Nockenwelle
Wichtige Fragen
Welche Aufgabe hat eine Nockenwelle in einem Verbrennungsmotor?
Die Nockenwelle betätigt die Ein- und Auslassventile der Zylinder und sorgt dafür, dass die Ventilsteuerung mit der Kolbenbewegung abgestimmt ist, damit der Motor reibungslos läuft.
Die Nockenwelle betätigt die Ein- und Auslassventile der Zylinder und sorgt dafür, dass die Ventilsteuerung mit der Kolbenbewegung abgestimmt ist, damit der Motor reibungslos läuft.
Wie wirkt die Nockenwelle mit der Kurbelwelle in einem Viertaktmotor zusammen?
Die Nockenwelle ist über Zahnräder, eine Kette oder einen Zahnriemen mit der Kurbelwelle verbunden, dreht sich mit der halben Kurbelwellendrehzahl und koordiniert die Ventilsteuerung mit der Kolbenbewegung.
Die Nockenwelle ist über Zahnräder, eine Kette oder einen Zahnriemen mit der Kurbelwelle verbunden, dreht sich mit der halben Kurbelwellendrehzahl und koordiniert die Ventilsteuerung mit der Kolbenbewegung.
Wie heißen die vier Takte eines Viertaktzyklus?
Der Viertaktzyklus umfasst den Ansaugtakt, den Kompressionstakt, den Arbeitstakt und den Auslasstakt.
Der Viertaktzyklus umfasst den Ansaugtakt, den Kompressionstakt, den Arbeitstakt und den Auslasstakt.
Wie heißen die verschiedenen Nockenwellen-Arten?
Die verschiedenen Nockenwellen-Arten sind: Massiv-Flachstößel, Hydro-Flachstößel, massive Rollenstößel und hydraulische Rollenstößel.
Die verschiedenen Nockenwellen-Arten sind: Massiv-Flachstößel, Hydro-Flachstößel, massive Rollenstößel und hydraulische Rollenstößel.
Die Nockenwelle ist bei Verbrennungsmotoren eine rotierende Welle mit unregelmäßig angebrachten Scheiben (den Nocken), die die Ein- und Auslassventile eines Kolbens und Zylinders betätigen. Nocken und Nockenwelle sind meist als eine Einheit geformt, wobei die Nocken in bestimmten Winkeln angeordnet sind, um die Ventile in einer festgelegten Reihenfolge zu öffnen und zu schließen, sobald sich die Nocken drehen. Eine separate Nockenwelle für jede Zylinderreihe wird über Zahnräder oder Ketten von der Kurbelwelle angetrieben. Manche Motorkonstruktionen sehen zwei Nockenwellen pro Zylinderreihe vor.
Funktion
Die Nockenwelle ist mechanisch über Zahnräder, eine Kette oder einen Zahnriemen mit der Kurbelwelle verbunden, sodass die Ventilsteuerung (die von der Nockenwelle gesteuert wird) mit der Kolbenbewegung (die die Kurbelwelle antreibt) abgestimmt bleibt. Die Nockenwelle dreht sich im Viertaktmotor üblicherweise mit der halben Kurbelwellendrehzahl.
Während sich der Kolben auf und ab bewegt, öffnet und schließt die Nockenwelle die Ein- und Auslassventile. Diese präzise Abstimmung ist entscheidend, damit ein Motor über einen typischen Viertaktzyklus hinweg reibungslos läuft.
Der Viertaktzyklus
Ansaugtakt: Das Öffnen des Einlassventils lässt das Luft-Kraftstoff-Gemisch in den Zylinder strömen, während sich der Kolben im Zylinder nach unten bewegt.
Kompressionstakt: Das Einlassventil schließt, sobald der Kolben nach oben steigt und das Luft-Kraftstoff-Gemisch komprimiert.
Arbeitstakt: Eine Zündkerze am oberen Ende des Zylinders entzündet das Gemisch. Die Kraft der entstehenden Explosion drückt den Kolben nach unten. Daraus resultiert die Motorleistung.
Auslasstakt: Die Nockenwelle öffnet das Auslassventil des Zylinders und lässt die Abgase aus dem Zylinder strömen, während der Kolben erneut nach oben steigt.
Da sich die Nockenwelle mit der halben Kurbelwellendrehzahl dreht, wird pro zwei Kurbelwellenumdrehungen ein vollständiger Viertaktzyklus durchlaufen.
Arten von Nockenwellen
Es gibt vier Nockenwellen-Arten, je nach Ausführung der Bauteile, die die Nocken mit den Ventilen verbinden.
Massiv-Flachstößel: Dies ist eine traditionelle Bauart, bei der der Nocken direkt auf einen Flachstößel drückt. Sie funktioniert gut bei hohen Drehzahlen, ist jedoch lauter und erfordert regelmäßige Einstellungen, um das korrekte Ventilspiel (lash) einzuhalten.
