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Die
Erfindung betrifft einen Aktor, welcher ausgebildet ist, ein Gaswechselventil
eines Verbrennungsmotors zu stellen.
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Aus
dem Stand der Technik sind hydraulisch betriebene Aktoren zum Stellen
eines Gaswechselventils oder elektrisch betriebene Aktoren zum Stellen
eines Gaswechselventils eines Verbrennungsmotors bekannt.
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Solche
elektromagnetischen Aktoren weisen einen hohen Energieverbrauch
auf und sind mechanisch fehleranfällig.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Aktor für ein Gaswechselventil
eines Verbrennungsmotors anzugeben, welches einfach, robust und
präzise
steuerbar ist. Vorteilhafterweise lässt sich die Ventilhubkurve über dem
Kurbelwinkel beziehungsweise der Zeit wahlfrei vorgeben.
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Diese
Aufgabe wird durch einen Aktor der Eingangs genannten Art gelöst, welcher
wenigstens ein elektroaktives Polymer aufweist, welches ausgebildet
ist, in Abhängigkeit
einer elektrischen Spannung eine mechanische Kraft zum Stellen,
insbesondere zum Öffnen
oder Schließen,
des Gaswechselventils zu erzeugen.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
weist das elektroaktive Polymer ein Elastomer mit dielektrischen
Eigenschaften auf. Ein elektroaktives Polymer eines Aktors ist bevorzugt
als Polymerschicht ausgebildet, welche zwischen zwei Aktorelektroden
eingeschlossen ist.
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Die
Aktorelektroden sind bevorzugt als Elektrodenschichten ausgebildet,
welche im Wesentlichen parallel zueinander beabstandet angeordnet
sind und die elektroaktive Polymerschicht zwischen sich einschließen.
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Beim
Anlegen einer elektrischen Spannung an die Elektroden eines Aktors
wird durch Coulombsche Kräfte
eine mechanische Kraft pro Fläche
gemäß der Formel p = ε0·εr·(U/d)2 erzeugt. Darin bedeuten
- p
- mechanische Kraft
pro Fläche,
beziehungsweise mechanischer Druck
- U
- elektrische Spannung
- d
- Abstand zwischen den
Elektroden
- ε0
- Dielektrizitätskonstante, ε0 =
8,854·10–12 As/Vm
- εr
- Dielektrizitätszahl der
elektroaktiven Polymerschicht.
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Ein
elektroaktives Polymer kann beispielsweise Silikon, Fluor-Silikon,
Polyurethan, Polybutadien, Polyacryl, Polytetrafluorethylen, P(VDF-TrFE)-Copolymer
oder Isopren enthalten. Vorteilhafte Eigenschaften von Polymeren
ergeben sich aus der nachstehenden Tabelle:
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Durch
die elastische Eigenschaft der Polymerschicht können sich die Schichtelektroden
aufeinander zu bewegen und die elastische Polymerschicht komprimieren.
Wird die elektrische Spannung an den Elektroden reduziert oder weggenommen,
so kann die als Feder wirkende elastische Polymerschicht entsprechend der
zwischen den Elektroden wirkenden Coulombschen Kräfte wieder
expandieren.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
ist der Aktor ein Mehrschicht-Aktor, welcher aus einer Vielzahl von
Aktor-Schichten gebildet ist.
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Die
Aktor-Schichten sind bevorzugt parallel zueinander derart angeordnet,
dass die Schichtelektroden und die elektroaktiven Polymerschichten
jeweils quer zu einer Schichtebene alternierend aufeinander folgend angeordnet
sind, so dass die elektroaktiven Polymerschichten jeweils quer zur
Schichtebene durch zwei Schichtelektroden eingeschlossen sind.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
weist der Aktor wenigstens eine dehnbare Elektrode auf. Beispielsweise
kann eine dehnbare Elektrode eine Schichtelektrode sein und dazu
ein Elastomer aufweisen. Das Elastomer kann elektrisch leitfähige Partikel
aufweisen oder selbst ein elektrisch leitfähiges Polymer sein. Die elektrisch
leitfähigen
Partikel können
beispielsweise Kohlenstoff, beispielsweise in der Form von Graphit,
Carbon Black, Fullerene, insbesondere Nanaotubes-Fulleren oder Buckyballs-Fulleren
oder eine Kombination aus diesen enthalten. Elektrisch leitfähige Partikel
können
auch Metallstaub, beispielsweise Kupfer oder Silber, enthalten.
