KIM I Kapitel 11: Ventilsteuerung / Ladungswechselorgane

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Author:
toebber
ID:
279146
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KIM I Kapitel 11: Ventilsteuerung / Ladungswechselorgane
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2014-07-25 05:58:18
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KIM
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KIM I Kapitel 11: Ventilsteuerung / Ladungswechselorgane
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  1. Nennen sie die Steuerzeiten und Ventilhübe eines normalen Serienmotors und eines Sportmotors. Worin liegen die Unterschiede? Aus welchen Gründen werden die Steuerzeiten so gewählt? Welche Unterschiede im Betriebsverhalten ergeben sich?
    • ______Serienmotor: geringerer Ventilhub -> hohe Strömungsgeschwindigkeit bei kleinen Drehzahlen
    • --------Sportmotor: sätes ES (hohes moment bei hohen Drehzahlen) -> mehr Hub -> mehr Ventilüberschneidung -> steilere Flanken
  2. Zeichnen sie unterschiedliche Varianten der Nockenwellen- und Ventilanordnung und der Ventilbetätigung.
    • stehende Ventile mit untenliegender Nockenwelle, hängende Ventile mit untenliegender Nockenwelle mit Stößelstange und Kipphebel, hängende Ventile mit obenliegender Nockenwelle und Schlepphebel
    • hängende Ventile mit obenliegender Nockenwelle und Tassenstößel, hängende Ventile mit obenliegender Nockenwelle und Kipphebeln, hängende Ventile mit obliegender Nockenwelle und hydrostatischem Stößel und Kipphebel (cih = cam in head)
  3. Nennen sie die Vor- und Nachteile einer V-förmigen Ventilanordnung im vergleich zur parallelen Anordnung.
    • Vorteile: zentrale Zündkerzemöglich; günstige Brennraumform; geringe Strömungsumlenkung in den Kanälen
    • Nachteile: komplexere Ventilbetätigung
  4. Skizzieren sie eine konstruktive Variante eines Zylinderkopfes mit vier Ventilen pro Zylinder, die von einer Einzelnen Nockenwelle betätigt werden. Welche Vor- und Nachteile weist eine solche Konstruktion auf?
    • Vorteile: eine Nockenwelle -> weniger Reibung als zwei
    • Nachteile: zentrale Zündkerze schwierig (Platzverhältnisse); Variable Steuerzeiten komplex umsetzbar (eventuell mit cam in cam)
  5. Beschreiben sie die konstruktiven Varianten zur Darstellung eines hydraulischen Ventilspielausgleichs bei einem Ventiltrieb mit Schwinghebeln.
    • Feder drückt bei unbelastetem Hydrostößel den Innenteil nach oben -> Druck im Arbeitsraum kleiner als im Varatsraum -> Kugelventil öffnet Öl fließt in Arbeitsraum -> Öl inkompressibel -> Rückstellung durch Leckage
  6. Erläutern sie die Möglichkeiten zur manuellen Ventilspieleinstellung bei der Ventilbetätigung durch Tassenstößel.
    • Einsetzen von unterschiedlich dicken Plätchen
  7. Zeichnen sie schematisch ein natriumgefülltes Auslassventil und erläutern sie den Mechanismus des Wärmetransports. Warum werden Einlassventile nicht mit Natrium gefüllt? Wieso müssen insbesondere große Ventile zusätzliche Kühlungsmaßnahmen beinhalten?
    • Na-Füllung wird während der Auf- und Abbiegung des Ventils in einem dafür vorgesehene Raum auf- und abgeschleudert
    • -> Wärmetransport des NA von Wärmeaufnahme (Ventilteller) zu Wärmeabgabe an Zylinderkopf (Ventilführungssteg)
    • Einlassventile müssen nicht mit Natrium gefüllt werden, da sie nicht so stark thermisch belastet werden und eine Frischgaskühlung erfahren
    • DA Die Fläche zur Wärmeaufnahme D^2 und zur Wärmeabgabe D ist die Natriumkühlung besonders notwendig
  8. Welche Probleme entstehen bei 2-Ventil-Motoren mit großem Hubraum / Bohrung? Welche Möglichkeiten der Abhilfe bestehen?
    • lange Flammenwege -> klopfen -> Abhilfe = 2 Zündkerzen oder 4-Ventiltechnik mit zentraler Zündkerze
    • Wärmeaufnahme D^2 -> Abgabe D -> Kühlung der Ventile notwendig -> z.B. durch Natriumfüllung
  9. Wie arbeitet die desmodromische Ventilsteuerung? Wo liegen die Vor- und Nachteile im Vergleich zur klassischen Lösung?
    • Desmodromik: Zwnagssteuerung -> ohne Ventilfedern -> Auf- und Abbewegung durch rein mechanische Abläufe
    • Vorteile: sehr geringe Schwingungsanfälligkeit; sehr hohe Drehzahlen möglich -> steilere Flanken am Nocken möglich -> größerer Hubt möglich
    • Nachteile: Einstellung / Auslegung des Ventilspiels; schlechte Einstellbarkeit der Steuerzeiten
  10. Skizzieren sie im Schnittbild ein im Zylinderkopf montiertes Ventil mit Tassenstößelbetätigung.


