Motor |
Technik verschiedener variabler Steuerzeiten durch Nockenwellenverstellung oder Ventilhubverstellung - wie z.B. VTEC, VANOS, Valvetronic, VVT-i
siehe auch | Drehmoment und Füllung| Leistung | Leistungssteigerung|Mehrventiler| Aufladung |Valvetronic| Vergleich P/M|
Durch die Verstellung der Nockenwelle(n) kann die Ventilüberschneidung an verschiedene Drehzahlen angepasst werden. DieZylinderfüllung verbessert sich. Mittlerweile bieten fast alle Hersteller verschiedene Systeme mit variablen Steuerzeiten und auch mi Ventilhubverstellung an. Wir stellen hier einige Systeme vor.
Variable Steuerzeiten durch | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Nockenwellenverstellung (Phasenverstellung) | Variabler Ventiltrieb (Nockenumschaltung) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
gestuft (Kettenspanner) oder stufenlos VANOS, VVT-i | VTEC, Valvetronic | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Valvetronic: Drosselklappe überflüssig keine Drosselverluste, Strömung ungehindert | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Variable Ventilsteurung Übersicht | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Das Ein- und Ausströmen der Gase verändert sich in Abhängigkeit zur Drehzahl und Drosselklappenstellung. Variable Steuerzeiten erlauben die Anpassung an verschiedene Drehzahlen und Zylinderfüllungen. Mit der Nockenwellenverstellung kann die Ventilüberschneidung geändert werden. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Was bringt die geänderte Ventilüberschneidung?
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Entdrosselung, also Verringerung der Drosselverluste Teilentdrosselung:
Volle Entdrosselung (hier ist die Drosselklappe total überflüssig geworden):
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Phasenverstellung | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Phasenverstellung bedeutet die Nockenwelle öffnet und schließt früher bzw. sie öffnet und schließt später. Der Ventilhub und die Öffnungsdauer bleiben unverändert. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Phasenverstellung durch Verändern der Kettenstellung durch einen hydraulischen Kettenspanner | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Die Spätverstellung führt zu einem späten Öffnen bzw. Schließen des Einlassventils und somit zu einer geringen oder gar keiner Ventilüberschneidung. System bei Audi/VW und Mercedes-Benz Bild:Handbuch Verbrennungsmotor: Grundlagen, Komponenten, Systeme, Perspektiven (ATZ/MTZ-Fachbuch) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Spätstellung Die untere Stellung des Kettenspanners ist die Grundstellung. Der Nockenwellensteller wird durch den Öldruck in die Spätstellung gedrückt. Eine Verstellung findet nicht statt. Der Umlenkpunkt liegt vor der Einlassnockenwelle. Drehzahl < 2000 1/min: Ventilüberschneidung klein, Einlassventil schließt spät, Rückströmung verbrannter Abgase wird verringert, besserer Leerlauf Drehzahl > 5000 1/min: Ventilüberschneidung klein, Einlassventil schließt spät, Füllung und Drehmoment wird verbessert (Nachladung durch hohe Strömungsgeschwindigkeit) | Frühverstellung Die obere Stellung ist die Frühstellung. Der Kettenspanner wird durch den Öldruck nach oben gedrückt. Bei der Verschiebung verkürzt sich das untere Kettenstück, das obere wird verlängert. Dies ist nur möglich, weil sich die Einlassnockenwelle gegenüber der Auslassnockwenwelle verdrehen kann. Das Nockenwellenrad läuft der Drehrichtung entgegen. Das Einlassventil schließt früher. Die Frühstellung erfolgt bei mittleren Drehzahlen (2000 - 5000 1/min um Verstellung 20° KW in Richtung "früh" Dies führt zu einer größeren Ventilüberschneidung, die Füllung wird erhöht. Grund: die Strömungsgeschwindigkeit ist prinzipbedingt kleiner, das EV schließt bereits kurz nach UT, Frischgase werden nicht in das Saugrohr gedrückt, Drehmoment erhöht, Abgase können aber in das Saugrohr strömen, Verbrennungstemperatur sinkt, NOx sinkt (innere AGR). Anmerkung: In Abbildungen eines Fachkundebuches und einer Herstellerbeschreibung wurde die Verstellung falsch dargestellt. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Honda VTEC Variabler Ventiltrieb, Nockenwellenumschaltung | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Honda VTEC