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Die
elektrisch leitfähigen
Partikel oder das elektrisch leitfähige Polymer können auch
Halbleitereigenschaften aufweisen.
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Ein
elektrisch leitfähiges
Polymer kann Polythiophen, Polyfluoren, Polyanilin, Polypyrrol oder
Polyphenylenvinylen oder eine Kombination aus diesen aufweisen.
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Durch
eine dehnbare bevorzugt elastisch ausgebildete Elektrode kann sich
ein Aktor vorteilhaft beim Komprimieren quer zu einer Schichtebene
auch parallel zur Schichtebene ausdehnen und somit eine Schichtfläche vergrößern. Dadurch
wird vorteilhaft ein erreichbarer Hub einer Aktorbewegung vergrößert.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
weist das elektroaktive Polymer wenigstens einen Füllstoff
auf, welcher ausgebildet ist, mechanische Eigenschaften oder elektrische, insbesondere
die elektrischen Eigenschaften oder beide Eigenschaften des elektroaktiven
Polymers, zu beeinflussen. Beispielsweise kann ein Füllstoff
Partikel, insbesondere Nanopartikel, aufweisen, welche elastische
Eigenschaften, beispielsweise ein Elastizitätsmodul, des elektroaktiven
Polymers erhöhen.
Beispielhafte Ausführungsformen
für einen
solchen Füllstoff
sind Titandioxid (TiO2) oder Bariumtitanat
(BaTiO3).
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
ist der Aktor aus wenigstens einer Aktorschicht gebildet, welche
im Wesentlichen eben geformt ist.
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In
dieser Ausführungsform
kann eine Hubbewegung eines Aktors quer zu einer Aktorschichtebene
erfolgen.
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In
einer anderen Ausführungsform
ist der Aktor wenigstens aus einer Aktorschicht gebildet, welche
gewickelt ist. In dieser Ausführungsform
kann eine Hubbewegung des Aktors parallel zur Aktorschicht erfolgen. Die
Hubbewegung erfolgt in dieser Ausführungsform somit quer zu einer
Richtung, in welcher die elektroaktive Polymerschicht der Aktorschicht
komprimiert wird.
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In
einer vorteilhaften Ausführungsform
weist ein Aktor eine Vielzahl von Aktorschichten auf, welche gemeinsam
zylinderförmig
aufgewickelt sind. Eine Hubbewegung erfolgt in dieser Ausführungsform
parallel zu einer Wickelachse.
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Bevorzugt
weist das elektroaktive Polymer eines Aktors ein Elastizitätsmodul
im Bereich zwischen 0,3 MPa und 20 MPa auf. Beispielhafte Ausführungsformen
eines elektroaktiven Polymers eines Aktors weisen ein Elastizitätsmodul
im Bereich zwischen einschließlich
0,3 MPa und einschließlich
2 MPa, bevorzugt zwischen 1 MPa und 2 MPa, zwischen 2 MPa und 5
Mpa, zwischen 5 MPa und 10 MPa oder zwischen 10 MPa und 20 MPa auf.
Dadurch lassen sich vorteilhaft den Bereichen entsprechende Hubhöhen eines
Aktors beziehungsweise Gesamtfederstreifen erzielen.
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In
einer vorteilhaften Ausführungsform
ist der Aktor ausgebildet, eine Stellung eines Gaswechselventils
und/oder ein Bewegen eines Gaswechselventils zu erfassen. In dieser
Ausführungsform
bildet der Aktor vorteilhaft einen Sensor, welcher ausgebildet ist,
in Abhängigkeit
von einer beim Komprimieren oder Expandieren erreichten Hubhöhe seine
elektrische Kapazität
zu verändern.
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In
einer vorteilhaften Ausführungsform
ist der Aktor mit einer Erfassungsvorrichtung wirkverbunden, welche
ausgebildet ist, eine Kapazitätsänderung
des Aktors zu erfassen und einer Gaswechselventilstellung oder einer
Gaswechselventilbewegung oder beiden zuzuordnen.
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Die
Erfindung betrifft auch ein Gaswechselventil für einen Verbrennungsmotor,
insbesondere für
eine Verbrennungskammer eines Verbrennungsmotors, wobei das Gaswechselventil
mit wenigstens einem elektrischen Aktor der vorbeschriebenen Art
wirkverbunden ist.
