Neuartige Ventilbetätigung Maximale Leistung und minimaler Verbrauch in Heavy-Duty-Motoren

Durch eine neuartige zweistufige variable Ventilbetätigung soll der Kraftstoffverbrauch und die Abgasemissionen in LKW-Motoren reduziert werden können.

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Lenord, Bauer & Co. GmbH

Camozzi Automation GmbH

Actronic-Solutions GmbH

Jacobs Vehicle Systems

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Die zweistufige Ventilsteuerung ist eine Weiterentwicklung des vollständig flexiblen VVA-Einlass- und -Auslasssystems von Jacobs, das den führenden Motorenherstellern seit mehr als zwei Jahrzehnten zuverlässige Dienste leistet. Der vergleichsweise geringe Komplexitätsgrad des neuen Systems ist ein Ergebnis der jahrelangen Forschungs- und Entwicklungsarbeit von Jacobs auf dem Gebiet der Ventilsteuerung: ein optimiertes Zwei-Positionen-System, das kostengünstig den Großteil der Vorteile der vollflexiblen Lösung bietet. Mit der zweistufigen VVA lässt sich die Ventilbetätigung an zwei Betriebspunkten optimieren, anstelle der herkömmlichen Positionsoptimierung bei Ventiltrieben mit feststehenden Nocken.

„Durch die Vereinfachung unserer Technologie für die variable Ventilbetätigung haben wir einen kommerziell wünschenswerten Kompromiss gefunden, der nahezu alle Leistungsvorteile der vollständig flexiblen VVA bietet, aber ohne die Komplexität und die hohen Kosten der Kalibrierung auskommt“, sagt Steve Ernest, Vice President of Engineering and Business Development. Jacobs liefere maßgeschneiderte Lösungen für die individuelle Motorenarchitektur des Kunden und die jeweiligen Aufgabenstellungen.

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Die Vorteile der zweistufigen VVA wurden in tausenden Stunden erfolgreicher Motorentests auf dem Prüfstand und im Fahrzeug nachgewiesen. Das frühere oder spätere Schließen des Einlassventils reduziert den Kraftstoffverbrauch, optimiert das Verdichtungsverhältnis je nach Last, verbessert das Einschwingverhalten sowie den Anlauf und reduziert die Emissionen, indem es das Nachbehandlungssystemwährend des Schwachlastbetriebs auf Temperatur hält. Das frühzeitige Öffnen des Auslassventils ermöglicht ein schnelleres Aufwärmen des Motors und des Nachbehandlungssystems, verbessert das Einschwingverhalten des Turboladers und reduziert die Emissionen, indem es das Nachbehandlungssystem während des Schwachlastbetriebs auf Temperatur hält. Auch eine zylinderinterne Lösung ist möglich, welche die Regeneration von Dieselpartikelfiltern unterstützt und teure Abgasheizungen und Dosiersysteme von zweifelhafter Zuverlässigkeit ersetzt.

Die interne Abgasrückführung stabilisiert die Kaltstartverbrennung, verkürzt die Aufwärmzeit des Motors, verbessert die Nachbehandlung und senkt die Emissionen, indem das Nachbehandlungssystem im Schwachlastbetrieb auf Temperatur gehalten wird. Dieses System ist als Variante für das Öffnen der Auslass- oder Einlassventile erhältlich, spricht schneller an als externe Abgasrückführungssysteme und ermöglicht das Downsizing derartiger Systeme bzw. den gänzlichen Verzicht auf externe AGR.

Die Technik im Detail

Die zweistufige VVA-Systeme schließen das Einlassventil frühzeitig. Unter Rückgriff auf ein Hauptereignis mit einem Profil für frühes Schließen bei deaktivierter Hilfsventilbewegung (Normalschließung) erreicht. Das verzögerte Schließen des Einlassventils wird durch ein am Hilfskipphebel aktiviertes, spät schließendes Nockenprofil erreicht, welches das Ventil länger geöffnet hält. Sowohl vorziehende als auch verzögernde zweistufige VVA-Systeme haben einen mechanischen Anlauf ohne Öldruck. Durch das frühzeitige Öffnen des Auslassventils wird durch ein früh öffnendes Nockenprofil am Hilfskipphebel oder Lost-Motion-System erreicht und bei Bedarf mittels Motoröl betätigt. Hilfsereignisse für die interne Abgasrückführung und Dekompressionsbremsen werden auf die gleiche Weise vermittelt wie zweistufige VVA-Systeme für Ein- oder Auslass. Durch die Lost-Motion-Ventilbrückentechnologie von Jacobs ist auch die Zylinderabschaltung möglich.

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