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niedrige und mittlere Drehzahl:
| hohe Drehzahl:
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Die meisten Hondas verfügen über das VTEC-System (Variable Valve Timing and Lift Electronic Control System) für eine variable Ventilsteuerung. Die drehzahlabhängige Regulierung von Ventilöffnung und -hub sorgt für höchste Leistungswerte im oberen Drehzahlbereich, ohne Drehmomentverluste in den unteren Touren. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Das i-VTEC-System - „i“ steht für intelligent - ist eine Weiterentwicklung der bewährten VTEC-Technologie. Das System berücksichtigt nicht nur den Drehzahlbereich, sondern auch das Belastungsmoment des Motors. Die Motorsteuerung beeinflusst anhand verschiedener Parameter laufend die Stellung der Einlassnockenwelle in Bezug zu jener der Auslassnockenwelle über eine hydraulische Vorrichtung, welche die Öffnung der Einlassventile beschleunigt oder verzögert. Dieses Hightech-System hat bedeutende Vorteile:
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Variable Nockenwellensteuerung (oder Nockenwellenspreizung) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
VANOS-Hydraulik | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Die stufenlose Verstellung von BMW ist unter VANOS bekannt geworden. Wird auch die Auslassnockenwelle verstellt, spricht man von Doppel-VANOS. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
1 = Magnetventil 2 = Hydraulische Verstelleinheit 3 = Zahnwellenrad mit Schrägverzahnung innen Spätkanal (gelb) Frühkanal (grün) | Das System besteht aus
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VANOS Motorschnittbild | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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Frühverstellung: Öl durch Frühkanal, Kolben nach rechts, Zahnwellenrad (im Kolben drehbar gelagert) wird gegen die Drehrichtung der Kette verdreht | Spätverstellung: das Magnetventil wird durch das Steuergerät "umgeschaltet", Öl gelangt über Spätkanal auf die andere Kolbenseite, Zahnrad wird zurückgedreht. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
VVT-i von Toyota intelligente, adaptive Ventilsteuerung | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Ziel: eine ausgewogene Balance zwischen Motorleistung, Verbrauch und Abgase | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Es handelt sich um eine Regelung (also eigentlich eine Ventilregelung und nicht Ventilsteuerung), bei dem die aktuelle Position der Einlassnockenwelle über den Nockenwellensensor ständig (kontinuierlich) rückgemeldet wird. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