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Bevorzugt
ist ein Aktor mit dem Gaswechselventil derart wirkverbund und angeordnet,
das Gaswechselventil zu stellen, zu öffnen, zu schließen oder
zu halten oder eine Kombination aus diesen.
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Die
Erfindung betrifft auch einen Verbrennungsmotor mit wenigstens einer
Verbrennungskammer und wenigstens einem Gaswechselventil für die Verbrennungskammer
und wenigstens einem Aktor der vorbeschriebenen Art. Das Gaswechselventil
ist mit wenigstens einem Aktor wirkverbunden, wobei der Aktor ausgebildet
und derart angeordnet ist, das Gaswechselventil zu stellen, zu öffnen, zu
schließen,
zu hatten oder eine Kombination aus diesen. Insbesondere kann die
Hubhöhe
vollvariabel vorgegeben werden.
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Der
Verbrennungsmotor kann eine Gaswechselventil-Ansteuereinheit aufweisen.
Die Gaswechselventil-Ansteuereinheit kann mit einem Kurbelwellensensor
wirkverbunden sein, wobei der Kurbelwellensensor ausgebildet ist,
ein Kurbelwellensignal zu erzeugen, welches eine Rotationsfrequenz
der Kurbelwelle repräsentiert.
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Die
Gaswechselventil-Ansteuereinheit ist ausgebildet, in Abhängigkeit
von dem Kurbelwellensignal wenigstens ein Aktorspannungssignal zu
erzeugen, welches einem Hubverlauf eines Gaswechselventils entspricht
und das Aktorspannungssignal zum Bewegen eines Aktors eines Gaswechselventils
auszugeben. Beispielsweise kann die Gaswechselventil-Ansteuereinheit vorteilhaft
den Hubverlauf eines Gaswechselventils insbesondere wahlfrei vorgeben.
Ein Hubverlauf kann einen Gaswechselventilhub in Abhängigkeit
von der Zeit oder einem Kurbelwellenwinkel repräsentieren.
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Beispielhafte
Ausführungsformen
für einen
Verbrennungsmotor sind ein Verbrennungsmotor mit einem Zylinder,
mit zwei Zylindern, mit drei Zylindern, mit vier Zylindern, mit
fünf Zylindern,
mit sechs Zylindern, mit acht Zylindern, mit zehn Zylindern oder
mit zwölf
Zylindern.
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Ein
Verbrennungsmotor kann ein Otto-Verbrennungsmotor oder ein Diesel-Verbrennungsmotor
oder ein Wankel-Verbrennungsmotor sein.
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Die
Erfindung betrifft auch ein Fahrzeug mit einem Verbrennungsmotor
der vorbeschriebenen Art. Ein Fahrzeug kann ein Personenkraftwagen,
ein Motorrad, ein Lastkraftwagen, ein Schienenfahrzeug oder ein Luftfahrzeug
sein.
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Die
Erfindung betrifft auch ein Verfahren, insbesondere zum Herstellen
eines Verbrennungsmotors. Das Verfahren weist den folgenden Verfahrensschritt
auf: Wirkverbinden eines elektrischen Aktors, welcher ein elektroaktives
Polymer aufweist, mit einem Gaswechselventil für einen Verbrennungsmotor.
Ein elektrischer Aktor kann ein Aktor der vorbeschriebenen Art sein.
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In
einer anderen Ausführungsform
ist ein elektroaktives Polymer durch einen Polymer-Schaum gebildet.
Der Polymer-Schaum weist eine Vielzahl von Gaseinschlüssen auf,
welche ein Elastizitätsmodul
des elektroaktiven Polymer-Schaums bestimmen. Ein elektroaktiver
Polymer-Schaum kann
als offenzelliger oder geschlossenzelliger Polymer-Schaum oder eine
Kombination aus beiden ausgebildet sein.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
ist der Aktor als Dünnschicht-Aktor
ausgebildet, welcher eine Vielzahl von Polymer-Schichten mit einer
Schichtdicke im Bereich von einigen μm, beispielsweise 1 μm bis 10 μm, in einer
dazu alternativen Ausführungsform
mit entsprechend weichem elektroaktivem Polymer zwischen 0,1 und
1 mm.
