Motorsteuerung
Aufgabe:
Die Motorsteuerung soll den Zustrom von Frischgas und die Abfuhr von Altgas so regeln, dass in den einzelnen Betriebszuständen bestimmte Abgas-, Verbrauchs- und Drehmomentanforderungen erreicht werden.
Der Austausch von verbranntem Gemisch durch Frischgase im Zylinder wird auch Gaswechsel genannt. Beim Zweitaktmotor spricht man von Spülung.
'Offener Gaswechsel'
Er entsteht, wenn Ein- und Auslasskanäle für einen bestimmten Zeitraum gleichzeitig offen sind, Frischgas also ins Abgas gelangen kann und umgekehrt. Bei Viertaktmotoren ist dies nur kurzzeitig bei der Ventilüberschneidung möglich. Dabei sind die Steuerzeiten und Kanäle so ausgelegt, dass Durchmischungen von Frisch- und Altgas nicht stattfinden. Häufiger kommt er bei Zweitaktmotoren vor und wirkt sich dort negativ auf Schadstoffentwicklung und Kraftstoffverbrauch aus.
'Geschlossener Gaswechsel'
Ventile öffnen und schließen die Ansaug- und Abgaskanäle so, dass möglichst wenig Frischgas in den Abgaskanal entweicht und eine gute Füllung ohne Altgase erreicht wird. Der geschlossene Gaswechsel ist typisch für den Viertaktmotor. Es gibt aber auch ventilgesteuerte Zweitaktmotoren.
Funktion:
Außer bei den meisten Zweitaktmotoren werden beim Hubkolbenmotor Ventile für die Motorsteuerung eingesetzt, die von einer oder mehreren Nockenwellen betätigt werden. Bei Pkw-Motoren treibt die Kurbelwelle über Zahnriemen, Steuerkette und Stirnräder bzw. Königswelle(n) die Nockenwelle(n) im Zylinderkopf an. Bei größeren Lkw-Motoren ist eine Nockenwelle in den meisten Fällen noch im Zylinderblock gelagert und wird durch Stirnräder oder Steuerkette angetrieben.
Wichtig:
Die Kurbelwelle hat beim Viertaktmotor gegenüber der Nockenwelle die doppelte Drehzahl, das Übersetzungsverhältnis beträgt also 2:1.
Aufbau der Motorsteuerung:
Der Antrieb der Motorsteuerung erfolgt von der Kurbelwelle über Zahnriemen, Rollenkette oder Zahnräder zur Nockenwelle. Die Nocken der Nockenwelle öffnen über Übertragungsorgane, z.B. Stößel, gegen die federkraft der Ventilfedern die Ein- und Auslassventile. Durch die Federkraft der Ventilfedern werden die Ventile wieder geschlossen. Da sich ein Arbeitsspiel über vier Takte, also zwei Kurbelwellenumdrehungen erstreckt und die Ventile dabei nur einmal betätigt werden, muss die Nockenwelle mit der halben Drehzahl der Kurbelwelle laufen. Das Kurbelwellenrad besitzt halb so viele Zähne wie das Nockenwellenrad.
1 Nockenwelle, 2 Ölbohrung, 3 Stößelstange, 4 Einlasskanal, 5 Kipphebel, 6 Ventil, 7 Ventilfeder
Anordnung der Ventiel. Man unterscheidet
-Untengesteuerter Motor(sv-Motor, engl. siede valves). Die Schließbewegung der Ventile erfolgt in richtung UT. Unten gesteuerte Motoren haben seitlich stehende Ventile. Sie werden wegen ihrer ungünstigen Brennraumform nicht im Kraftfahrzeug verwendet.
-Obengesteuerter MotorDie Schließbewegung der Ventile erfolgt in Richtung OT. Obengesteuerte Motoren haben hängende Ventile.
Anordnung der Nockenwelle. Manunterscheidet bei obengesteuerten Motoren
ohv-Motor (engl. overhead valves): Überkopfventile, im Zylinderkopf hängende Ventile; die Nockenwelle ist im Zylinderblock oder im Kurbelgehäuse angeordnet.
ohc-Motor (engl. overhead camschaft): Überkopfnockenwelle; die Nockenwelle ist über dem Zylinderkopf angeordnet.
dohc-Motor (engl. double overhead camshaft): Doppel-Überkopf-Nockenwelle; zwei Nockenwellen sind über dem Zylinderkopf angeordnet.
cih-Motor (engl. camshaft in head). Nockenwelle ist im Zylinderkopf angeordnet.
Ventile: Man unterscheidet Einlass- und Auslassventile. Die Durchmesser der Ventilteller und der Ventilhub müssen so groß sein, dass der Gaswechsel möglichst ungehindert vonstatten gehen kann. Das Auslassventil hat oft einen kleineren Durchmesser als das Einlassventil, da durch den noch hohen Druck der Abgase beim Öffnen des Auslassventils eine schnellere Entleerung des Verbrennungsraumes gewährleistet ist.
Mehrventiltechnik
Um den Gaswechsel im Zylinder noch zu verbessern, werden Motoren auch mit zwei oder drei Einlassventielen bei ein oder zwei Auslassventilen ausgestattet. Dreiventiler: Zwei Einlassventilen liegt ein vergrößertes Auslassventil gegenüber. Vierventiler: Sind die am meisten gebauten Motoren in der Mehrventiltechnik. Zei häufig vergrößerte Einlassventile liegen zwei Auslassventilen gegenüber. Fünfventiler: Drei Einlassventile und zwei Auslassventile bieten ein Maximum an Durchflussquerschnitt.
Ventilspiel:
Einlass- und Auslassventile dehnen sich im Betrieb je nach Temperatursteigerung und Werkstoff aus. Ausßerdem treten an den Übertragungsteilen der Motorsteuerung Längenänderungen durch Verschleiß auf. Damit die Einlass- und Auslassventile im allen Betriebszuständen einwandfrei schließen können, wird zwischen den Übertragungsteilen Spiel vorgesehen. Bei kaltem Motor ist das Ventilspiel im allgemeinen größer als bei warmem Motor. Das Spiel der Auslassventile ist gewöhnlich größer als das der Einlassventile, da diese wärmer werden.
Nockenwelle
Die Nockenwelle muss die Hubbewegung der Ventile zum richtigen Zeitpunkt und in richtiger Reihenfolge durchführen und das Schließen durch die Ventilfedern ermöglichen.
Fragen:
1. Was versteht man unter einem obengesteuerten Motor? 2. Welche Aufgaben haben Nockenwellen? 3. Warum ist die Drehzahl der Nockenwelle nur halb so groß wie die der Kurbelwelle? 4. Welche Nockenwellenantriebe unterscheidet man?
