In den letzten Jahren wurden an Automotoren immer höhere Anforderungen hinsichtlich Kraftstoffeffizienz und Abgasemissionen gestellt. Frühe Motorventile hatten nur feste Öffnungs- und Schließzeiten, was es schwierig machte, je nach Motordrehzahl eine optimale Ansaug- und Auspuffleistung zu erreichen.
Daher hat sich die variable Ventilsteuerung (VVT) durchgesetzt.
Inhalte
Was ist VVT?
Das variable Ventilsteuerungssystem des Motors passt die Phase der Nockenwelle an, sodass sich der Zeitpunkt des Öffnens und Schließens der Ventile mit der Motordrehzahl ändert, und passt die Einlass- (Auslass-)Menge sowie den Zeitpunkt und Winkel des Öffnens und Schließens der Ventile an.
Dadurch wird die eintretende Luftmenge optimiert und die Verbrennungseffizienz des Motors verbessert.
Was bewirkt die variable Ventilsteuerung?
Die durch Hydraulikdruck gesteuerte Technologie mit variabler Nockenphase hat sich aufgrund ihrer hohen Kosteneffizienz und Zuverlässigkeit durchgesetzt.
Am vorderen Ende der Nockenwelle ist ein Nockenphasenversteller verbaut, der sich innerhalb eines bestimmten Winkels hin und her drehen kann.
Das Motorschmiersystem ist mit dem Phasenversteller verbunden.
Die Motor-ECU sammelt Informationen über den Kurbelwellenphasensensor und den Nockenphasensensor.
Im Motorölkreislauf ist ein elektromagnetisches Ölsteuerventil (OCV) eingebaut, das den Durchfluss und die Richtung des Öls des Phasenverstellers durch elektrische Signale anpasst, um eine Steuerung des Drehwinkels des Phasenverstellers zu erreichen.
VVT steuert normalerweise das Öffnen und Schließen des Ventils durch Ändern der Position der Nockenwelle. Dies geschieht normalerweise mit Hilfe eines hydraulischen Aktuators.
Bei niedrigen Geschwindigkeiten: Das VVT-System ermöglicht ein früheres Öffnen und Schließen des Ventils und sorgt so für eine bessere Kraftstoffeffizienz und einen gleichmäßigeren Leerlauf.
Bei hohen Geschwindigkeiten: Es verzögert das Öffnen der Ventile, sodass der Motor besser atmen kann und somit Leistung und Leistungsabgabe verbessert werden.
Variables Ventilsteuerungssystem: Schlüsselkomponenten
Das System der variablen Ventilsteuerung umfasst einen Nockenphasenversteller, ein Ölsteuerventil, Sensoren und eine ECU zur Steuerung der Ventilsteuerung.
Die hydraulisch gesteuerte Nockenwellenverstellung hat sich aufgrund ihrer Kosteneffizienz und Zuverlässigkeit zu einer gängigen Lösung entwickelt. Die Technologie basiert auf folgenden Prinzipien:
Nockenwellenversteller: An der Vorderseite der Nockenwelle ist ein Nockenwellenversteller angebracht, der sich innerhalb eines bestimmten Winkels drehen kann. Dieser Versteller ist für die Veränderung der Nockenwellenposition und damit für die Anpassung der Ventilsteuerung verantwortlich.
Das Motorsteuergerät (ECU) überwacht die Kurbelwellen- und Nockenwellenpositionen über Sensoren (Kurbelwellenphasensensor und Nockenphasensensor). Diese Daten liefern Echtzeit-Feedback zur Motorleistung.
Im Ölkreislauf des Motors befindet sich ein Ölregelventil. Dieses Ventil reguliert den Ölfluss und dessen Richtung anhand von Signalen der Motorsteuerung. Durch die Anpassung des Ölflusses steuert das OCV die Drehung des Nockenwellenverstellers und justiert so die Position der Nockenwelle.
Der Drehwinkel des Phasenstellers bestimmt die Steuerzeiten der Einlass- und Auslassventile. Durch die Anpassung dieses Winkels optimiert das System die Motorleistung unter verschiedenen Betriebsbedingungen und verbessert so Kraftstoffeffizienz, Leistungsabgabe und Emissionswerte.
Das VVT-System sorgt für einen gleichmäßigeren und reaktionsschnelleren Motorbetrieb, indem es die Ventilsteuerung kontinuierlich an die aktuellen Fahrbedingungen anpasst. Es ist eine hocheffiziente Methode, um Motorleistung, Kraftstoffverbrauch und Emissionen optimal zu vereinen.
