Multiventiltechnik und Variable Ventilsteuerung: Funktion & Vorteile

Multiventil-Verteilung: Grundlagen und Aufbau

Wenn die Anzahl der Ventile pro Zylinder erhöht wird (z. B. auf vier Ventile), verringert sich der Durchmesser der einzelnen Ventile. Dies nutzt den verfügbaren Platz in der Brennkammer optimal aus. Die Ventile können einen Winkel zwischen 50° und 20° aufweisen, um eine kompakte Brennkammer mit einem sehr günstigen Oberfläche-Volumen-Verhältnis zu ermöglichen. Dies führt leicht zu starken Turbulenzen, einer besseren Nutzung der Wärmeenergie und wirkt sich positiv auf den Kraftstoffverbrauch aus.

Vorteile der Mehrventiltechnik

• Die Einlassquerschnittsfläche steigt um etwa 30 %, da der Zylinderdurchmesser besser genutzt und die Ventilwege optimiert werden.
• Verbesserung des Volumens und der Form der Verbrennung.
• Geringere Trägheit und schnelleres Öffnen der Ventile.
• Einsatz weicherer Federn, was zu weniger Rebound-Effekten und geringerer Geräuschentwicklung führt.
• Einfachere Kühlung der Komponenten.

Herausforderungen bei niedrigen Drehzahlen

Der größere Querschnitt der Ventile reduziert die Verluste, wodurch mehr Gas in den Zylinder eingeführt wird und die Leistung bei hohen Drehzahlen verbessert wird. Das Problem tritt jedoch bei niedrigen Drehzahlen auf: Da der Einlassquerschnitt groß ist, nimmt die Gasgeschwindigkeit ab. Dies führt zu einer geringeren Füllung und weniger Turbulenzen im unteren Drehzahlbereich, was Leistungsverlust bedeutet.

Um diesen Leistungsverlust auszugleichen und die Ansaugung zu verbessern, werden folgende Lösungen eingesetzt:

Variable Ansaugsysteme (Schaltsaugrohr)

Schaltsaugrohre werden angepasst, um unterschiedliche Betriebszustände zu optimieren. Sie verbessern die Zylinderfüllung sowohl bei niedrigen als auch bei hohen Drehzahlen und erzeugen dadurch ein höheres Drehmoment.

Einfluss der Massenträgheit der Gase

Mit steigender Drehzahl nimmt die erforderliche Länge des Sammlers ab und der Durchmesser zu, um Ladungsverluste zu vermeiden. Für niedrige Geschwindigkeiten sind lange und enge Sammler besser geeignet.

Nutzung akustischer Resonanzen

Die Druckwelle (Depression und Bewegung) bewegt sich mit konstanter Geschwindigkeit durch das Innere der Kanäle, jedoch mit einer Frequenz, die mit der Drehzahl variiert. Bei bestimmten Drehzahlen erzeugen die Schwingungen einen Resonanzeffekt, der die Zylinderfüllung verbessert. Dies steigert das Drehmoment bei niedrigen Drehzahlen und die Leistungsfähigkeit bei hohen Drehzahlen.

Variable Ventilsteuerungssysteme

Variable Ventilsteuerungssysteme ermöglichen die Nutzung von zwei verschiedenen Steuerdiagrammen (oder einem variablen Übergang dazwischen). Dies verbessert die Zylinderfüllung, sorgt für ein gutes Drehmoment bei niedrigen Drehzahlen und bietet hohe Leistung bei hohen Drehzahlen. Die verbesserte Zylinderfüllung über den gesamten Drehzahlbereich schont zudem die Umwelt.

VarioCam System (Porsche)

Das VarioCam-System erreicht ein variables Steuerdiagramm durch eine hydraulische Spannvorrichtung, die die Rotation zwischen zwei Nockenwellen (meist auf der Einlassseite) überträgt.

VTEC System (Honda)

Das VTEC-System ändert die Höhe des Ventilhubs und die Öffnungsdauer in Abhängigkeit von der Drehzahl:

• Bei niedrigen Drehzahlen: Unabhängige Kipphebel werden von Nocken mit geringem Hub betätigt, um die Füllung zu optimieren.
• Bei hohen Drehzahlen: Ein Ventil wird durch Öldruck betätigt, wodurch Kolben verschoben werden, die die Kipphebel synchronisieren. Die Kipphebel bewegen sich dann wie ein einziges Stück und werden von einem zentralen Nocken mit größerem Durchmesser angetrieben. Dies führt zu einem größeren Ventilhub und einer besseren Füllung.

VTEC-E System

Beim VTEC-E-System arbeiten die Auslassventile mit konstantem Hub. Die variable Steuerung funktioniert nur bei niedrigen Drehzahlen über die Einlassseite: Eines der Einlassventile öffnet nur geringfügig, während das zweite bei hohen Drehzahlen öffnet.

Funktionsweise zur Turbulenzsteigerung (VTEC-E)

Bei niedrigen Drehzahlen sind die Kipphebel entkoppelt und werden unabhängig mit unterschiedlichem Hub betrieben. Diese Differenz verhindert die Ansammlung von Gasen im zweiten Einlasskanal. Das eintretende Gas erzeugt starke Turbulenzen im Inneren des Zylinders, was eine gute Gemischbildung und Verbrennung selbst bei magerem Gemisch ermöglicht.

Wenn der Bordcomputer eine Drehzahl von über 2500 U/min feststellt, verbindet der hydraulische Druck die Kipphebel miteinander. Der Hauptkipphebel öffnet dann beide Ventile mit dem gleichen Hub, wodurch die Drehzahl und die Leistung steigen.