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Ein
Aktor mit einem elektroaktiven Polymer kann zum Betreiben mit einer
Spannung von 100 bis zu 10 000 V ausgebildet sein.
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Die
Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der
zugehörigen
Zeichnungen erläutert.
Es zeigen:
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1a und
b Ausführungsbeispiele
für einen
Aktor mit einer elektroaktiven Polymer- Schicht und zwei Schicht-Elektroden;
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2a ein
Ausführungsbeispiel
für ein
Gaswechselventil eines Verbrennungsmotors mit zwei jeweils zueinander
antagonistisch angeordneten Aktoren;
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2b ein
Ausführungsbeispiel
einer Beschaltung eines in 2a dargestellten
Aktors;
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2c ein
Ausführungsbeispiel
eines Aktors für
ein Gaswechselventil und
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3 ein
Ausführungsbeispiel
eines Verbrennungsmotors mit Gaswechselventilen, welche jeweils Aktoren
mit elektroaktiven Polymeren zum Betreiben der Ventile aufweisen.
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1 zeigt
schematisch ein Ausführungsbeispiel
für einen
Aktor 1. Der Aktor 1 weist ein aus einem elektroaktiven
Polymer gebildetes Dielektrikum 3 auf. Der Aktor 1 weist
auch eine Schichtelektrode 5 und eine Schichtelektrode 7 auf,
welche das Dielektrikum 3 zwischen sich einschließen. Die
Elektrode 5 ist über
eine Verbindungsleitung mit einem positivem Pol 6 einer
Spannungsquelle, und die Elektrode 7 über eine Verbindungsleitung
mit einem negativem Pol 4 der Spannungsquelle verbunden.
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Das
Dielektrikum 3 ist als Dielektrikumschicht ausgebildet,
wobei ein Schichtdicke der Dielektrikumschicht – in diesem Ausführungsbeispiel
eines eben geformten Aktors entlang der Hubachse 10 – zwischen
1 und 10 μm
betragen kann.
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Der
Aktor 1 ist in 1a im
spannungslosen Zustand dargestellt, das heißt, zwischen den Polen 4 und 6 besteht
keine Potentialdifferenz.
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1b zeigt
den in 1a dargestellten Aktor 1,
wobei zwischen den Polen 4 und 6 der Spannungsquelle
eine Potentialdifferenz besteht. Die Schichtelektroden 5 und 7 sind
entlang den Richtungen 16, 18, 20 und 22 jeweils
dehnbar ausgebildet. Die Richtungen 16, 18, 20 und 22 verlaufen
jeweils parallel zu den Ebenen, welche jeweils durch die Schichtelektroden 5 und 7 gebildet
sind, und verlaufen jeweils senkrecht zu einer Hubachse 10.
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Beim
Anliegen einer Gleichspannung an den Polen 4 und 6 der
Spannungsquelle bildet sich somit ein elektrisches Feld zwischen
den Schichtelektroden 5 und 7 aus. Das elektrische
Feld weist in dieser Abbildung nicht dargestellte Feldlinien auf,
welche von einer der Schichtelektrode 7 zugewandten Begrenzungsfläche der Schichtelektrode 5 durch
das Dielektrikum 3 zu einer der Schichtelektrode 5 zugewandten
Begrenzungsfläche der
Schichtelektrode 7 verlaufen.
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Das
Dielektrikum 3 wirkt feldverstärkend für das elektrische Feld und
weist in dieser Abbildung nicht dargestellte Dipole auf, welche
jeweils ausgebildet sind, durch ein elektrisches Feld ausgerichtet
zu werden.
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Die
Schichtelektroden 5 und 7 erfahren jeweils eine
durch das elektrische Feld bewirkte Coulombsche Kraft. Das Dielektrikum 3 ist
elastisch ausgebildet und erfährt – gemäß dem Hookeschen
Gesetz – in
Abhängigkeit
von einem Elastizitätsmodul
des Dielektrikums 3 und in Abhängigkeit einer Kraft entlang
der Hubachse 10 eine Auslenkung entlang der Hubachse 10.
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Beim
Komprimieren des Dielektrikums 3 entlang der Hubachse 10 kann
das Dielektrikum 3 durch die dehnbare, elastische Ausbildung
der Elektroden 5 und 7 einer Querausdehnung entlang
den Richtungen 16, 18, 20 und 22 folgen,
so dass beim Komprimieren des Dielektrikums 3 eine zum
Komprimieren erforderliche Verformungsarbeit vorteilhaft reduziert
wird.