Hydro-Flachstößel: Ähnlich wie der massive Flachstößel enthält der hydrostatische Flachstößel ein kleines, mit Öl gefülltes Bauteil im Inneren, das das korrekte Ventilspiel automatisch aufrechterhält. Dadurch ist er leiser, laufruhiger und wartungsärmer.
Masser Rollenstößel: Anstelle einer flachen Oberfläche besitzt der Stößel ein kleines Rollenrad, das über den Nocken läuft. Das reduziert die Reibung und erlaubt dem Motor den Einsatz von Nocken mit offeneren Nockenkurven für mehr Leistung. Wie der massive Flachstößel erfordert er regelmäßige Einstellungen.
Hydraulischer Rollenstößel: Dieser kombiniert das Rollenrad mit seiner reduzierten Reibung und seinem höheren Leistungspotenzial mit einem selbstjustierenden Ölsystem, wodurch manuelle Spielprüfungen entfallen. Diese Bauart ist leise, langlebig und wartungsarm.
Nockenwellen lassen sich auch nach ihrer Einbauposition im Verhältnis zu den Ventilen und danach einteilen, wie ihre Bewegung zu den Ventilen gelangt:
Nockenwelle im Block (hängende Ventile): Bei dieser Bauart befindet sich die Nockenwelle im Motorblock. Die Stößelstangen übertragen die Bewegung der Nocken auf die Kipphebel, die die Ventile betätigen.
Obenliegende Nockenwelle: Die Nockenwelle sitzt über den Ventilen im Zylinderkopf. Dadurch entfallen Stößelstangen und höhere Motordrehzahlen werden möglich.
Einzelne obenliegende Nockenwelle (SOHC): Eine Nockenwelle wird für alle Zylinder verwendet und steuert sowohl die Einlass- als auch die Auslassventile.
Doppelte obenliegende Nockenwelle (DOHC): Es werden zwei Nockenwellen für die Motorzylinder verwendet. Eine Nockenwelle betätigt alle Einlassventile, die andere alle Auslassventile. Das ermöglicht eine größere Flexibilität in der Ventilsteuerung.
Glossar
Nocken: Der erhabene, etwa eiförmige Abschnitt der Nockenwelle. Beim Drehen wandert die rotierende Bewegung durch seine Form in eine Auf- und Abwärtsbewegung um, die die Ventile öffnet und schließt.
Stößel (Hebel oder Taster): Ein kleines Bauteil, das über den Nocken läuft und dessen Bewegung auf den Rest des Ventiltriebs überträgt. Er kann als Flach- oder Rollenstößel sowie als Massiv- oder Hydraulikstößel ausgeführt sein.
Stößelstange: Eine dünne Stange, die bei Motoren mit untenliegender Nockenwelle die Bewegung vom Stößel im Motorblock nach oben zum Kipphebel im Zylinderkopf überträgt.
Kipphebel: Ein kleiner Hebel, der sich dreht und ein Ventil nach unten drückt, um es zu öffnen, wenn er angehoben wird.
Ventil: Ein federbelastetes Bauteil im Zylinderkopf, das sich öffnet, um das Luft-Kraftstoff-Gemisch einzulassen (Einlassventil) oder die Abgase abzuführen (Auslassventil), und sich druckdicht schließt, um den Brennraum abzudichten.
Ventilspiel: Der kleine Abstand zwischen den Bauteilen des Ventiltriebs (üblicherweise zwischen dem Ende des Ventilschafts und dem Kipphebel oder Taster), wenn das Ventil vollständig geschlossen ist und der Nocken die Ventile nicht betätigt.
Variable Ventilsteuerung
Die feste Öffnungsdauer von Ein- und Auslassventil im Zylinder gewährleistet einen gleichmäßigen Betrieb, hat aber auch Nachteile. Dreht die Kurbelwelle langsamer, sollten die Ventile früher öffnen und schließen; dreht sie schneller, sollten sie früher öffnen, dann aber länger geöffnet bleiben. Die feste Ventilsteuerdauer kann sich solchen Anpassungen nicht anpassen. Moderne Motoren verfügen daher häufig über eine variable Ventilsteuerung (VVT), bei der die Phase der Nockenwelle im Verhältnis zur Kurbelwelle auch bei laufendem Motor verstellt werden kann.
Dieses System verbessert Leistung und Kraftstoffeffizienz bei verschiedenen Motordrehzahlen und senkt die Emissionen. Einige fortschrittliche Konstruktionen umfassen nockenlose oder elektrohydraulische Ventilsysteme, bei denen mechanische Betätiger wie die Nocken durch elektrisch arbeitende Elemente ersetzt werden.