Der Verbrennungsmotor ist immer noch die meistgenutzte Antriebsquelle im PKW und wird es auch in naher Zukunft bleiben. Vor dem Hintergrund knapper werdender Ressourcen steht die Reduktion des Kraftstoffverbrauchs und der Emissionen im Fokus der Entwicklung heutiger Motoren. Einen Ansatz zur Reduktion des Kraftstoffverbrauchs und der Emissionen stellt der vollvariable Ventiltrieb dar. In dieser Arbeit wird ein mechanisch vollvariabler Ventiltrieb analysiert. Im ersten Teil der Arbeit werden die Auslegung und die konstruktive Umsetzung näher betrachtet. Hierbei werden der Einfluss der Anordnung der Ventiltriebsbauteile und die Auslegung der Ventilbeschleunigungsverläufe auf die Ventiltriebsdynamik analysiert. Das Erreichen der Betriebsdrehzahl des Motors ist die Grundvoraussetzung für den Einsatz des Ventiltriebssystems im Motor. Im zweiten Teil der Arbeit werden die theoretisch vorhergesagten Effekte am befeuerten Prüfstand untersucht. Als Versuchsträger dienen aufgeladene Ottomotoren mit Saugrohr- oder Direkteinspritzung. Aktuell gibt es auf dem Markt zwei Ansätze zur Verbrauchsreduktion. Zum einen gibt es das Downsizing, welches mittels Abgasturboaufladung zu einer Lastpunktverschiebung führt. Zum anderen wird durch die Reduzierung der Ladungswechselverluste eine Effizienzsteigerung erreicht. In der vorliegenden Arbeit werden beide Ansätze miteinander kombiniert. Die Analyse der erreichbaren Verbrauchs- und Emissionsminderung durch die Kombination von Aufladung und drosselfreier Laststeuerung bildet den Schwerpunkt dieser Arbeit. Im weiteren Verlauf werden die unterschiedlichen Potentiale von Saugrohr- und Direkteinspritzung verglichen. In allen Betriebspunkten liegt der Fokus auf der Reduktion des Kraftstoffverbrauchs. Zusätzlich werden an der Volllast die Auswirkungen der Kombination von vollvariablem Ventiltrieb und Aufladung auf das Ansprechverhalten des Motors bei tiefen Drehzahlen untersucht. Die physikalischen Vorgänge, welche in der Teillast eine Reduktion des Kraftstoffverbrauchs sowie der Emissionen und an der Volllast eine Drehmomenterhöhung bei tiefen Drehzahlen zur Folge haben, werden mit Hilfe von Strömungssimulationen analysiert.

    The internal combustion engine is still the most used engine in passenger cars and it will still be in the near future. The limited sources of fossil fuels and the law restrictions concerning the fuel consumption and the pollutant emissions require further improvements on the gasoline engine. There are different solutions which lead to a reduction of fuel consumption and pollutant emissions. The solutions have in common the reduction of losses. In this thesis a solution is presented which makes it possible to reduce the thermodynamic and the mechanical losses. The thermodynamic losses can be reduced with this system at part load and at full load. Furthermore this system can reduce the mechanical losses at part load. The system is the mechanical fully variable valve train UniValve, which was developed at the University of Kaiserslautern. The fully variable valve train was applied on two different turbocharged engines. The first engine is a turbocharged gasoline engine with port injection and the second engine is a turbocharged engine with direct injection. In the first part of the thesis the mechanical fully variable valve train is analyzed from the theoretical point of view. At the University of Kaiserslautern the mechanical fully variable valve train was designed and applied on a naturally aspirated four cylinder mass production gasoline engine. This first design was able to reach an engine speed of 4000 rpm. In the theoretical analysis of the valve train mechanism different designs of the valve train had been made and compared to each other. The fully variable valve train has been adapted to the inlet side. The goal is to reach the required engine speed of 6000 rpm considering the package specification of a series production engine. The three new designs have to fit in the available space inside of the cylinder head, without modifying the outer shape of the cylinder head. Considering mass production the changes of other components have to be avoided, to minimize the costs by using the new valve train system. The fully variable valve train is based on a common valve train with roller finger follower. To reduce costs the design of the basic roller finger follower system is not changed. The new designs are compared to the first design which has its speed limit at 4000 rpm. After the design of the three new valve trains considering the geometrical conditions the speed limit of each design has to be evaluated using a multi-body-simulation (MBS) -software. The geometric layout and valve acceleration layout has the main influence on the dynamic behavior of the valve train at higher engine speeds. Furthermore different valve accelerations are tested on each design. By analyzing this matrix of different designs and different valve accelerations, the best design and valve acceleration combinations are chosen. Only with the combinations which reach the highest engine speeds further improvements are tested. The further improvements include unsymmetrical valve acceleration layouts and further mass reduction to show the speed potential of the fully variable valve train.


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    Title :

    Analyse eines mechanisch vollvariablen Ventiltriebs an aufgeladenen Ottomotoren mit Saugrohr- und Direkteinspritzung


    Contributors:

    Published in:

    Publication date :

    2012


    Size :

    324 Seiten, Bilder, Tabellen, 109 Quellen




    Type of media :

    Theses


    Type of material :

    Print


    Language :

    German





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