Aktuatoren zur Ventilsteuerung von Verbrennungsmotoren

In Zeiten knapper werdender fossiler Brennstoffe wird selbst eine reife und hoch entwickelte Maschine wie der Verbrennungsmotor ständig fortentwickelt. Höhere Zylinderdrucke und Drehzahlen, Optimierungen der Verbrennung und Revolutionen in der Einspritztechnik erbrachten in den letzten Jahrzehnten deutliche Verbesserungen von Wirkungsgrad und Leistungsgewicht. Das Grundprinzip der mechanisch gesteuerten Kolbenhubmaschine blieb jedoch unangetastet - vor allem in den verbreiteten Fahrzeugklassen des Massenmarkts.

Ein großes und bislang weitgehend ungenutztes Einsparpotenzial bietet der Antrieb der Ladungswechselventile, der auch ein Jahrhundert nach Erfindung der Nockenwelle noch meist rein mechanisch arbeitet [Fil11]. Die Ansteuerung der Ventile durch separate Aktuatoren ermöglicht neben der Kraftstoffeinsparung durch drosselfreien Betrieb, Zylinderabschaltung und Abgasrückführung auch ein verbessertes Betriebsverhalten des Motors.

In dieser Schrift wird ein Aktuator zur Ventilstellung bei Verbrennungsmotoren ausgewählt, modelliert und optimiert. Im Gegensatz zum konventionellen Vorgehen wird zuerst eine breite Sammlung verschiedener Verfahren studiert. Der geeignetste Favorit, ein rotatorischer Segment-Aktuator des Unternehmens LSP, wird ausgewählt. In Zusammenarbeit mit der Volkswagen AG wird ein mit Messwerten geprüftes numerisches Modell erstellt. Zuletzt werden optimale Konstruktionen für den Einsatz als Einlass- und Auslassventilaktuator errechnet.