Ventilsteuerung Grundfunktion

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Übersicht

Dieses Dokument enthält Informationen zu:

 Allgemeines

 Funktionsvoraussetzungen

 Funktion

Allgemeines

Die variable Ventilsteuerung umfasst die mechanische, hydraulische oder elektromechanische Steuerung des Ventiltriebs.

Die variable Ventilsteuerung ermöglicht eine Anpassung der Ventilsteuerzeiten und des Ventilhubs in Abhängigkeit vom Last- und Betriebszustand des Verbrennungsmotors.

Durch die variable Ventilsteuerung werden folgende Größen optimiert:

 Motorleistung

 Kraftstoffverbrauch

 Schadstoffemissionen

Funktionsvoraussetzungen

 Motormanagement EIN (Klemme 87M)

 Motor in Betrieb

Funktion

Konstruktionsbedingt sind Ventilsteuerzeiten und Ventilhub beim Verbrennungsmotor festgelegt, d. h. Ventilhub und Kurbelwinkel stehen in einem definierten Verhältnis zueinander. Der variable Ventiltrieb beeinflusst die Ventilsteuerzeiten und den Ventilhub in Abhängigkeit vom Last- und Betriebszustand des Verbrennungsmotors.

Die Umsetzung des variablen Ventiltriebs ist einlass- wie auslassseitig möglich und erfolgt durch eine Einflussnahme auf die Nockenwellen.

Es wird zwischen folgenden Prinzipien unterschieden:

 Nockenwelleneinstellung

 Ventilhubumschaltung

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Ventilhubumschaltung

Bei der Ventilhubumschaltung erfolgt eine Änderung des Ventilhubs, d. h., eine flache oder steile Ventilerhebung. Mit einer flachen Ventilerhebung, d. h., bei einem kleinen Ventilhub, können im Teillastbetrieb Drosselverluste und damit der Kraftstoffverbrauch reduziert werden. Um ein hohes Drehmoment zu erreichen, kommt bei Volllastbetrieb eine steile Ventilerhebung, d. h., ein großer Ventilhub, zum Einsatz. Die Ventilhubumschaltung kann einlassseitig wie auslassseitig erfolgen.

Bei einem Nullhub handelt es sich um die Zylinderabschaltung. Dabei bleiben Ein- und Auslassventile eines Zylinders oder mehrerer Zylinder geschlossen. Dies bewirkt eine Entdrosselung der Zylinder, was die Effizienz der restlichen Zylinder erhöht und den Kraftstoffverbrauch senkt.

Die Ventilhubumschaltung erfolgt in Abhängigkeit der Motordrehzahl, -last und -temperatur. Ein kleinerer Ventilhub verbessert zusätzlich zum thermodynamischen Vorteil die Reibleistung. Um eine optimale Verbrennung trotz des kleineren Ventilhubs sicherzustellen, wird der Kraftstoff mehrfach eingespritzt. Um die verringerte Turbulenz des Kraftstoff-Luft-Gemisches im Brennraum um die Zündkerze herum zu verbessern, wird das Kraftstoff-Luft-Gemisch im niedrigen Teillastbetrieb mehrfach gezündet. Um die volle Leistungsentfaltung des Aggregats zu erreichen, wird in höheren Lastbereichen auf den großen Ventilhub umgeschaltet. Durch die Kombination der Ventilhubumschaltung in Verbindung mit dem aufgeladenen Ottomotor werden Verbrauchsvorteile bei Betrieb des Motors im Teillastbetrieb erzielt. Mit der variablen Ventilhubumschaltung lässt sich im Teillastbetrieb mit einem kleineren Ventilhub weniger Luft in den Brennraum leiten, wodurch sich Ladungswechsel- und Reibungsverluste verringern.

