, mechatronics adjustment system, which is in a position of being able to reduce the fuel consumption of Otto engines with an optimum cost/benefit ratio. In the first section of the paper, combustion processes are described, which dethrottles the Otto engine in the partial-load operational range by shifting the phasing of the camshafts and thereby reducing fuel consumption. The necessary characteristics of the camshaft adjuster are derived and reflected in the researched state-of-the-art. As none of the systems considered or found on the market completely fulfil the set requirements, in the second section of the paper, the conceptual design and layout of a novel adjuster will be illustrated. The particular challenge with its development was being able to make do with the 12 V onboard power supply. Therefore, a way was sought for using the mechanical output of the combustion engine directly for powering the camshaft adjuster and omitting the usual conversion into, e.g. electrical or hydraulic intermediate energy, with mechatronics systems. This be comes possible through the adjuster being composed of so-called 'passive elements', which can generate high torque or its throughput, with little/without take-up of electrical auxiliary energy. The result of systematising the conceivable options and their subsequent assessment is an adjuster that is comprised of a minus-summation gear with input from the crankshaft and output in the direction of camshaft, as well as an electromagnetic brake at the adjuster input. Through the massively reduced electric power consumption of the novel camshaft adjuster, in comparison with active electromotive systems, its direct control is possible through the available engine control device. In the third section and focus of the paper, the development of a dry-running system for the novel camshaft adjuster is described. This is laid out according to fail-silent criteria and prevents the total vehicle failures, as in the event of failure of the main system, the adjuster is still transferred to a condition as though it were not available and is mechanically locked there. In turn, with morphological methods, various realisation options are illustrated and subsequently detailed to a certain extent and assessed in order to determine the favourite. The fourth section contains the results of testing the adjuster and its dry-running system. Here, the test structures used for the individual components and the entire system are described. Subsequently, the test results are illustrated, which provide evidence regarding the functioning of the novel adjuster and its dry-running system.


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    Title :

    Entwicklung eines passiven Phasenstellers für Verbrennungsmotoren mit Fail-silent-Notlalaufsystem


    Contributors:

    Publication date :

    2007


    Size :

    151 Seiten, Bilder, Tabellen, 36 Quellen


    Type of media :

    Theses


    Type of material :

    Print


    Language :

    German







    Entwicklung eines neuartigen elektromagnetischen Ventiltriebs für Verbrennungsmotoren

    Stebner, Gerhard Edmound / Technische Universität Clausthal | GWLB - Gottfried Wilhelm Leibniz Bibliothek | 2017


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