2015-09-15 | 000-006-093 DE-DE
SCHAEFFLER AG, FRANKFURT
Schaeffler bringt elektromechanischen Nockenwellenversteller in Serie
Blitzschnell umschalten
Zur Internationalen Automobilausstellung (IAA) gibt der Automobilzulieferer Schaeffler den bevorstehenden Serienstart seines ersten elektromechanischen Nockenwellen-Verstellsystems bekannt. Der Einsatz elektromechanischer Steller anstatt der heute blichen hydraulischen Systeme erm glicht es, die Nockenwelle schneller und pr ziser auf die jeweiligen Betriebsbedingungen des Motors einzuregeln. Dadurch sinken Verbrauch und Schadstoffemissionen, gleichzeitig steigt der Komfort im Start-Stopp-Betrieb.
Systeme zur Nockenwellenverstellung erleben in den letzten Jahren einen gewaltigen Aufschwung. Mit ihnen l sst sich der Zeitpunkt f r das ffnen und das Schlie en der Motorventile so steuern, dass der Ladungswechsel im Zylinder jeweils optimal auf die Motordrehzahl und das abgerufene Drehmoment abgestimmt ist. Einst nur f r sehr sportliche Motoren im Einsatz, gilt es in modernen Ottomotoren als Stand der Technik, die Einlassventile variabel zu ffnen und zu schlie en. Zunehmend kommen Nockenwellen-Verstellsysteme auch auf der Auslassseite sowie vereinzelt bei Dieselmotoren zum Einsatz. Die Verstellung erfolgt bislang fast ausnahmslos ber hydraulische Systeme.
Schneller und pr ziser
Mithilfe der Elektromechanik ist es nun m glich, die Nockenwelle mit einer Geschwindigkeit von bis zu 600 Grad Kurbelwinkel pro Sekunde zu verstellen. Hydraulische Systeme arbeiten abh ngig von Motordrehzahl und Temperatur um den Faktor zwei bis zehn langsamer. Die h here Dynamik elektromechanischer Steller erm glicht es, auch bei niedrigen Motordrehzahlen sehr schnell auf Last nderungen zu reagieren - etwa wenn der Fahrer das Gaspedal im Schubbetrieb schlagartig voll durchtritt. Anders als bei hydraulischen Systemen ist die Reaktionsgeschwindigkeit auf einen Lastwechsel nicht von der lversorgung abh ngig. Im Einzelfall kann sogar auf eine vergr erte Motor lpumpe und den daraus resultierenden Mehrverbrauch verzichtet werden.
Zudem f llt mit einem elektromechanischen Nockenwellenversteller das An- und Abstellen des Motors komfortabler aus. Dies ist nicht nur im Start-Stopp-Betrieb wichtig, sondern vor allem auch f r Hybridfahrzeuge: Das Zuschalten des Verbrennungsmotors ist ohne wahrnehmbares Ruckeln m glich, weil der Motor bis zum Erreichen einer Drehzahl von 200 Umdrehungen pro Minute mit reduzierter Kompression gefahren wird. M glich ist das, weil die Nockenwelle bereits vor dem Anspringen des Verbrennungsmotors in eine entsprechende Position gefahren werden kann. W hrend des Hochlaufens werden dann die Steuerzeiten der Ventile synchron so an die Einspritzung angepasst, dass die Verdichtung sanft wieder einsetzt; mit angepasster Einspritzung und Z ndung wird in der Folge ein sanfter Motorhochlauf erreicht.
Einfacher Aufbau
Konstruktiv setzt Schaeffler auf eine sehr kompakte L sung, die aus einem b rstenlosen Gleichstrommotor sowie einem hochuntersetzen Getriebe besteht. Das Getriebe basiert auf einem flexiblen Zahnriemen und einem ovalen W lzlager. Es bersetzt die Motordrehzahl mit etwa 70 zu 1. Damit erreichen wir eine sehr gute Balance zwischen der Gr e des Elektromotors und der Verstellgeschwindigkeit , erl utert Martin Scheidt, Entwicklungsleiter Motorsysteme bei Schaeffler. Zudem arbeitet unser Getriebe v llig ger uschlos. Durch den kompakten Aufbau kommt der elektromechanische Nockenwellenversteller von Schaeffler mit dem gleichen Bauraum aus wie ein hydraulisches System.
Der verwendete Elektromotor tr gt selbst zur hohen Verstellgenauigkeit bei, weil er nicht nur als Aktuator, sondern auch als Sensor dient. Zus tzlich zu der auch bei hydraulischen Systemen genutzten Positionserkennung - in der Regel vier mal je Umdrehung der Nockenwelle - wird beim elektrischen System die Rotorposition laufend ber integrierte Sensoren erfasst und von einer elektronischen Steuerung ausgewertet. Damit ist die Position der Nockenwelle stets exakt bekannt. Die Entwicklung des Gleichstrommotors erfolgte bei Schaeffler in Eigenregie. Am Markt haben wir keine Motoren gefunden, die unseren Anspr chen an Pr zision und Dauerhaltbarkeit gen gt h tten , begr ndet Scheidt den Schritt.
Variabilit t in Serie
Der erste Serieneinsatz f r die von Schaeffler entwickelten und produzierten elek-tromechanischen Nockenwellenversteller in einer japanischen Motorenbaureihe steht unmittelbar bevor. Gleichzeitig entwickelt der Automobilzulieferer aber auch die im Markt weit verbreiteten hydraulischen Nockenwellenversteller weiter. Mit einer Jahresproduktion von 15 Millionen hydraulischen Stellern geh rt Schaeffler zu den f hrenden Anbietern. Der Trend geht dabei zu Zentralventil-Verstellsystemen, die mit geringerem lbedarf eine h here Verstellgeschwindigkeit erreichen.
Insgesamt beobachten wir einen klaren Trend zu h herer Variabilit t im Ventil-trieb , sagt Scheidt. So f hren die strengen CO2-Vorgaben beispielsweise dazu, dass immer mehr Automobilhersteller auf Zylinderabschaltung setzen. Um ver-schiedene Kundenw nsche zu erf llen, entwickelt Schaeffler unterschiedliche Technologien, die von schaltbaren Rollenschlepphebeln bis hin zum vollvariablen elektrohydraulischen UniAir -System reichen, mit dem der Ventilhub stufenlos variiert werden kann.
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