Mechatronik im Kfz am Beispiel eines "Smart Aktuators" für die Ventilbetätigung

Die Integration von Elektronik, Mechanik und Informationstechnik zu einer mechatronischen Einheit bietet große Verbesserungspotentiale für Kfz-Systeme, indem sie den Bauraum, den Verdrahtungsaufwand sowie die elektromagnetische Empfindlichkeit und die Störabstrahlung reduziert und dadurch neue Systemstrukturen ermöglicht. Allerdings benötigt die Mechatronik häufig neue Technologien, was den vergleichsweise langsamen Zuwachs solcher Aggregate erklärt.

Zielsetzung dieser Arbeit ist es, die Systematik aufzuzeigen, die nötig ist, um ein komplexes mechatronisches System unter extremen thermischen und mechanischen Randbedingungen zu entwickeln. Als Beispiel hierfür wurde die sensorlose elektromagnetische Einzelventilbetätigung ausgewählt, die die Nockenwelle ablösen soll und die neben einer merklichen Kraftstoffeinsparung auch eine substantielle Verbesserung des Drehmomentverhaltens des Motors verspricht.

Bei dem gewählten Aufbau des Smart Aktuators dient der Aktuator als Träger für die benötigte Elektronik und zur Ableitung der durch die Verlustleistung entstehenden Wärme zum Zylinderkopf mit seinem Kühlkreislauf. Mit diesem Ansatz entstehen allerdings neue Anforderungen an das EVT-System, die in dieser Form bisher nicht vorlagen. Ausgehend von den am Zylinderkopf vorherrschenden Randbedingungen wurden erstmals die mechanischen, elektrischen und thermischen Aspekte und deren Wechselwirkungen beleuchtet und Entwurfskriterien zur Realisierung des mechatronischen Systems bestimmt.