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Mobile Maschinen 4/2017

Mobile Maschinen 4/2017

VERBRENNUNGSMOTOREN I

VERBRENNUNGSMOTOREN I SPECIAL Das Spiel ist aus Hydraulischer Ventilspielausgleich senkt Wartungskosten Hydraulische Einsteckelemente können das Ventilspiel in den Verbrennungsmotoren mobiler Maschinen automatisch anpassen. Das führt nicht nur zu einer konstanten Motorleistung und einem verlässlichen Verbrauchsund Abgasverhalten. Die von Schaeffler weiterentwickelten Komponenten tragen dazu bei, den Wartungsaufwand der Betreiber und damit die Gesamtbetriebskosten mobiler Maschinen zu senken. Der hydraulisch geregelte Ausgleich des Ventilspiels ist in Verbrennungsmotoren von Personenkraftwagen schon vor vielen Jahren zum Standard geworden. Denn die automatische Spielanpassung während des Betriebs ermöglicht einen kontrollierten Ladungswechsel über die gesamte Motorlaufzeit und damit nicht nur eine konstante Autor: Karsten Kucht, Anwendungstechniker im Bereich Heavy-Duty-Motoranwendungen bei Schaeffler Motorleistung, sondern auch ein verlässliches Verbrauchs- und Abgasverhalten. In mobilen Maschinen kommt diese Technologie bislang nur in Ausnahmefällen zum Einsatz, obwohl es möglich ist, das Funktionsprinzip ohne Einbußen der Zuverlässigkeit und damit der Lebensdauer zu übertragen. Schaeffler hat die im Pkw bewährten Komponenten für den hydraulischen Ventilspielausgleich jetzt für den Einsatz in Offroad-Anwendungen weiterentwickelt. Dabei stehen nicht nur die Verbrauchs- und Emissionsvorteile, sondern auch die Lebenszykluskosten für die Betreiber mobiler Maschinen im Vordergrund. Denn hydraulische Ausgleichselemente senken den Wartungsaufwand, weil die teils aufwendige, manuelle Einstellung des Ventilspiels überflüssig wird. Wartungsaufwand senken Sowohl bei OHC-Motoren mit obenliegender Nockenwelle als auch bei OHV-Motoren mit Stößelstange und untenliegender Nockenwelle kann das manuelle Einstellen des Ventilspiels sehr aufwendig sein. Je nach Hersteller und Maschine wird die Wartung bei Systemen mit mechanischer Ventilspieleinstellung bereits ab einer Laufzeit von etwa 500 Betriebsstunden erforderlich. Dabei müssen zunächst u. a. der Ventildeckel und gegebenenfalls Einrichtungen zur Abgasnachbehandlung entfernt werden, um die Kipphebel zugänglich zu machen. Danach wird am Kipphebel mittels Einstellschraube und unter Zuhilfenahme einer Fühlerlehre das Ventilspiel nachgestellt. Da jeder Zylinder über zwei Kipphebel verfügt, müssen z. B. bei einem Sechszylindermotor auf diese Weise zwölf Hebel justiert werden. Der ganze Vorgang kann mehrere Stunden in Anspruch nehmen und bringt nicht nur den eigentlichen Wartungsaufwand, sondern auch eine entsprechende Stillstandzeit der Maschine mit sich. Die manuelle Wartung birgt außerdem eine gewisse Fehleranfälligkeit. So muss etwa die Kolbenposition der einzelnen Zylinder beim jeweiligen Einstellvorgang beachtet werden. Je nach Maschine sind außerdem unterschiedliche Vorgaben der Hersteller hinsichtlich des einzustellenden Ventilspiels zu beachten. Wird dieses falsch eingestellt, ändern sich die Steuerzeiten des Motors: Die Füllung der Zylinder mit Frischluft verschlechtert sich, der Verbrennungsvorgang wird ineffizienter, Abgasemissionen und Verbrauch können ansteigen und die Motorleistung kann sinken. Außerdem erhöhen sich die Motorenge räusche, was erhöhten Verschleiß am Ventilsitz nach sich ziehen kann. Im schlimmsten Fall kann sogar der Ventilteller abreißen und für einen kapitalen Motorschaden sorgen. Hydraulikelement ersetzt mechanische Einstellschraube Bei Systemen mit automatischem Ventilspielausgleich ersetzt ein hydraulisches 32 Mobile Maschinen 4/2017

