In den vergangenen Jahren wurden bereits Fahrzeugmotoren auf den Markt gebracht, die durch drosselfreie Laststeuerung, Zylinderabschaltung und/oder Downsizing den Kraftstoffverbrauch und damit die CO2-Emissionen deutlich reduzieren konnten. Um diesen Trend auch in der Zukunft weiter fortsetzen zu können, reichen diese Maßnahmen für sich genommen jedoch nicht aus. Es sind sinnvolle Technologiekombinationen zu finden, die bei geringen Systemkosten durch die Nutzung von Synergie-Effekten ein möglichst großes CO2- Einsparpotenzial bieten. Aus diesem Grund wird in dieser Arbeit die drosselfreie Laststeuerung mit der Zylinderabschaltung an einem Downsizing-Turbomotor kombiniert. Zusätzlich werden jüngste Erkenntnisse über die Vorteile einer auslassseitigen Variabilität der Ventilsteuerzeit mit berücksichtigt. Die Zusammenführung dieser Technologien bietet sich an, da sie alle eine Variabilität im Ventiltrieb voraussetzen. Im ersten Teil der Arbeit wird die Entwicklung eines Zylinderkopf-Prototyps beschrieben, der an einem 1,6l-Turbomotor die konventionelle durch eine vollvariable Ventilsteuerung auf der Ein- und Auslassseite ersetzt und zusätzlich die Zylinderabschaltung mittels Ventilstilllegung mechanisch in das variable Ventiltriebsystem integriert. Dabei wird auch auf die Methodik eingegangen, die zur Auslegung eines solchen Systems entwickelt wurde und hier erstmals angewandt wird. Die kinematische Analyse der auftretenden Kräfte im ausgelegten System zeigt die zusätzlichen Anforderungen, die durch das Hinzufügen der Zylinderabschaltung insbesondere an die Stellwelle des vollvariablen Ventiltriebs resultieren. Anschließend wird die mechanische Erprobung dieses Zylinderkopfes erläutert. Dies beinhaltet die Bewertung der Ventiltriebdynamik der vollvariablen Ventilsteuerung. Außerdem werden die Einflüsse der Variabilität auf die Ventiltriebsreibung für den drosselfreien 4- und 2-Zylinderbetrieb erklärt. Besondere Aufmerksamkeit wird den Anforderungen gewidmet, die aus der mechanischen Integration der Zylinderabschaltung in den Ventiltrieb an die Aktuatorik des Ventiltriebs entstehen. Abschließend werden die Ergebnisse dargestellt und bewertet, die mit dem Prototypmotor am befeuerten Prüfstand erreicht werden konnten. Hierbei werden zunächst anhand verschiedener Lasten und Drehzahlen der drosselfreie 4- und 2-Zylinderbetrieb miteinander verglichen. Darauf basierend wird ein sinnvoller Anwendungsbereich für die Zylinderabschaltung herausgearbeitet und eine Strategie zur Motorsteuerung vorgestellt, mit deren Hilfe ein drehmomentneutrales Umschalten zwischen 4- und 2-Zylinderbetrieb möglich ist.
To meet the fleet limit of 95 g CO2/km by the year 2020, the use of only some single measures does not suffice. The utilization of synergy effects is necessary to combine some of these technologies in one engine. This capitalizes the best possible fuel consumption benefit at low system costs. Taking this into account, the combination of throttle free load control and cylinder deactivation is expedient. Throttle-free load control requires variability in intake valve timing, which is usually generated along with a variation of intake valve lift. Cylinder deactivation is typically generated via valve closure, thus requiring the capability of valve train to change valve lift on some cylinders to zero valve lift on the intake and exhaust side. As both technologies require valve train variability, this might be combined into one common system. Additionally, the thermodynamic background to reduce losses in engine process complements one another. Throttle-free load control reduces charge cycle work in low pressure process and has some more benefits on high pressure process. Cylinder deactivation mainly affects the effective compression ratio of high pressure process with additional benefits on charge change cycle. Moreover, recent developments reveal that in addition to throttle-free load control, fully variable valve adjustment on the exhaust side is expedient as well to further improve fuel consumption at part load. And when adding this technology to throttle-free load control and cylinder deactivation, fully variable valve adjustment on exhaust side can function as valve closure device on exhaust side as well. This thesis will discuss the combination of fully variable valve control on the intake and exhaust side along with cylinder deactivation on a 4-cylinder downsizing engine. For this purpose, a cylinder head prototype has been created, featuring mechanically fully variable valve control on the intake and exhaust side using the mechanically fully variable valve train system UniValve. The functionality of cylinder deactivation via valve closure is mechanically integrated into the valve train system by changing the profiles of the control shafts on the intake and exhaust side. Therefore a method was developed for transferring the control strategy into control shaft profiles. The shaping of control shafts enables different operation modes of the variable valve train system along with the possibility of mode transition during engine operation which is essential for the application of such a system in a mass production engine. Additionally, valve lift phasing can possibly be integrated at specified fields of engine operation, contributing to increase residual gas capability of the engine, especially at part load.
Drosselfreie Laststeuerung und Zylinderabschaltung mit mechanisch vollvariablem Ventiltrieb am turboaufgeladenen Ottomotor
VKM Schriftenreihe ; 12
2013
183 Seiten, 153 Bilder, 102 Quellen
Theses
German
Zylinderabschaltung , Lastregelung , Ventiltrieb , Downsizing , Kraftstoffverbrauch , CO2-Emission , Ventilsteuerung , Ottomotor , Fahrzeugmotor , Turbomotor , Maschinenkosten , Einsparpotenzial , Synergieeffekt , Zylinderkopf , kinematische Analyse , Motorsteuerung , Umschalten , Lastwächter , Deaktivierung , Ventilerhebung , Steuerwelle , variable Ventilsteuerung , Maschinenbetrieb , Massenproduktion
VENTILTRIEB - Mechanisch vollvariabler Ventiltrieb und Zylinderabschaltung
Online Contents | 2013
|Mechanisch vollvariabler Ventiltrieb und Zylinderabschaltung
Automotive engineering | 2013
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