Dynamik von Ventiltrieben

Im Bezug auf ständig steigende Anforderungen des Gesetzgebers und Kunden an die Effizienz und Umweltfreundlichkeit von Verbrennungsmotoren, wird eine immer genauere Kontrolle des Verbrennungsvorgangs nötig. Verstellbare Ventiltriebe bieten umfangreiche Einflussnahmemöglichkeiten auf den Verbrennungsvorgang, erhöhen aber zunehmend die Komplexität der Konstruktion und Regelung.

Um das dynamische Verhalten von modernen Ventiltrieben genau abbilden zu können, müssen die Wechselwirkungen zwischen den verschiedenen physikalischen Bereichen, insbesondere Mechanik, Hydraulik und Regelung, in einem konsistenten mathematisches Modell integriert werden.

Für eine effiziente Modellierung werden Methoden aus der nichtglatten Mechanik eingesetzt. So werden Kontakte und Reibungsmodelle durch mengenwertige Nebenbedingungen beschrieben und über Methoden der konvexen Analysis gelöst. 

Dies verhindert einerseits umständliche Strukturmodifikationen der Differentialgleichung, andererseits können hohe Eigenfrequenzen im System, und somit steife Differentialgleichungen, vermieden werden, wodurch die numerische Behandlung dieser Modellierung erheblich effizienter gestaltet wird.

Diese Methoden werden auch auf generelle Differentialgleichungssysteme übertragen und bieten umfangreiche Modellierungsmöglichkeiten, insbesondere im Bereich von Hydraulik. Damit können zum Beispiel hydraulische Effekte wie schließende Steuerkanten und Kaviation ohne Fluidelastizität, ohne den Eintrag von irrelevanten hohen Frequenzen ins System oder Strukturmodifikation berücksichtigt werden.

Zusätzlich werden am Lehrstuhl umfangreiche Versuchsstände aufgebaut, die eine Verifizierung der verwendeten Methoden und Modelle und eine Implementierung und Bewertung verschiedener Regelungstrategien am System unter realen Bedingungen ermöglichen. Die am Lehrstuhl für Angewandte Mechanik durchgeführte Forschung im Bereich Ventiltriebsdynamik geschieht in enger Zusammenarbeit und Abstimmung mit verschiedenen Partnern aus der Automobilindustrie.