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2a zeigt
ein Ausführungsbeispiel
eines Gaswechselventils 24 mit einem ersten Aktor 28 und
einem zweiten Aktor 30. Das Gaswechselventil 24 weist
ein Gehäuse 26 auf,
welches die Aktoren 28 und 30 in wenigstens einer
Umfangsrichtung umschließt.
Die Aktoren 28 und 30 sind jeweils quer zu einer
Hubachse 10 durch eine Druckplatte 32 voneinander
getrennt. Die Aktoren 28 und 30 sind jeweils derart
in dem Gehäuse 26 angeordnet,
dass die Aktoren 28 und 30 beim Anlegen einer
Spannung an jeweils einen Aktor entlang der Hubachse 10 komprimieren.
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Die
Druckplatte 32 ist mit einem Ventilschaft 34 verbunden,
wobei der Ventilschaft 34 an die Druckplatte 32 angeformt
oder in diese eingeschraubt sein kann.
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Der
Ventilschaft 34 ist parallel zur Hubachse 10 angeordnet
und verläuft
in diesem Ausführungsbeispiel
senkrecht zur Druckplatte 32. Der Ventilschaft 34 führt durch
eine Öffnung
des Gehäuses 26 hindurch und
weist im Bereich eines aus dem Gehäuse 26 herausragenden
Endes eine Ventilplatte 36 auf.
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Die
Ventilplatte 36 ist zum Verschließen einer Ansaugöffnung oder
einer Abgasausstoßöffnung eines Zylinderkopfes
ausgebildet.
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Wenn
der erste Aktor 28 beim Anlegen einer Spannung an den ersten
Aktor 28 entlang der Hubachse 10 komprimiert wird,
so wird die Druckplatte 32 im Falle einer kraftschlüssigen Verbindung
mit dem ersten Aktor 28 entlang der Hubachse 10 in
die Richtung 38 ausgelenkt.
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Das
Auslenken in die Richtung 38 kann dadurch unterstützt werden,
dass an die Elektroden des Aktors 30 jeweils ein gleichartiges
Potential derart aufgebracht wird, dass sich auf den Elektroden
gleichviele gleichartige Ladungen befinden und diese – bewirkt
durch Coulombsche Kräfte – sich voneinander
abstoßen.
Der Aktor 30 erfährt
in diesem Fall eine Expandierung und kann ein Auslenken der Druckplatte
entlang der Hubachse 10 in die Richtung 38 unterstützen.
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Die
Ventilplatte 36 wird in diesem Fall gemeinsam mit der Druckplatte 32 und
dem die Druckplatte 32 und die Ventilplatte 36 verbindenden
Ventilschaft 34 in Richtung 38 entlang der Hubachse 10 ausgelenkt
und kann eine Ventilöffnung
verschließen.
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2b zeigt
schematisch einen Abschnitt des Aktors 28 und einer elektrischen
Schaltung für
den ersten Aktor 28. Jeweils entlang der Hubachse 10 unmittelbar
benachbarte Schichtelektroden 44 schließen entlang der Hubachse 10 ein
Dielektrikum 46 zwischen sich ein, wobei jeweils unmittelbar
benachbarte Schichtelektroden 44 mit einem von der unmittelbar
benachbarten Schichtelektrode 44 verschiedenen Pol einer
zweipoligen Versorgungskraftstelle verbunden sind.
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2c zeigt
ein Ausführungsbeispiel
eines Aktors 52. Der Aktor 52 ist aus einer Aktorschicht
gebildet, welche um die Hubachse 10 aufgewickelt ist. Die
Aktorschicht umfasst zwei Elektrodenschichten, welche ein Dielektrikum
zwischen sich einschließen.
Dargestellt ist eine Schichtelektrode 54, weiche mit einem
positiven Pol 4 einer Spannungsquelle verbunden ist. Die
in dieser Abbildung verborgene, der Schichtelektrode 54 gegenüber liegende
Elektrode ist mit einem negativen Pol 6 der Spannungsquelle
verbunden.
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Beim
Anlegen einer Potentialdifferenz zwischen den Polen 4 und 6 kann
der Aktor 52 entlang der Hubachse 10 expandieren.