Vorteile der variablen Ventilsteuerung
Verbesserte Kraftstoffeffizienz
VVT verbessert die Kraftstoffeffizienz, indem es die Ventilsteuerung an unterschiedliche Motorlasten und -drehzahlen anpasst.
Verbesserte Performance
Bei hohen Drehzahlen lässt VVT mehr Luft und Kraftstoff in die Brennkammer gelangen, wodurch die maximale Leistung des Motors erhöht wird.
Reduzierte Emissionen
VVT hilft dem Motor, Kraftstoff effizienter zu verbrennen. Dies reduziert schädliche Emissionen wie Stickoxide und Kohlenmonoxid.
Reibungslosen Betrieb
Durch die Anpassung der Ventilsteuerung an Fahrbedingungen mit niedriger Geschwindigkeit reduziert VVT die Motorvibration und verbessert die Laufruhe, wodurch das Fahrerlebnis und der Komfort verbessert werden.
Pulvermetallurgieanwendungen in VVT
Im Vergleich zu herkömmlichen Metallherstellungsverfahren gilt die Pulvermetallurgie (PM) als umweltfreundliches Herstellungsverfahren mit einer Materialausnutzungsrate von über 95 % und geringerem Energieverbrauch.
PM verwendet Metallpulver als Rohstoff und stellt das Endprodukt durch Verdichten und Sintern her. Darüber hinaus ermöglicht die Pulvermetallurgie enge Maßtoleranzen und ist für die Massenproduktion kostengünstig.
Manche Kettenräder mit variabler Ventilsteuerung in variablen Ventilsteuerungssystemen werden durch Pulvermetallurgie hergestellt. Durch PM können VVT-Kettenräder sowohl ein geringes Gewicht als auch eine hohe Präzision erreichen.
Variable Ventilsteuerungssysteme der großen Automobilhersteller
Automobilhersteller haben ihre eigene variable Ventiltechnologie eingeführt. Die folgende Tabelle zeigt die Namen ihrer Systeme mit variabler Ventilsteuerung (VVT).
| Hersteller | Variables Ventilsteuerungssystem |
|---|---|
| Honda | VTEC, i-VTEC, VTEC-E |
| Toyota | VVT-i, VVTL-i, VVT-iE |
| Nissan | N-VCT |
| Mazda | S-VT |
| Suzuki | VVT |
| Mitsubishi | MIVEC |
| Mercedes-Benz | Camtronic |
| BMW | geädert |
| Audi | Ventilhub |
| Volkswagen | VVT |
| Porsche | VarioCam |
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FAQ
1. Was sind die Nachteile von VVT?
Hier sind die Hauptnachteile von VVT.
Komplexität:
VVT-Systeme sind komplexer als herkömmliche Motoren. Komponenten wie Nockenwellenversteller, Ölsteuerventile, Magnetspulen und Sensoren müssen unter Echtzeitbedingungen präzise aufeinander abgestimmt sein. Dieser komplexe Aufbau erschwert die Systementwicklung, Kalibrierung und Diagnose.
Höhere Kosten:
Die Integration der VVT-Technologie erhöht die Gesamtproduktionskosten des Motors. Im Vergleich zu Motoren mit fester Steuerzeit bestehen VVT-Motoren aus mehr Teilen und werden mit engeren Toleranzen gefertigt, was die Kosten in die Höhe treibt.
Instandhaltungskosten:
VVT-Systeme reagieren sehr empfindlich auf Ölqualität und -sauberkeit, da sie für den Betrieb der Nockenwellenversteller und -aktuatoren auf Öldruck angewiesen sind. Öl von schlechter Qualität oder seltene Ölwechsel können zu Schlammbildung, verstopften Kanälen und erhöhtem Verschleiß der internen Komponenten führen, was wiederum die Wartungskosten erhöht.
2. Was passiert, wenn die variable Ventilsteuerung versagt?
Bei einem Ausfall der variablen Ventilsteuerung kann die Motorleistung deutlich nachlassen. Zu den typischen Symptomen zählen unruhiger Leerlauf, Leistungsabfall, erhöhter Kraftstoffverbrauch, schlechte Beschleunigung und höhere Abgaswerte.
3. Was ist der Unterschied zwischen VVT und VVT-i?
VVT ist ein allgemeines System, das die Nockenwellensteuerung je nach Motordrehzahl und -last verändert. VVT-i (Variable Valve Timing-intelligent) ist Toyotas Version, die elektronisch gesteuert wird, um die Steuerung präziser anzupassen und so Kraftstoffeffizienz, Leistung und Emissionen zu verbessern.