  11. Warum müssen sich Ventile im Betrieb drehen und wie geschieht dies? Nennen sie mind. zwei unterschiedliche Varianten.
    • Zur Gewährleistung des sicheren Schließens der Ventile im Sitz
    • -> Verhinderung von partiellen Ablagerungen und Verschmutzungen am Ventilteller
    • -> Verhinderung von partieller Erwärmung

    • Ventildrehvorrichtungen (-> ROTOCAP)
    • konzentrisch angreifende Nocken
  12. Wie wird der Ventilsitz gestaltet? Zeichnen sie eine Schnittdarstellung. Erläutern sie die Charakteristika der Gestaltung.
    • Ventil sitzt auf 45° stück -> bester Kompromiss zwischen Abdichtung und Strömung
    • -> 15° nötig damit es nicht aufsetzt
  13. Wieso ist die Einstellung des korrekten Ventilspiels von so großer Bedeutung? Gehen sie auf zu kleine und zu große Ventilspiele ein.
    • Längenänderung im gesamten Ventiltrieb durch die thermische Belastung
    • zu geringes Spiel: Ventil schließt nicht mehr vollständig -> Überhitzung da keine Wärmeabgabe mehr möglich -> Leistungsverluste durch Füllungsverluste -> erhöhter Verschleiß
    • zu großes Spiel: kürzere Öffnungsdauer -> Leistungsverluste -> Geräuschentwicklung -> erhöhter Verschleiß (durch Schlagen das Nockens auf die Kontaktfläche)
  14. Wieso werden in der Regel für Ein- und Auslass unterschiedlich große Ventile verwendet?
    • Einlass größer, weil das Druckniveau niedriger -> Unterdruck durch nach unten gehenden Kolben -> Einlassventil so groß wie möglich
    • Auslass kleiner, weil Druck des Abgases großer als Umgebungsdruck (Restdruck aus Verbrennung und nach oben gehen des Kolbens) -> Auslassventil mit dickem Schaft zur Wärmeabfuhr -> kleines Ventil da so geringere Wärmeaufnahme
  15. Was sind die Vor- und Nachteile von trapezförmigen Ventifedern?
    • Vorteile: geringere bewegte Massen; geringe Blockhöhe; kleiner Federteller am Ventil
    • Nachteile: wenig Progression; komplizierte Fertigung
  16. Wo liegen die Vorteile von der herkömmlichen Ventilsteuerung mit Pilzventilen gegenüber der Schiebersteuerung?
    • Ventilsteuerung:
    • Vorteile: selbstverstärkender Dichteffekt; Form ist strömungsgünstig; Durch Na-Füllung Kühlbar