Bezogen auf eine Mittelachse 42 kann der Aktor 52 entlang
der Hubachse 10 auf einem Abschnitt entlang der Richtung 56 expandieren
und auf einem dazu komplementären
Abschnitt in Richtung 58 expandieren.
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3 zeigt
ein Ausführungsbeispiel
eines Verbrennungsmotors 60. Der Verbrennungsmotor 60 weist eine
Verbrennungskammer 89, einen Ansaugkrümmer 86 zum Zuführen von
Ansaugluft in die Verbrennungskammer 89 und einen Abgaskrümmer 88 zum
Abführen
von Abgas aus der Verbrennungskammer 89. Der Verbrennungsmotor 60 weist
vier Verbrennungskammern auf, von denen die Verbrennungskammer 89 beispielhaft
dargestellt ist.
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In
der Verbrennungskammer 89 ist ein Arbeitskolben 87 angeordnet,
welcher über
ein Pleuel mit einer Kurbelwelle 92 derart verbunden ist,
dass eine Translationsbewegung des Arbeitskolbens 87 in
eine Rotationsbewegung 94 der Kurbelwelle 92 überführt werden
kann.
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Der
Verbrennungsmotor 60 weist Gaswechselventile 62, 64, 66 und 68 auf,
welche jeweils ausgebildet sind, eine Ansaugluftöffnung einer Verbrennungskammer
zu öffnen
oder zu verschließen.
Die als Ansaugluftventile ausgebildeten Gaswechselventile 62, 64, 66 und 68 sind
jeweils voneinander verschiedenen Verbrennungskammern zugeordnet.
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Der
Verbrennungsmotor 60 weist auch als Abgasventile ausgebildete
Gaswechselventile 70, 72, 74 und 76 auf,
welche jeweils voneinander verschiedenen Verbrennungskammern zugeordnet
sind.
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Die
Gaswechselventile 62, 64, 66, 68, 70, 72, 74 und 76 sind
jeweils entsprechend dem in 2a dargestellten
Gaswechselventil 24 ausgebildet.
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Die
Gaswechselventile 62, 64, 66, 68, 70, 72, 74 und 76 sind
jeweils über
eine Verbindungsleitung zum Zuführen
einer zum Komprimieren vorgesehenen Versorgungsspannung mit einer
Gaswechselventil-Ansteuereinheit verbunden.
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Die
Gaswechselventil-Ansteuereinheit 78 ist mit einem Kurbelwellensensor 90 wirkverbunden,
wobei der Kurbelwellensensor 90 ausgebildet ist, ein Kurbelwellensignal
zu erzeugen, welches eine Rotationsfrequenz der Kurbelwelle 92 repräsentiert.
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Die
Gaswechselventil-Ansteuereinheit 78 ist ausgebildet, in
Abhängigkeit
von dem Kurbelwellensignal wenigstens ein Aktorspannungssignal zu
erzeugen, welches einem Hubverlauf eines Gaswechselventils entspricht
und das Aktorspannungssignal zum Bewegen eines Aktors eines Gaswechselventils
auszugeben.
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Dargestellt
ist auch ein Hubdiagramm 73, welches beispielhaft einen
Hubverlauf 79 zeigt. Eine Ordinate 77 des Hubdiagramms 73 entspricht
einem Zeitverlauf und eine Abzisse 75 des Hubdiagramms 73 einem Hubweg
eines Gaswechselventils entlang einer in den 2a, 2b und 2c dargestellten
Hubachse 10.
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Die
Gaswechselventil-Ansteuereinheit ist über eine Verbindungsleitung 98 mit
einer Motorsteuereinheit 80 verbunden. Die Motorsteuereinheit 80 ist
zum Ansteuern der Gaswechselventil-Ansteuereinheit 78 in Abhängigkeit
von dem Kurbelwellensignal ausgebildet über eine Verbindungsleitung 96 mit
dem Kurbelwellensensor 90 verbunden.
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Der
Verbrennungsmotor 60 weist auch wenigstens einen Sensor
zum Erfassen eines Hubweges, einer Hubbeschleunigung oder einer
Hubgeschwindigkeit wenigstens eines Gaswechselventils auf. Dargestellt
ist beispielhaft ein Beschleunigungssensor 82 für das Ansaugventil 62 und
ein Beschleunigungssensor 84 für das Abgasventil 70.
