{"id":182686,"date":"2019-08-27T07:00:45","date_gmt":"2019-08-27T05:00:45","guid":{"rendered":"https:\/\/innovationorigins.com\/?p=182686"},"modified":"2019-08-27T07:00:45","modified_gmt":"2019-08-27T05:00:45","slug":"neuartiger-ventiltrieb-fuer-verbrennungsmotoren-spart-20-treibstoff","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/ioplus.nl\/archive\/de\/neuartiger-ventiltrieb-fuer-verbrennungsmotoren-spart-20-treibstoff\/","title":{"rendered":"Elektrohydraulischer Ventiltrieb f\u00fcr Verbrennungsmotoren spart 20% Treibstoff"},"content":{"rendered":"

So lange es Verbrennungsmotoren gibt, macht es Sinn, diese in puncto Schadstoffemissionen und erneuerbare Treibstoffe zu optimieren. Ein Ansatzpunkt sind die Ventile zur Zu- und Abfuhr der Gase. Hier sind bei den Motorenkonstrukteuren insbesondere hohe Flexibilit\u00e4t, um die Effizienz zu verbessern, die Schadstoffemissionen zu senken und erneuerbare Treibstoffe optimal einsetzen zu k\u00f6nnen, gefragt. Bislang werden die Gaswechselventile von Viertaktmotoren \u00fcber Nockenwellen angesteuert. Trotz teilweise aufw\u00e4ndiger Zusatzmechanik bleibt die Flexibilit\u00e4t solcher Motoren begrenzt. An der Eidgen\u00f6ssischen Materialpr\u00fcfungs- und Forschungsanstalt Empa<\/a> wurde nun ein elektrohydraulisch bet\u00e4tigter Ventiltrieb entwickelt. Sein Vorteil: Er erm\u00f6glicht eine v\u00f6llig freie Verstellbarkeit von Hub und Steuerzeiten. Gleichzeitig ist er robust und preisg\u00fcnstig zu realisieren. Der Empa-Ventiltrieb wurde auf einen Serienmotor aufgebaut. Mittlerweile l\u00e4uft er seit mehreren Monaten erfolgreich im Pr\u00fcfstandbetrieb. Das Ergebnis bislang: In f\u00fcr Personenwagen typischen Betriebszut\u00e4nden spart die neue Technik bis zu 20 Prozent Treibstoff.<\/p>\n

Der Ventiltrieb ist das \u201eAtmungsorgan\u201c von Verbrennungsmotoren: Er steuert die Zufuhr von Frischluft und die Ableitung der Abgase, was als \u201eGaswechsel\u201c bezeichnet wird. Dazu werden heute ausschlie\u00dflich mechanisch angetriebene Nockenwellen in Serie eingesetzt. Diese sind h\u00e4ufig mit einer teilweise recht aufw\u00e4ndigen Zusatzmechanik ausger\u00fcstet. Was wiederum nur die Modifikation ein von der Nockenwelle vorgegebenes Ventilbewegungsmuster mit erh\u00f6hter Reibung erm\u00f6glicht. Auch ist die Flexibilit\u00e4t nicht im gew\u00fcnschten Ma\u00df gegeben. Somit sind \u2013 unter anderem zur Anpassung an wechselnde Treibstoffeigenschaften \u2013 schnelle Ventilbewegungen auch bei niedrigen Drehzahlen, Hubanpassungen und zylinderselektive breit variable Ventilsteuerzeiten vonn\u00f6ten.<\/p>\n

Optimierter Gaswechsel und weniger Reibung sparen Treibstoff<\/h3>\n

Und genau einen solchen, elektrohydraulischen Ventiltrieb, haben nun Patrik Soltic, Projektleiter in der Abteilung Fahrzeugsantriebssysteme der Empa, und sein Team gemeinsam mit dem Hydraulikspezialisten Wolfgang Schneider erfunden.<\/p>\n

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Andyn Omanovic, Patrik Soltic (project leader) & Norbert Zsiga (f.l.t.r.) \u00a9Empa<\/figcaption><\/figure>\n

Das von ihnen entwickelte System namens \u201eFlexWork\u201c ist gegen\u00fcber heutiger Serientechnik deutlich flexibler. Die Ventile werden hydraulisch bet\u00e4tigt und einzeln \u00fcber eine Magnetspule elektrisch angesteuert. Sobald ein Steuerstrom flie\u00dft, \u00f6ffnet sich ein speziell ausgelegtes Hydraulikventil. Dieses erlaubt, dass Hydraulikfl\u00fcssigkeit das Gaswechselventil in Millisekunden gegen eine Feder auf den gew\u00fcnschten Hub \u00f6ffnet. Wird der Strom abgeschaltet, schlie\u00dft sich das Gaswechselventil durch die Federkraft wieder. Dabei speist es den Gro\u00dfteil der zum \u00d6ffnen ben\u00f6tigten, hydraulischen Energie zur\u00fcck in das Hydrauliksystem. Das System erreicht \u00fcber weite Betriebsbereiche einen deutlich geringeren Energiebedarf als nockenwellengetriebene Systeme. So ist im Vergleich zu klassischer Laststeuerung mittels Drosselklappe in Kombination mit einer Ventilsteuerung \u00fcber Nockenwellen der Treibstoffverbrauch des Versuchs-Ottomotors im f\u00fcr Personenwagen typischen Tieflastastbereich rund 20 Prozent geringer. Die Forscher achteten bei ihrem Versuch zudem auf einen optimierten Gaswechsel.<\/p>\n

