Durch die Verstellung der Nockenwelle(n) kann
die Ventilüberschneidung an verschiedene Drehzahlen angepasst werden. Die
Zylinderfüllung verbessert sich. Mittlerweile bieten
fast alle Hersteller verschiedene Systeme mit variablen Steuerzeiten und auch mi
Ventilhubverstellung an. Wir stellen hier einige Systeme vor.
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Nockenwellenverstellung
(Phasenverstellung) |
Variabler
Ventiltrieb (Nockenumschaltung) |
| gestuft (Kettenspanner)
oder stufenlos VANOS,
VVT-i |
VTEC,
Valvetronic |
gutes
Drehmoment bei niedrigen Drehzahlen
- hohe
Leistung bei hohen Drehzahlen
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Valvetronic:
Drosselklappe überflüssig
keine Drosselverluste, Strömung
ungehindert
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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. |
Ventilüberschneidung
- geringe Ventilüberschneidung
hohes Drehmoment (niedrige Drehzahl)
- hohe Ventilüberschneidung
hohe Leistung (hohe Drehzahl)
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Ziel
der Motorkonstrukteure:
Entdrosselung,
also Verringerung der Drosselverluste
Teilentdrosselung:
- Phasenverstellung
- Abgasrückführung
- Schichtladebetrieb bei Direkteinspritzung
- hubraumkleine aufgeladene
Motoren
- Abstimmung Saugrohr
und Abgasanlage
- variable Verdichtung
- Zylinderabschaltung
Volle Entdrosselung (hier
ist die Drosselklappe total überflüssig geworden):
- momentan durch Valvetronic,
- in Erprobung EMVT (Elektromechanischer Ventiltrieb)
von Renault
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bedeutet die
Nockenwelle öffnet und schließt früher bzw. sie öffnet und schließt
später. Der Ventilhub und die Öffnungsdauer bleiben unverändert.
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Phasenverstellung
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Hydraulische
Verstellung der Einlass-Nockenwelle über den Kettenspanner der
Steuerkette in 2 Stufen
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 |
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Spätstellung
Die obere Stellung ist die Leistungsstellung. Der Nockenwellensteller wird durch den Öldruck in die Grundstellung gedrückt. Eine Verstellung findet nicht statt. Der Umlenkpunkt liegt vor der Einlassnockenwelle.
Drehzahl < 2000 1/min:
Rückströmung verbrannter Abgase wird verringert, besserer Leerlauf
Drehzahl > 5000 1/min: Füllung
wird verbessert (Nachladung durch hohe Strömungsgeschwindigkeit)
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Frühverstellung
Die untere Darstellung ist die Drehmomentstellung. Der Kettenspanner wird durch den Öldruck nach unten. Bei der Verschiebung verkürzt sich das obere Kettenstück, das untere wird verlängert. Der Umlenkpunkt liegt nun nach der Einlassnockenwelle. Die Verlängerung des unteren Kettenstücks, die Verkürzung des oberen Kettenstücks ist nur möglich, weil sich die Einlassnockenwelle gegenüber der Auslassnockwenwelle verdrehen kann. Die Nockenwelle wird in Richtung "früh" verstellt (eilt der Drehrichtung entgegen!), das Einlassventil schließt früher.
bei mittleren Drehzahlen ( 2000 -
5000 1/min), Verstellung 20° KW in Richtung "früh", größere
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).
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Honda
VTEC
Variabler
Ventiltrieb, Nockenwellenumschaltung
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Honda VTEC
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- Es wird
zwischen zwei unterschiedlichen Nockenformen umgeschaltet. Damit ändern
sich Hub (Öffnungsquerschnitt) und Steuerzeit
(im Gegensatz zur Phasenvertellung).
- In den Schwinghebeln befindliche Sperrschieber können
hydraulisch (via Magnetventil) betätigt die Schwinghebel für hohe
Drehzahl formschlüssig ver- bzw. entriegeln, so dass entweder das
Nockenprofil für niedrige oder für hohe Drehzahlen zum Tragen kommt.
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niedrige
und mittlere Drehzahl:
- Sperrschieber entriegelt, niedriges Nockenprofil
betätigt,
- kleiner Ventilhub, kurze Öffnungsdauer
- guter Leerlauf, hohes Drehmoment
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hohe
Drehzahl:
- Sperrschieber verriegelt, niedriges
und hohes Nockenprofil betätigt,
- großer Ventilhub, lange
Ventilöffnungszeit
- größte Motorleistung
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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.
