Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Gegenstand des Projektes war die Entwicklung einer neuartigen Aktuatorik (RPA- Rotatorischer Permanentmagnetantrieb) f\u00fcr die vollvariable elektromechanische Ventilsteuerung.
\nMotivation zur Konzipierung dieser neuartigen Aktuatorik sind die ver\u00e4nderten Rahmenbedingungen und Forderungen aus der Automobilindustrie, die mit der im Vorg\u00e4ngerprojekt (IVC-System – gef\u00f6rdert durch die DBU – AZ 19805\/01) nicht mehr erreicht werden konnte. Die Aktuatorik soll sowohl f\u00fcr Dieselmotoren als auch f\u00fcr turboaufgeladene Ottomotoren applizierbar sein.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDie Entwicklung des RPA-Systems umfasst den mechanischen Aufbau des Systems in mehreren Baustufen, einschlie\u00dflich der Erprobung der Dauerfestigkeit des neuartigen Systems sowie die Entwicklung der Regelung, Sensorik und Ansteuerelektronik
\nDazu wurden die Arbeiten in insgesamt 5 Arbeitspakete gegliedert. Im AP1 Entwicklung Mechanik Prinzipmuster und AP2 Entwicklung Mechanik (A-Muster) wurden alle erforderlichen Schritte zur Umsetzung mehrerer mechanischer Prototypen unternommen. Parallel dazu wurde im AP3 Sensorentwicklung ein motortauglicher Ventilhubssensor konzipiert und gefertigt. Im AP4 Entwicklung Ansteuerelektronik wurde eine externe Leistungs- und Auswerteelektronik mit integrierter analoger Stromregelung gefertigt. Im AP5 Reglerentwicklung und Erprobung wurden die regelungstechnischen Ziele umgesetzt sowie das Gesamtsystem auf Tauglichkeit gepr\u00fcft.<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
Im Rahmen des Projektes zur Entwicklung des RPA-Systems wurden folgende Aufgabenstellungen weitestgehend erfolgreich bearbeitet:
\n\u00b7\tdie Konstruktion und den Prototypenbau von 4 mechanischer Baustufen (RPA I, RPA II, RPA III, RPA IIImod) der Aktuatorik einschlie\u00dflich einer eingeschr\u00e4nkten Erprobung auf Dauerfestigkeit des neuartigen Systems,
\n\u00b7\tDie Konzeption, Auslegung und teilweisen Konstruktion einer 5. Baustufe (RPA IV)
\n\u00b7\tdie Erstellung eines Simulationsmodells und Teilvalidierung des Simulationsmodells durch Drehmo-mentmessungen,
\n\u00b7\tdie Reglerentwicklung und -erprobung mit Schwerpunkt auf Robustheit, Steuerzeitengenauigkeit und befriedigendes Ger\u00e4uschverhalten sowie die Realisierung der vollen Variabilit\u00e4t des Ventilhubes,
\n\u00b7\tdie Entwicklung der Ansteuerelektronik entsprechend der Anforderungen der neuartigen Aktuatorik,
\n\u00b7\tdie Entwicklung eines motortauglichen Positionssensors, der die erforderliche Aufl\u00f6sung f\u00fcr eine effektive Positionsreglung gew\u00e4hrleistet.
\nBereits im September 2005 wurde der erste Prototyp der ersten Baustufe fertiggestellt, mit dem die im Meilenstein 1 definierten Anforderungen komplett erf\u00fcllt werden konnten. So wurde die komplette Variabilit\u00e4t des Ventilhubes mit Auftreffgeschwindigkeiten des Ventils im Sitz kleiner 0,5 m\/s gezeigt, wobei Flugzeiten kleiner 3 ms erreicht wurden. Der Leistungsbedarf f\u00fcr unterschiedliche Betriebspunkte ohne Last wurde dargestellt. Mit der vierten Baustufe des Aktuators (RPA III mod) wurden die Kriterien f\u00fcr den Meilenstein 2 noch nicht komplett erf\u00fcllt. So ist die Auftreffgeschwindigkeit im Mittel kleiner als 0,2m\/s, es gibt jedoch einige Verl\u00e4ufe mit Auftreffgeschwindigkeiten gr\u00f6\u00dfer als 0.2m\/s. Die Dynamik unter Last kann derzeit nur mit einer Flugzeit von 3,1ms statt der erwarteten 3 ms dargestellt werden. Ohne Last k\u00f6nnen derzeit nur Dynamiken mit 2,7ms statt der erwarteten 2.5 ms erreicht werden. Bei Dauerversuchen wurden Schwachstellen des Systems gefunden und behoben. In ersten Dauererprobungen auf ei-nem motor\u00e4hnlichen Pr\u00fcfstand wurden bereits mehrere Millionen Zyklen durchlaufen. Der Betrieb unter Druck konnte gezeigt werden. Der entwickelte Positionssensor ist motortauglich, erfordert jedoch eine aufw\u00e4ndige Temperaturkompensation (Nichtlinearit\u00e4t des Signals) und erfordert eine aufw\u00e4ndige Ventil-konstruktion. Deutlich hervorzuheben ist jedoch, dass die Arbeiten an der derzeitigen Baustufe 9 Monate vor fristgerechtem Ablauf des Forschungsauftrags abgeschlossen werden. Die im Meilenstein 2 des F\u00f6rderantrages definierten Anforderungen wurden vollst\u00e4ndig erf\u00fcllt. Da die gesetzten Meilensteine die Anforderungen des Kooperationspartner noch nicht hinreichend erf\u00fcllen f\u00fcr ein Entscheidung im Hinblick auf Serienentwicklung, muss die Entwicklung fortgesetzt werden. Die im Rahmen dieses Projektes konzipierte Baustufe RPA IV hat das Potenzial, die Anforderungen des Kooperationspartners weitestgehend zu erf\u00fcllen.<\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
Eine erste Ver\u00f6ffentlichung ist anl\u00e4sslich des 27. Internationalen Wiener Motorensymposiums (27.-28. April 2006) geplant<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Die Entwicklungsgeschwindigkeit ist deutlich h\u00f6her als zu Beginn des Projektes angenommen. Nach 5 Monaten war der erste Prototyp in Betrieb und sowie die Regelung weitgehend gel\u00f6st. Im Vergleich erforderte das Vorg\u00e4ngerprojekt IVC-System (AZ 19805\/01) f\u00fcr einen vergleichbaren Entwicklungsstand 3 Jahre Entwicklungszeit. Bei der Konstruktion des mechanischen Aufbaus des RPA stellte die Realisierung der Ventilankopplung und des Rotors eine der gr\u00f6\u00dften Herausforderungen dar. Die Machbarkeit des Konzeptes sowie die Motortauglichkeit konnte nach Abschluss von 4 Baustufen (RPA III mod) bewiesen werden. Das Ziel, eine ausreichende Motortauglichkeit zu gew\u00e4hrleisten, damit mit thermodynamischen Untersuchungen begonnen werden kann, wurde im Januar durch die Inbetriebnahme eines Einzylinderversuchsmotors best\u00e4tigt. Die Anforderungen des Kooperationspartners an den Ventiltrieb (Zielerreichungsgrad f\u00fcr Serienentwicklung) wurden jedoch noch hinreichend erreicht. Um die Chancen auf eine Serienentwicklung zu wahren, ist ein Weiterentwicklung des RPA-Systems erforderlich.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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