VVT-i | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Die ECU steuert das Nockenwellenstellventil entsprechend an und erfährt gleichzeitig den gegenwärtigen Ventilwinkel durch Nockenwellen- und Kurbelwellensensor. So kann ein Sollwert möglichst genau erreicht werden. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Toyota hat für Ihre Motoren 7 verschiedene Betriebsbedingungen festgelegt (Konzept-Diagramm) nach denen 5 verschiedene Steuerzeiten eingestellt werden. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Betriebsbedingungen | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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Mercedes Ventilhubumschaltung CAMTRONIC: Gas geben mit der Nockenwelle(engl.: cam oder camshaft = Nockenwelle) Die 1,6-Liter Variante des M 270 (A-Klasse) stattet Mercedes-Benz mit der einlassseitigen Ventilhubverstellung CAMTRONIC aus. Das System funktioniert mechanisch, wird aber von einem elektronisch gesteuerten Aktuator bedient. Die Einlassnockenwelle besteht aus mehreren Bauteilen: Auf die Trägerwelle sind zwei hohl gebohrte, gleich große Teilwellen montiert. Das Nockenstück 1 steuert die Einlassventile der Zylinder 1 und 2, das Nockenstück 2 die Einlassventile der Zylinder 3 und 4. Die Nocken verfügen in Form eines Doppelnockens über zwei Hubkurven. Die Fläche, mit der die Ventile über Rollenkipphebel betätigt werden, ist nur noch halb so breit wie bei einem herkömmlichen Nocken. Der Platzbedarf ist daher identisch. Mercedes-Benz A-Klasse, Ventilhubumschaltung CAMTRONIC Ist die steilere Nockenhälfte aktiviert, wird der Ventilhub vergrößert, und die Ventile bleiben länger geöffnet. Wird auf die flachere Nockenhälfte umgeschaltet, wird der Ventilhub verkürzt, und die Ventile schließen eher. „Gas geben“ mit der NockenwelleDie Laststeuerung auf dem kleinen Ventilhub wird durch unterschiedliche Bauteile umgesetzt: Bei sehr niedrigem Motordrehmoment erfolgt die Laststeuerung konventionell über die Stellung der Drosselklappe, bei mittleren Drehmomenten über die Stellung der Einlassnockenwelle und bei hohen Drehmomenten über den Aufladegrad des Turboladers. Bei einer weiteren Steigerung des Drehmoments wird der Ventilhub auf großen Hub umgestellt, und die Laststeuerung erfolgt wieder konventionell über die Drosselklappe bzw. im aufgeladenen Betriebsbereich über den Aufladegrad des Turboladers. Man könnte auch sagen: In der neuen A‑Klasse gibt man auch mit der Nockenwelle Gas. Um die optimale Verbrennung auch mit kleinem Ventilhub sicher zu stellen, haben die Mercedes-Benz Entwicklungsingenieure zahlreiche Maßnahmen ergriffen. Aufgrund des kleineren Ventilhubes und des frühen Einlassschlusses nimmt die Turbulenz im Brennraum an der Zündkerze ab. Die Verwirbelung beeinflusst aber maßgeblich die Verbrennungsgeschwindigkeit und das Durchbrennen des Kraftstoff-Luft-Gemisches. Um diese vermeintlichen Nachteile zu kompensieren, wird im niedrigen Teillastbereich durch eine Mehrfacheinspritzstrategie mit Zündeinspritzung die Turbulenz erhöht, die Mehrfachzündung garantiert die sichere Entflammung. Die Umschaltung von kleinem auf großen Ventilhub erfolgt unmerklich, so dass der Fahrer davon nichts spürt. Aufgrund der Kopplung der Zylinder 1 und 2 sowie 3 und 4 auf jeweils einem Nockenstück ist es möglich, mit nur einem Doppelaktuator innerhalb einer Nockenwellenumdrehung den Ventilhub aller vier Zylinder zu verstellen. Entsprechend großer Aufwand war erforderlich, um die Synchronisation des Verstellvorgangs zu entwickeln und die Dauerhaltbarkeit der Bauteile sicher zu stellen. Die stufenlosen hydraulischen Flügelzellen-Nockenwellenversteller für Ein- und Auslass arbeiten mit einem großen Verstellbereich von 40 Grad bezogen auf die Kurbelwelle. Die Neuentwicklung zeichnet sich durch eine signifikant kleinere Bauform aus. Deshalb konnte der Einbauraum in der Motorlängsachse und Motorhochachse sehr kompakt gehalten werden. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
siehe auch | Drehmoment und Füllung| Leistung | Leistungssteigerung |Mehrventiler | Aufladung |Valvetronic | Vergleich P/M | Zahnriemen | |
Quellen: Internet, AUDI, BMW, Honda, Toyota, Mercedes
Autor: Johannes Wiesinger
bearbeitet:
25.11.2021Folgen Sie kfztech auf Twitter
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