 Die Umsetzung der Ventilhubumschaltung erfolgt durch ein elektromechanisches System. Das elektromechanische System arbeitet mit Stellgliedern, die einen mechanischen Eingriff auf der Nockenwelle einleiten. Die Nockenwellen sind zweiteilig aufgebaut, d. h. eine Hohlwelle mit Nockenpaaren und spiralförmigen Nuten, die eine Vollwelle mit Nocken umschließt. Abhängig von Drehzahl und Motorlast greifen die Stellglieder in spiralförmige Nuten auf den rotierenden Nockenwellenstücken ein. Die Stellglieder verschieben diese jeweils axial in eine der Endlagen (großer bzw. kleiner Ventilhub). Dadurch erfolgt eine Verschiebung der Nocken auf der Nockenwelle.

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Nockenwelleneinstellung

Bei der Nockenwelleneinstellung erfolgt eine Änderung der Ventilsteuerzeiten durch Verdrehung der Nockenwelle, sodass eine Ventilüberschneidung entsteht. Die Verdrehung der Nockenwelle ist, bei gleich bleibendem Ventilhub, in Richtung früh oder spät möglich. Die Verdrehung der Nockenwelle erfolgt über Nockenwellensteller.

 Bei der Ventilüberschneidung öffnet das Einlassventil, bevor das Auslassventil vollständig geschlossen ist. Der Vorgang tritt gegen Ende des 4. Takts (Ausstoßen der Abgase) auf und dauert bis in den 1. Takt (Ansaugen).

Wenn die Ventilüberschneidung groß ist, dann öffnen und schließen Einlass- und Auslassventil früh. Dadurch sinken im Teillastbereich die Verbrennungstemperatur und die Entstehung von Stickoxiden (NOx) wird reduziert. Abgasseitig hat ein erneutes Ansaugen von Abgasen den Effekt einer inneren Abgasrückführung zur Reduktion von Schadstoffemissionen.

Um eine innere Abgasrückführung herbeizuführen, stellt das Steuergerät Verbrennungsmotor bei geringer Motordrehzahl und -last eine große Ventilüberschneidung ein. Es wird weniger Frischgas angesaugt, da noch sauerstoffarme Abgase in den Zylindern vorhanden sind. Die Verbrennungstemperatur sinkt und die Bildung von Stickoxiden (NOx) wird reduziert. Die angesaugte Luftmasse reduziert sich um die Menge der noch vorhandenen Abgase. Das Steuergerät Verbrennungsmotor verkürzt entsprechend die Einspritzdauer.

Ist die Ventilüberschneidung klein, dann öffnen und schließen Einlass- und Auslassventil spät. Kleine Ventilüberschneidungen verhindern im Motorleerlauf das Überströmen von Luft in den Auslasskanal und von Abgasen in den Einlasskanal. Bei Volllastbetrieb bewirkt ein Nachströmen von Luft in die Zylinder einen Nachladeeffekt. Der Nachladeeffekt führt zu einer Drehmomentsteigerung.

Die Freigabe der Nockenwelleneinstellung durch das Steuergerät Verbrennungsmotor erfolgt abhängig von der Motordrehzahl und der Motoröltemperatur. Die Freigabe der Verstellung der Auslassnockenwelle erfolgt im Vergleich zu der Einlassnockenwelle erst bei einer höheren Motordrehzahl. Damit wird beim Auslass auch bei niedrigem Öldruckniveau das Erreichen der Verriegelungsposition gegen die spät wirkenden Reaktionsmomente der Nockenwelle sichergestellt. Zur Unterstützung ist in jedem Nockenwellensteller eine Rückstellfeder angeordnet. Wenn beide Nockenwellen verstellt werden, erfolgt die Verstellung der Auslassnockenwelle verzögert (später). Dies verhindert Ölversorgungsprobleme und gewährleistet eine sichere Funktion des Verriegelungsmechanismus.

Eine Nockenwelleneinstellung erfolgt durch den Einsatz eines Nockenwellenstellers an den Kraft übertragenden Nockenwellenenden. Der Nockenwellensteller stellt die Nockenwellen in Bezug auf den Kurbelwinkel ein und ermöglicht dadurch eine Ventilüberschneidung beim Ladungswechsel.