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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:
- Verbesserung der Leistungsabgabe um 20%
- Steigerung des Drehmoments um rund 10% bei tiefen und mittleren
Drehzahlen
- Verminderung des Treibstoffverbrauchs um 10 bis 20%
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VANOS-Hydraulik
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Die
stufenlose Verstellung von BMW ist unter VANOS
bekannt geworden. Wird auch die Auslassnockenwelle verstellt, spricht man
von Doppel-VANOS.
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1
= Magnetventil
2 = Hydraulische Verstelleinheit
3 = Zahnwellenrad mit
Schrägverzahnung innen
Spätkanal (gelb)
Frühkanal (grün) |
Das System besteht aus
- einer mechanischen
Verstelleinheit (3),
- einer hydraulischen Verstelleinheit
(2) sowie
- einem Magnetventil (1) zur
hydraulischen Ansteuerung.
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 VANOS Motorschnittbild
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- Das Magnetventil wird abhängig von
der Motordrehzahl angesteuert.
- Der Hydraulikkolben wird je nach
Stellung des Magnetventils nach links oder rechts verstellt.
- Die Kolbenbewegung bewirkt in der
mechanischen Verstelleinheit durch die Schrägverzahnung eine
Nockenwellenverstellung in Richtung "früh" oder
"spät".
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Frühverstellung:
Öl durch Frühkanal, Kolben nach
rechts, Zahnwellenrad (im Kolben drehbar gelagert) wird gegen die
Drehrichtung der Kette verdreht
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Spätverstellung:
das Magnetventil wird durch das
Steuergerät "umgeschaltet", Öl gelangt über Spätkanal
auf die andere Kolbenseite, Zahnrad wird zurückgedreht.
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VVT-i
von Toyota intelligente,
adaptive Ventilsteuerung
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Das
VVT-i (Variable Valve Timing - intelligent) regelt die relative Position
der Einlassnockenwelle entsprechend den Betriebsbedingungen des Motors.
Ziel:
eine ausgewogene Balance zwischen Motorleistung, Verbrauch und Abgase
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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.
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 VVT-i |
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Die
Motorelektronik (ECU) erfasst die jeweilige Last (Betriebszustand) über
die Sensoren für Motordrehzahl, Ansaugluftmenge, Drosselklappenstellung
und Wassertemperatur und berechnet die optimale Ventilsteuerzeit.
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.
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 Betriebsbedingungen
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| Betriebszustand |
Bereich |
Ventilsteuerung |
Zweck |
Effekt |
| Im Leerlauf |
1 |
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Minimierung der
Überschneidung, um Rückstau auf Einlassseite zu reduzieren |
Stabiler Leerlauf,
geringer Verbrauch |
| Bei leichter Last |
2 |
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Reduzieren der
Überschneidung, um Rückstau auf Einlassseite zu reduzieren |
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| Bei mittlerer Last |
3 |
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Erhöhung der
Überschneidung, um zum Ausgleich des Pumpverlusts durch Rückstau
einen Abgasrückführeffekt zu bewirken |
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| Niedriger bis
mittlerer Drehzahlbereich bei hoher Last |
4 |
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Vorrücken des
Schließzeitpunkts des Einlassventils, um eine bessere
Zylinderfüllung zu bewirken |
verbessertes
Drehmoment im unteren bis mittleren Drehzahlbereich |
| Hoher
Drehzahlbereich bei hoher Last |
5 |
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Verzögern des
Schließzeitpunkts des Einlassventils, um eine bessere
Zylinderfüllung zu bewirken |
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| bei niedrigen
Temperaturen |
- |
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Minimieren der
Überschneidung, um Rückstau auf Einlassseite zu verhindern. Dies
reduziert den Verbrauchsanstieg bei kaltem Motor, verringert und
stabilisiert den Schnellleerlauf |
Stabiler
Schnellleerlauf, geringerer Kraftstoffverbrauch |
| Anlassen bzw.
Abstellen des Motors |
- |
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Minimierung der
Überschneidung, um Rückstau auf Einlassseite zu reduzieren |
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Über
die Valvetronic habe ich eine eigene Seite
erstellt. zur Seite
über Valvetronic
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| siehe
auch | Drehmoment und Füllung| Leistung
| Leistungssteigerung
|Mehrventiler
| Aufladung |Valvetronic
| Vergleich
P/M | |
