7 Reale Arbeitsprozessrechnung

7.1 Ein-Zonen-Zylinder-Modell
Abb. 7.5 zeigt die Ventilerhebungskurven für einen konventionellen Ventiltrieb. Für die Arbeitsprozessrechnung
ist es ausreichend, die Ventilerhebungskurven in Schritten von 1 bis
5°KW bereitzustellen und zwischen den Stützpunkten linear zu interpolieren. Eine Phasenverschiebung
der Ventilöffnung wird über die so genannte Spreizung vorgegeben. Unter
Spreizung versteht man den Abstand des Maximums der Ventilerhebung vom Oberen Totpunkt
des Ladungswechsels. Besitzt eine Ventilerhebungskurve im Maximum ein Plateau
wird der "mittlere" Kurbelwinkelwert zur Definition der Spreizung verwendet. Trotz der
Tatsache, dass der Wert für die Auslassspreizung negativ berechnet werden müsste, wird
hierfür meist der Betrag des Wertes – also eine positive Zahl – angegeben.
Auslass-Spreizung
Ventilhub
LWOT
Einlass-Spreizung
Grad Kurbelwinkel
Abb. 7.5: Ventilerhebungskurven für einen mechanischen Ventiltrieb
In Abb. 7.5 sind zusätzlich noch die Ventilerhebungskurven für einen vollvariablen mechanischen
Ventiltrieb eingezeichnet, bei dem eine stufenlose Verstellung des Ventilhubes möglich
ist. Mit dieser Variabilität für einen quantitätsgeregelten Ottomotor ist eine Lastregelung ohne
Drosselklappe möglich, da über den Ventilhub der Durchfluss und damit die Frischgasmasse
eingestellt werden kann. Für den Niedriglastbereich müssen die Ventilhubabstufungen im
Bereich von Zehntel-Millimetern vorgegeben werden; ab ca. 3 mm reicht eine Vorgabe in
halben bis ganzen Millimeterschritten. Zwischenstufen werden dabei linear interpoliert. An
den Kurven für die Durchflussbeiwerte ändert sich für einen vollvariablen Ventiltrieb nichts,
da die Durchflussbeiwerte abhängig vom Ventilhub angegeben werden. Lediglich im Bereich
kleiner Ventilhübe empfiehlt sich auch hier eine feinere Rasterung.
Gänzlich anders ist das Verhalten von so genannten elektromechanischen Ventiltrieben für
die Simulation zu sehen. Beim elektromechanischen Ventiltrieb handelt es sich um einen
Einmassenschwinger, der an den jeweiligen Endlagen durch einen Magneten meist geregelt
angezogen und dann gehalten wird. Dabei wird idealerweise nur die Verlustenergie beim
Schwingen von einer Endlage zur anderen durch die Magnete zugeführt. Idealisiert ist der
Ventilhubverlauf beim elektromechanischen Ventiltrieb damit nur von der Zeit und nicht vom
Grad Kurbelwinkel abhängig. Für unterschiedliche Drehzahlen ergeben sich die in Abb. 7.6
dargestellten Verläufe für die Ventilerhebungen. In diesem Beispiel wird das Ventil sofort bei
Erreichen der unteren Endlage wieder nach oben bewegt und nicht in dieser Endlage gehalten.
Die Bewegungsdifferentialgleichung für den Einmassenschwinger lautet
m & x&
+ dx&
+ cx = F t)
+ F ( t)
+ F ( t)
+ F ( t)
. (7.7)
Einlassventilhub
Reib ( Magnet Ventilteller
Kleb
Nicht berücksichtigt sind ferner die so genannte Klebekräfte am Aktuator, die von dessen
thermischem Zustand und vom Vorhandensein von z. B. Öl abhängen. Für die in Abb. 7.6
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