Anpassungsf\u00e4hig f\u00fcr erneuerbare Treibstoffe<\/h3>\n

Durch die Wahl der Betriebsparameter k\u00f6nnen \u00d6ffnungs- und Schlie\u00dfzeit sowie der Ventilhub f\u00fcr jeden Zylinder v\u00f6llig frei eingestellt werden. Damit kann jeder Motorbetriebszustand von Arbeitszyklus zu Arbeitszyklus ver\u00e4ndert werden. So auch durch eine intelligente Lastregelung, durch die Wahl der im Zylinder verbleibenden Restgasmenge, der sogenannten Abgasr\u00fcckf\u00fchrung oder auch durch eine f\u00fcr den Fahrer nicht bemerkbaren Deaktivierung nicht ben\u00f6tigter Zylinder. Dies macht den Motor h\u00f6chst anpassungsf\u00e4hig f\u00fcr neue erneuerbare Treibstoffe: Denn sauerstoffhaltige Treibstoffe wie Methanol oder Ethanol erlauben es, mehr Restgas im Zylinder zu belassen. Erdgas, Biogas und aus Wind- und Solarstrom erzeugtes Synthesegas, besitzen erh\u00f6hte Klopffestigkeit. Auch darauf kann der Ventiltrieb flexibel reagieren. Zudem lassen sich alternative Verbrennungskonzepte, wie beispielsweise eine homogene Selbstz\u00fcndung vergleichsweise einfach realisieren. So wird ein Treibstoff-Luft Gemisch durch die Einstellung der korrekten Bedingungen gegen Verdichtungsende im richtigen Moment ohne Z\u00fcndfunken selbst entflammt und praktisch schadstofffrei verbrannt.<\/p>\n

Zylinderkopf ohne \u00d6l<\/h3>\n

Eine weitere Spezialit\u00e4t des an der Empa aufgebauten Systems ist die Wahl der Hydraulikfl\u00fcssigkeit: Anstatt wie \u00fcblich ein \u00d6l zu verwenden, wird ein Wasser-Glykolgemisch, also Motork\u00fchlwasser, eingesetzt. Dieses Medium eignet sich aufgrund der physikalischen Eigenschaften sehr gut f\u00fcr schnell schaltende hydraulische Systeme, da es sehr steif ist und folglich weniger Verluste verursacht. Dadurch wird der Zylinderkopf komplett \u00f6lfrei, was dazu f\u00fchren kann, dass f\u00fcr den restlichen Motor ein einfacheres Motoren\u00f6l mit l\u00e4ngeren Wechselintervallen eingesetzt werden kann.<\/p>\n

Mehrere Monate Versuchsbetrieb<\/h3>\n

Im Rahmen des vom BFE gef\u00f6rderten FlexWork-Projekts wurde der neue Ventiltrieb in einem mit Erdgas betriebenen \u2013 von einem VW-1.4l TSI-Motor abgeleiteten – Personenwagenmotor in Betrieb genommen. Die erforderlichen Bauteile fertigte die Versuchswerkstatt der Empa. Das Steuerungssystem f\u00fcr den Versuchsmotor entwickelten die Empa-Forscher selbst. Der Ventiltrieb l\u00e4uft seit Oktober 2018 auf einem Motorpr\u00fcfstand der Empa und hat bereits viele Millionen Bet\u00e4tigungen im befeuerten Motorbetrieb problemlos \u00fcberstanden.<\/p>\n

Weiterer Vorteil: Die FlexWork-Ventilsteuerung kommt dabei mit preisg\u00fcnstigen Komponenten aus. Es werden keine teuren, sehr schnell schaltenden Ventile und keine aufw\u00e4ndige Sensorik ben\u00f6tigt. Das Ventiltriebsystem wurde am 16. August der Fachwelt in der Motortechnischen Zeitschrift (MTZ) vorgestellt. Derzeit ist die Empa in Gespr\u00e4chen mit Motorenherstellern f\u00fcr den Transfer dieser Technologie. Diese eignet sich \u00fcbrigens nicht nur f\u00fcr Verbrennungsmotoren, sondern auch f\u00fcr Kompressoren.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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