Auto Technik Lexikon - Technik und Treibstoffe

Ventilsteuerung

Ventilsteuerung

Eine Ventilsteuerung ist ein Mechanismus, der bei einem 4-Takt-Hubkolbenmotor die Bewegung der Kurbelwelle phasenrichtig auf die Ventile uebertraegt: zwei Umdrehungen der Kurbelwelle folgt synchron ein Zyklus der Ventil-Betaetigung.

Hierbei sind unterschiedliche Bauweisen möglich, die sich im mechanischen Aufwand und der Drehzahlfestigkeit unterscheiden. In jedem Fall geschieht das Steuern der Ventile über eine oder mehrere Nockenwelle(n), die von der Kurbelwelle angetrieben werden. Die Unterschiede liegen in der Anordnung und Anzahl der Nockenwellen sowie der Art der Kraftuebertragung von der Kurbelwelle zur Nockenwelle.

Eine sehr einfache, heute nur noch bei Stromgeneratoren und Rasenmaehern übliche Bauweise ist der SV-Motor (side valves). Hier liegen die Ventile am Zylinderfuss, direkt bei der „untenliegenden“ Nockenwelle. Der Gasstrom muss die gesamte Bauhoehe des Zylinders ueberbruecken, bis er im Brennraum angelangt ist. Zudem ist der entstehende Kompressionsraum zerklueftet und nachteilig. Dementsprechend ist diese Art der Ventilsteuerung nur für niedrige Drehzahlen geeignet. Vorteil ist jedoch die flache Bauweise des Motors und der einfache Guss des Zylinderkopfes.

Beim OHV-Motor (overhead valves) liegen die Ventile im Zylinderkopf, die Nockenwelle liegt jedoch unten, im Kurbelgehaeuse, und wird direkt über Zahnraeder von der Kurbelwelle angetrieben. Man spricht auch von untenliegender Nockenwelle. Die Ventile werden über Stoesselstangen und Kipphebel angetrieben. Diese Bauweise wird im Pkw- und Motorradbau teilweise noch heute bei älteren Konstruktionen verwendet, z.B. bei einigen amerikanischen V8-Motoren oder bei Harley-Davidson-Motorradmotoren. Durch die relativ grossen oszillierenden Massen ist der OHV-Motor nicht für sehr hohe Drehzahlen geeignet.

Die Stoesselstangen können entfallen, wenn die Nockenwelle „oben“ liegt, d.h. im Zylinderkopf oberhalb des Verbrennungsraumes, und die Ventile entweder über Kipphebel, Schlepphebel oder direkt betaetigt werden. Dieser sogenannte OHC-Motor (overhead camshaft) ist heute die am haeufigsten eingesetzte Bauform.

Nockenwelle und Ventile

Für die uebertragung der Rotationsbewegung von der Kurbelwelle zur obenliegenden Nockenwelle gibt es verschiedene Möglichkeiten. Weit verbreitet sind Steuerkette oder Zahnriemen. Andere Möglichkeiten sind Stirnraeder, Schubstangen oder (hauptsaechlich bei Motorraedern) die Koenigswelle. Sind pro Zylinderreihe zwei Nockenwellen vorhanden (DOHC: double overhead camshaft), so ist eine Nockenwelle für die Einlassventile und eine für die Auslassventile zustaendig.

Die Ventile werden in die Grundstellung (geschlossen) in der Regel mittels Ventilfeder zurueckgebracht. Eine besondere Bauweise ist die Zwangssteuerung oder auch desmodromische Ventilsteuerung, bei der ohne Ventilfedern gearbeitet wird (Ducati) und die Ventilfederung mit Pressluft (z.B. Formel 1-Motoren).

Um die thermische Dehnung der Ventile im Laufe des Betriebs aufzufangen, muss ein Spiel zwischen dem Ventilschaftende und dem Betaetigungselement vorhanden sein, das entweder durch Stellschrauben oder durch auswechselbare kalibrierte Plaettchen eingestellt wird und im Bereich einiger Hundertstel- bis Zehntelmillimeter liegt. Das Ventilspiel soll in Zeitabstaenden kontrolliert und ggf. nachgestellt werden. Andernfalls droht bei verschleissbedingter Verringerung des Spiels auf Null das Verbrennen des Ventilsitzes oder des Ventiltellers, da keine Waermeableitung des Ventils an den Zylinderkopf mehr möglich ist, oder bei zu grossem Spiel Leistungsverlust, starke Geraeuschentwicklung und verstärkter Verschleiss des Ventiltriebs. Die Nachstellung kann entfallen, wenn das Ventilspiel hydraulisch durch Hydrostoessel ausgeglichen wird, was heute zur zeitgemaessen Motorenbauweise gehört.