SPECIAL I VERBRENNUNGSMOTOREN Schaeffler bietet den hydraulischen Ventilspielausgleich zusammen mit dem Kipphebel als Gesamtsystem an (links: für OHC-Ventilsteuerung, rechts: für OHV-Ventilsteuerung) Einsteckelement im Kipphebel die mechanische Einstellschraube. Aus Bauraumgründen betätigt ein Kipphebel bei Motoren mit vier Ventilen mittels einer Brücke zwei Ventile pro Zylinder, so dass pro Zylinder jeweils zwei Kipphebel mit je einem hydraulischen Einsteckelement ausgestattet werden. Das Hydraulikelement an sich besteht aus einem Gehäuse, einem Kolben mit Rückstellfeder und einem Rückschlagventil. Der Leckspalt zwischen Kolben und Gehäuse, welcher nur wenige Mikrometer breit ist, stellt das definierte Absinkverhalten und damit die Funktion des Hydraulikelementes sicher. Betätigt der Kipphebel die Motorventile und öffnet diese, wird das Einsteckelement mittels Feder-, Massen- und Gaskräften belastet. Dabei wird der Kolben in das Gehäuse geschoben, wodurch eine kleine Menge Öl über den Leckspalt herausgepresst wird. Nach dem Schließen der Motorventile sorgen Motoröldruck und Kolbenfeder dafür, dass Kolben und Gehäuse auseinandergedrückt werden. Der entstehende Differenzdruck zwischen Vorratsraum und Hochdruckraum öffnet das Rückschlagventil und neues Öl strömt in den Hochdruckraum. Das Rückschlagventil schließt, sobald das Spiel im Ventiltrieb ausgeglichen wurde. Spiel innerhalb des Ventiltriebs ausgleichen Durch dieses Funktionsprinzip ist es möglich, das Ventilspiel kontinuierlich automatisch und präzise auszugleichen. Zwischen der Brücke, die die Ventile betätigt, dem Kipphebel und dem Einsteckelement besteht jederzeit eine spielfreie, feste Verbindung. Die Hydraulik ist wartungsfrei und hält ein Motorleben lang. Für die Betreiber mobiler Maschinen sinken damit der Wartungsaufwand und die Standzeiten. Außerdem entfällt das Risiko einer Fehleinstellung, so dass Ladungswechsel, Motorleistung und das Abgasverhalten über die Lebensdauer des Verbrennungsmotors konstant bleiben. Auch den Herstellern der Motoren bringt der hydraulische Ventilspielausgleich Vorteile. Zum einen ist das System bei der Motormontage einfacher und schneller anzubringen. Zum anderen ist das Risiko einer inkorrekten Ventilspieleinstellung für neue Motoren gänzlich ausgeschaltet. Ventilspielausgleich und Kipphebel als Gesamtsystem Von zentraler Bedeutung für die hydraulische Funktion ist die Ölversorgung. Dafür wird zunächst Motoröl vom Zylinderkopf zur Lagerachse des Kipphebels geführt. Von dort strömt es durch eine Bohrung in den Kipphebel hinein, die wiederum zum Einsteckelement führt. Für eine fehlerfreie Funktion ist dabei wichtig, eine definierte Ölversorgung zu gewährleisten. Weiterhin muss die Umgebung des Einsteckelements im Kipphebel hinsichtlich Toleranzen exakt auf das Bauteil abgestimmt sein. Um das zu gewährleisten und im Entwicklungsprozess die Anzahl der Schnittstellen zu reduzieren, bietet Schaeffler den hydraulischen Ventilspielausgleich zusammen mit dem Kipphebel als Gesamtsystem an. Die erforderlichen Designanpassungen und Optimierungen erfolgen dabei in enger Abstimmung mit dem Kunden, auch hinsichtlich der wirtschaftlichen Herstellbarkeit der Einzelkomponenten. Parallel zur Fertigung von Prototypen und zur Erprobung von Einzelkomponenten und Motoren entwickelt Schaeffler den Serienprozess, so dass zum Start des neuen Motors alle notwendigen Teile rechtzeitig in der geforderten Qualität und Menge zur Verfügung stehen. Ausblick Der hydraulische Ventilspielausgleich hat sich im Verbrennungsmotor von Personenkraftwagen bewährt. Für die dabei eingesetzten Komponenten verfügt Schaeffler über ein jahrelanges Fertigungs-Knowhow. Weil die Übertragbarkeit der Technologie auf mobile Maschinen gegeben ist, hat Schaeffler die Komponenten jetzt sowohl für den Einsatz in OHC-Motoren als auch in OHV-Motoren weiterentwickelt. Die Bereitstellung eines Systems an Stelle von Einzelkomponenten reduziert die Schnittstellen und damit Vorlaufzeiten und Kosten während der Entwicklung und laufender Serienfertigung. Mit dem hydraulischen Ventilspielausgleich können die Motorenhersteller mithelfen, die Gesamtbetriebskosten mobiler Maschinen zu senken. www.schaeffler.de 01 Ein hydraulisches Einsteckelement im Kipphebel ersetzt die mechanische Einstellschraube bei Systemen mit automatischem Ventilspielausgleich. Das Hydraulikelement an sich besteht aus einem Gehäuse, einem Kolben mit Rückstellfeder und einem Rückschlagventil 02 Der Leckspalt zwischen Kolben und Gehäuse stellt das definierte Absinkverhalten und damit die Funktion des Hydraulik - elementes sicher Mobile Maschinen 4/2017 33