Einfluss der Sekundärbewegungen von Ventilfedern auf die Ventiltriebsdynamik von Verbrennungsmotoren

  • Influence of secondary motions of valve springs on the valve train dynamics of internal combustion engines

Struwe, Christof; Pischinger, Stefan (Thesis advisor); Jacobs, Georg (Thesis advisor)

Aachen (2020)
Doktorarbeit

Dissertation, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, 2020

Kurzfassung

Die Beschreibung der im Ventiltrieb ablaufenden Primärbewegungen mit Hilfe von Messtechnik oder Simulation ist heute hinsichtlich Funktionserfüllung, Lebensdauer und Effizienz ein fester Bestandteil des Entwicklungszyklus moderner Verbrennungsmotoren. Zeitglich laufen im Zylinderkopf sogenannte Sekundärbewegungen ab, die zu zusätzlichen Reibungsverlusten oder Effekten wie die der Ventildrehung führen. Diese rücken im Zuge der Optimierung von Subsystemen mehr und mehr in den Fokus. Da bei solchen Systemen der messtechnische Zugang oft begrenzt ist und der rein analytische Ansatz die stochastischen Schwankungen von Reibungseffekten nicht hinreichend genau abbilden können, ist eine Vorgehensweise sinnvoll, bei der der Versuch und die Berechnung eng miteinander verbunden werden. In dieser Arbeit wird ein hybrider Ansatz aus Messungen und Simulationen verfolgt, um die Sekundärbewegungen des Ventiltriebes, wie die Reibungsvorgänge und die Ventilrotation, sowohl auf der Ebene einzelner Komponenten bis hin zum Gesamtsystem zu analysieren. Dabei liegt ein besonderes Augenmerk auf der Ventilfeder, welche an verschiedenen Effekten teils ursächlich beteiligt ist. Die Analyse der statischen und dynamischen Bewegungen an der Feder und des Einzelventiltriebs wird mit Hilfe von Methoden der Mehrkörpersimulation durchgeführt. Die Messungen am Ventiltrieb erfolgen auf einem Schleppprüfstand zur Reibungsmessung, an dem Ventilhub, Ventildrehung, Kraft im Rollenschlepphebel und das Drehmoment an der Nockenwelle aufgenommen werden. Die Ergebnisse liefern einen Erklärungsansatz für den Mechanismus der Ventilrotation sowie für die Aufteilung des Reibungsaufkommens auf die einzelnen Komponenten des Ventiltriebs. Durch einen Vergleich verschiedener Federauslegungen hinsichtlich der Längskraft, der Querkraft und der Dynamik lässt sich die Größe des Einflusses der Feder auf die Sekundärbewegungen des Ventiltriebs darstellen und quantifizieren.

Identifikationsnummern