Moderne Motoren erfordern intelligentere Ventilsteuerung und robustere Ventiltriebskomponenten

Veränderungen am Verbrennungsmotor wurden durch das Bestreben, mehr Effizienz, geringere Emissionen und eine höhere spezifische Leistung zu erreichen, erheblich verändert. Andere Technologien wie der Einsatz fortschrittlicher variabler Ventilsteuerung (VVT) und Turboaufladung mit Motorverkleinerung sind heute Standard und bieten beeindruckende Leistung bei kleinen Hubräumen. Dennoch wurde der Kern des Motors, der Ventiltrieb, durch diesen technischen Fortschritt noch nie so stark beansprucht. Wir bei Suzhou Topu Engine Parts Co., Ltd. wissen, dass diese neuen Paradigmen eine neue Generation von Komponenten erfordern, die unter intelligenteren und anspruchsvolleren Betriebsbedingungen arbeiten müssen.

Wie Variable Ventilsteuerungssysteme die Belastung von Ventilen und Federn erhöhen

VVT oder Variable Valve Timing-Technologie ist ein Effizienzwunder, das es Motoren ermöglicht, das Öffnen und Schließen der Ventile im verschiedenen Drehzahlbereichen optimal anzupassen. Diese Elastizität steigert die Leistung, die Kraftstoffeffizienz und verbessert die Emissionen. Dennoch ist eine solche Intelligenz für die beteiligten Bauteile kostspielig.

Konventionelle feste Nockenwellen haben vorhersagbare und sich wiederholende Bewegungsformen. Im Gegensatz dazu variieren VVT-Systeme die Steuerzeiten: Torsionsbelastungen werden durch hydraulische oder elektronische Stellglieder oder durch dynamische Phasenänderung auf die Nockenwelle in ständig wechselnder Weise ausgeübt. Dies führt zu komplexeren und oft variierenden Belastungsmustern an Ventilen und Federn. Die Ventile können unter verschiedenen Zylinderdruckbedingungen angewiesen werden, sich zu öffnen oder zu schließen, was höhere Stoßkräfte verursacht. Noch wichtiger ist, dass Ventilfedern über einen breiteren Frequenzbereich schwingen können und mit der Möglichkeit von sogenanntem Federschwall oder Resonanz unter verschiedenen durch das VVT bestimmten Betriebsbedingungen umgehen müssen. Der Prozess der beschleunigten Ermüdung erfordert Federn mit hervorragender Konsistenz, hochwertigen Materialien sowie präziser Wärmebehandlung, um Ausfälle zu vermeiden. Deshalb sind spezielle Fertigungsverfahren und systematische Prüfungen äußerst wichtig.

Warum herkömmliche Ventiltriebe mit Turboaufladung und Downsizing nicht mithalten können

Die Entstehung des turboaufgeladenen Downsizings, bei dem ein kleinerer Motor mit Zwangseinblasung einen größeren, natürlichen Saugmotor ersetzt, schafft eine äußerst belastende Umgebung, in der das konventionelle Design des Ventiltriebs an seine Grenzen gebracht wird.

Die grundlegende Ursache liegt im drastischen Anstieg des Zylinderdrucks und der Temperatur. Ein kleiner Motor mit Turbolader kann im Vergleich zu einem großen, nicht aufgeladenen Motor einen hohen Druck erzeugen. Dieser übt starken Druck auf die Rückseite des Auslassventils während der Verbrennung aus und führt dazu, dass die Brennkammer sehr heiß wird. Diese Bedingungen können bewirken, dass herkömmliche Materialien bei Hitze verformen (Kriechen), korrodieren und verschleißen. Außerdem müssen die Ventiltriebe, um die hohe Drehzahl eines niedrigleistungigen Motors zu ermöglichen (was ein Geheimnis der Leistungsentfaltung ist), leichter und fester sein, um Stabilität bei hohen Drehzahlen zu gewährleisten. Ältere Konstruktionen können möglicherweise die erforderliche Massenoptimierung und Materialfestigkeit nicht bieten, da sie Ventilflattern ermöglichen, Bauteile verformen und katastrophale Ausfälle verursachen können. Der Ventiltrieb ist nicht länger einfach ein mechanischer Folger, sondern muss ein dynamischer, robuster Bestandteil im Hochdruck-Verbrennungsprozess sein.

Die Rolle von leichten, aber langlebigen Materialien in der nächsten Generation von Ventiltrieben

Der Schlüssel zu diesen aktuellen Herausforderungen liegt im gezielten Einsatz neuer Materialien und präziser Ingenieurtechnik. Die neue Generation des Ventiltriebs zeichnet sich dadurch aus, dass sie nicht nur leichtgewichtig ist, um eine hohe Drehzahlstabilität zu gewährleisten, sondern auch über eine hohe Haltbarkeit verfügt, um Hitze und Druck standzuhalten.

Dazu gehört die Umstellung von üblichen Legierungen auf Hochleistungsstähle, hitzebeständige, nickelbasierte Superlegierungen bei der Herstellung von Auslassventilen sowie hochentwickelte Titanlegierungen bei Einlassventilen in Modellen der Oberklasse. Diese Legierungen weisen bessere Festigkeits-Gewichts-Verhältnisse auf und widerstehen zudem Ermüdung, Oxidation und thermischer Weichheit. In diesem Zusammenhang benötigen Ventilfedern hochfeste Drähte, die äußerst sauber sind und mit genauen Beschichtungen versehen sind, um Reibungs- und Dämpfungseffekte zu bewältigen.

Wir befassen uns mit der Beherrschung der Herstellung dieser Schlüsselkomponenten bei Suzhou Topu Engine Parts Co., Ltd. Wir entwickeln Teile, die die für Turboladerdrücke erforderliche Haltbarkeit, die für dynamische Belastungen in VVT-Systemen notwendige Festigkeit sowie die für einen effizienten Hochgeschwindigkeitsbetrieb erforderliche Leichtigkeit aufweisen. Dadurch schaffen wir die notwendige Grundlage, auf der moderne Motorkonzepte ihre volle Leistung hinsichtlich Performance, Effizienz und Lebensdauer entfalten können.