Lehrstuhl für Maschinenelemente und Getriebetechnik (MEGT)

Betriebsverhalten von Steuerkettentrieben

An die Steuerkettentriebe von Verbrennungsmotoren bestehen vielseitige Anforderungen: Exakte Einhaltung der Steuerzeiten, wartungsfreier Betrieb über die gesamte Motorlebensdauer hinweg, hoher Wirkungsgrad und geringe Betriebsgeräusche. Diese Anforderungen lassen sich erfüllen, indem die Zugmittelkräfte entsprechend des jeweiligen Betriebspunktes des Steuertriebs durch das Spannen der Kette optimal eingestellt werden. Kernaufgabe ist dabei die Ermittlung und die Beeinflussung der Kettenzugkraft. Dazu kommt am MEGT eine aus Experiment und Mehrkörpersimulation kombinierte Methode zum Einsatz.

Steuertriebs-Prüfstand

Das Ziel der Experimente ist zunächst die Erstellung von Referenzdaten, mit denen das Simulationsmodell abgeglichen und parametriert wird. Darüber hinaus erfolgt eine Validierung der Ergebnisse, die in der Simulation durch Optimierungsmaßnahmen erzeugt werden. Um das Betriebsverhalten eines Steuerkettentriebes abzubilden, ist die experimentelle Ermittlung der dynamischen und der stationären Anteile der physikalischen Kenngrößen, wie Kurbelwellen- und Nockenwellendrehmomente, sowie Kräfte am Kettenspanner erforderlich. Dies ermöglicht der auf Basis eines 3-Zylinder-DOHC Motors aufgebaute Steuertriebs-Prüfstand mit seiner einzigartigen Drehmomentmesstechnik. Sowohl am Antrieb, als auch an den Nockenwellen werden die Drehmomente des Steuertriebs direkt gemessen. Weitere Messgrößen sind stationäre und dynamische Kräfte am Spannelement, sowie die Temperaturen an den Schienen und am Zylinderkopf. Ein Ölaggregat mit Ölheizung sichert die Schmierung des Zylinderkopfes, der Kette und versorgt das hydraulische Spannelement. Um die Auswirkung der Spannkraft auf das Betriebsverhalten des Steuerkettentriebes untersuchen zu können, ist der Versorgungsdruck am Spannelement variabel einstellbar.

Steuerkettentriebs-MKS-Modell

Das Simulationsmodell ist analog zum im Prüfstand verbauten Steuerkettentrieb aufgebaut. Es besteht aus der Kette, den Kettenrädern, den Schienen und dem Spannelement. Das Modell des hydraulischen Spannelementes wurde ebenso am MEGT entwickelt. Mit dem MKS-Modell des Steuerkettentriebes ist es möglich, Einsicht in Vorgänge und physikalische Größen zu gewinnen, die im Experiment nur schwer oder nicht sichtbar sind, z.B. in die Kräfte im Zugmittel.  Für die Parametrisierung und für den Abgleich des Modells werden die mit dem Prüfstand bestimmten experimentellen Ergebnisse verwendet. Mit dem abgeglichenen Modell ist es möglich, Parameterstudien durchzuführen und aus den Ergebnissen Schlussfolgerungen zum Verhalten des Steuerkettentriebes zu ziehen. Die Verifizierung der Simulationsergebnisse erfolgt durch Prüfstandsversuche

Literatur

  • Fábián, Cs.; Sauer B.: Energy-Efficiency Improvement of Timing Chain Drives. 18th International Colloquium Tribology, Ostfildern bei Stuttgart, 2012, ISBN 3-924813-97-3.
  • Fábián, Cs., Sauer, B.: Power Loss Reduction of Timing Chain Drives. Proceedings of the Eighth International Conference on Mechanical Engineering (GÉPÉSZET), Budapest, Hungary, 2012, ISBN 978-963-313-055-1.
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