    • Schiebersterung: 
    • Vorteile: Schnelle Öffnungszeit; große Öffnungsquerschnitte
    • Nachteile: Abdichtung des Brennraums -> Kompressionsproblem; Brennraumform ungünstig
  17. Wie funktioniert das "VarioCam"-System der Firma Porsche? Welche Vor- und Nachteile weist das System auf?
    • Einlassnockenwellenverstellung:
    • Flügelzellenversteller verbindet Nockenwelle mit antreibendem Zahnrad -> Durch Öldruck kann die Position der Flügel zum Zahnrad um bis zu 40° verändert werden
    • Vorteile: vollvariable Phasenwinkelverstellung
    • Nachteile: Schnelle Verstellung verlangt hohen Öldruck -> starke Ölpumpe
  18. Welche Einzelsysteme beinhaltet das VarioCam plus System der Firma Porsche? Erläutern sie die Funktionsweise und die Vorteile des Systems.
    • VarioCam plus einlassseitige Ventilhubumschaltung -> schaltbarer Tassenstößel (3/2 Wegeventil)

    • Verriegelung offen -> kleiner Hub -> Feder I wird von großen Nocken zusammengedrückt ohne Ventilhub
    • Wender Verriegelungsbolzen durch Öldruck nach rechts geschoben -> große Nocken drücken über Verriegelungsbolzen das Ventil nach unten.
    • Vorteile: hohes Volllastmoment (gr. Hub, kompromisslose Steuerzeiten); Reibungsreduzierung in TL durch kleinen Hub; gute Gemischaufbereitung in TL durch kleinen Hub -> hohe Strömungsgeschwindigkeiten; TL, kleiner Hub, viel Überschneidung -> Entdrosselung durch Auslasskanalrückführung
  19. Wie funktioniert das " Valvetronic-System" von BMW?
    • vollvariabler Ventiltrieb
    • kontinuierliche Phasenverstellung Ein- und Auslass, variabler Ventilhubg
    • Drehpunkt des Kipphebels wird verändert -> Änderung des Hubs
  20. Skizzieren sie den Verlauf der Ventilbeschleunigung über dem Grad NW. Benennen sie die charakteristischen Bereiche der Kurve. Erklären sie den Kurvenverluf in Stichworten. Erläutern sie anhand einer zweiten Kurve, welche auf einer aggressiveren Nockenkontur basiert, wieso es hier zum Abheben kommen kann und in wem Bereich.
  21. Welche Zylinder würden sie bei einer Zylinderabschaltung am Vierzylinder stilllegen? Begründen sie.
    jeder zweite Zylinder in der Zündfolge 1-3-4-2 -> 2 und 3 werden abgeschaltet -> gleichmäßigen Zündabstand beibehalten -> ruhiger Motorlauf
  22. Wie erfolgt bei der Schwinghebelkonstruktion die Zylinderabschaltung? Skizzieren und erläutern sie.
    • Federbelasteter Bolzen wird von elektrohydraulischem Ventil mit Druckbeaufschlagt -> bewegt sich nach innen -> Oberre Teil des Ausgleichselements taucht bei Nockenhub nach unten -> Ventil bleibt zu
  23. Was sind die Vor- und Nachteile von gebauten Nockenwellen? Wie ist der Herstellungsprozess in der Großserie?
    • Vorteile: Gewicht (20-30% geringer als bei konventionellen Nockenwellen); hohe dynamische und statische Momente übertragbar; hochwertiger Nockenwerkstoff + günstiges (weniger beanspruchtes Rohr); geringer Weiter- und Enbearbeitungsaufwand
    • Nachteile: weniger belastbar als geschmiedete / gefräste Nockenwellen
    • Herstellung: alle Komponenten in Form gelegt -> Aufweiten des Rohrs mit spez. Flüssigkeit unter hohem Druck -> hydrodynamisches Fügen
  24. Wie erfolgt der mechanische Ventilspielausgleich beim Tassenstößel? Skizzieren sie als Alternative einen Tassenstößel mit hydraulischem Ventilspielausgleich und beschreiben sie die Arbeitsweise des Systems.


    • Bei Ventilspiel drückt die Feder nach unten, sodass sich der Arbeitsraum vergrößert -> Kugelventil öffnet -> Öl fließt in Arbeitsraum
    • Eine gewisse Leckage muss sein da sonst der Arbeitsraum aufgeblasen wird -> Tassenstößel zerstört oder offenstehendes Ventil
  25. Wie erfolgt der mechanische Ventilspielausgleich beim Tassenstößel und wie beim Schwinghebel. Skizzieren sie jeweils.

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