Der Beschleunigungssensor 82 ist über eine Verbindungsleitung 100 mit
der Motorsteuereinheit 80 und der Beschleunigungssensor 84 über eine
Verbindungsleitung 102 mit der Motorsteuereinheit 80 verbunden.
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Die
Beschleunigungssensoren 82 und 84 sind jeweils
ausgebildet und angeordnet, ein zu einer Beschleunigung des in 2a dargestellten
Ventilschaftes 34 entlang der Hubachse 10 proportionales
Beschleunigungssignal zu erzeugen.
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Die
Motorsteuereinheit 80 oder die Gaswechselventil-Ansteuereinheit 78 kann
einen Integrator zum ein- und/oder zweifachen Integrieren eines
Beschleunigungssignals nach der Zeit aufweisen. Somit kann der Integrator
aus einem Beschleunigungssignal ein Geschwindigkeitssignal oder
ein Wegsignal erzeugen und dieses ausgeben, wobei das Geschwindigkeitssignal
einer Bewegungsgeschwindigkeit eines Ventilschaftes 34 und
das Wegsignal einem zurückgelegten
Weg eines Ventilschaftes 34 entspricht. Die Ventilansteuereinheit kann
das Aktorspannungssignal in Abhängigkeit
von dem Ausgangssignal des Integrators erzeugen.
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Beispielsweise
kann ein in 2a dargestellter Aktor 30 oder
ein in 2a dargestellter Aktor 28 als kapazitiver
Sensor ausgebildet sein, welcher beispielsweise im spannungslosen
Zustand einen Hubweg entlang der Hubachse 10 erfassen kann,
welcher einer Kapazitätsänderung
entspricht. Durch Differenzieren kann eine Hubgeschwindigkeit oder
eine Hubbeschleunigung gebildet beziehungsweise entsprechende Signale
erzeugt werden. Dazu kann die Motorsteuereinheit 80 oder
die Gaswechselventil-Ansteuereinheit 78 einen Differenziator
aufweisen, welcher als Einfach- und/oder Zweifachdifferenziator
ausgebildet sein kann. Die Ventilansteuereinheit kann das Aktorspannungssignal
in Abhängigkeit
von einem Ausgangssignal des Differenziators erzeugen.
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Alternativ
dazu kann ein Sensor zum Erfassen eines Hubweges ein Dehnmessstreifen
sein.
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- 1
- Aktor
- 3
- Dielektrikum
- 4
- positiver
Pol einer Spannungsquelle
- 5
- Schichtelektrode
- 6
- negativer
Pol einer Spannungsquelle
- 7
- Schichtelektrode
- 10
- Hubachse
- 12
- Richtung
- 14
- Richtung
- 16
- Richtung
- 16
- Richtung
- 18
- Richtung
- 20
- Richtung
- 22
- Richtung
- 24
- Gaswechselventil
- 26
- Gehäuse
- 28
- erster
Aktor
- 30
- zweiter
Aktor
- 32
- Druckplatte
- 34
- Ventilschaft
- 36
- Ventilplatte
- 38
- Richtung
- 40
- Richtung
- 42
- Mittelachse
- 44
- Elektrode
- 46
- Dielektrikum
- 48
- Richtung
- 50
- Richtung
- 52
- Aktor
- 54
- positive
Elektrode
- 56
- Richtung
- 58
- Richtung
- 60
- Verbrennungsmotor
- 62
- Gaswechselventil,
Einlass
- 64
- Gaswechselventil
- 68
- Gaswechselventil
- 70
- Gaswechselventil,
Auslass
- 73
- Hubdiagramm
- 75
- Abzisse
- 76
- Gaswechselventil
- 77
- Ordinate
- 78
- Gaswechselventil-Ansteuereinheit
- 79
- Hubverlauf
- 80
- Motorsteuereinheit
- 82
- Beschleunigungssensor
- 84
- Beschleunigungssensor
- 86
- Ansaugkrümmer
- 87
- Arbeitskolben
- 88
- Abgaskrümmer
- 89
- Verbrennungskammer
- 90
- Kurbelwellensensor
- 92
- Kurbelwelle
- 94
- Rotationsbewegung
- 96
- Verbindungsleitung
- 98
- Verbindungsleitung
- 100
- Verbindungsleitung
- 102
- Verbindungsleitung
