Valve Tronic

Valvetronic http://www.kfztech.de/kfztechnik/motor/steuerung/valvetronic.htm

1 von 4 14.01.2008 20:06

www.kfztech.de Valvetronic

Anzeige

siehe auch |Variable Steuerzeiten | Leistungssteigerung | Füllung | Leistung | Mehrventiler |Aufladung |Vergleich P/M |

Immer wieder dient die Natur als Vorbild für die Entwicklung innovativer Technologien. DerVergleich mit der Atemtechnik des Menschen macht zum Beispiel die Funktionsweise vonVALVETRONIC deutlich:

Bei hoher Anstrengung atmet der Mensch tief und lang. Braucht er weniger Luft, dann drosselter nicht die Luftzufuhr, indem er sich Nase und Mund etwas zuhält, sondern er atmet kürzerund flacher. Beim herkömmlichen Ottomotor entspricht die Drosselklappe der zugehaltenenNase bzw. dem Mund. VALVETRONIC mit großem Ventilhub (= tiefes, langes Atmen) bzw.kleinem Ventilhub (= flaches, kurzes Atmen) ermöglicht es, wie die Natur zu atmen - ohneDrosselung und immer effizient.

(Beim Klicken öffnet sich das Bild in einem neuen Fenster)

Valvetronic

Die neuartige VALVETRONIC-Technologie bietet aufgrund ihrer Funktionsweise einexzellentes Kaltstart-Verhalten und eine hohe Laufruhe. Dies ist auf das Prinzip desvollvariablen Ventiltriebs zurückzuführen. Im Teillastbetrieb arbeitet die VALVETRONIC mitvergleichsweise kleinen Ventilhüben von 0,5 bis 2,0 Millimeter. Dadurch gelangt dasKraftstoffgemisch nur durch einen schmalen Spalt in den Brennraum. Durch die hoheEinströmgeschwindigkeit wird das Gemisch schon bei kaltem Motor ideal zerstäubt. Einmöglichst feiner Gemischnebel ist aber auch Voraussetzung für einen raschen undgleichmäßigen Verbrennungsvorgang. Eine noch höhere Laufruhe wird bei niedriger Lasterreicht, da sich die Ventile dann nur noch geringfügig heben.

BMW 316tiZylinderkopf

mit Valvetronic

VALVETRONIC ermöglicht einen vollvariablen Ventilhub von 0,0 bis zu 9,7 Millimeter. Er wirddurch einen elektromotorisch verstellbaren Zwischenhebel erreicht, der zwischen derNockenwelle und dem Schlepphebel, der das Ventil betätigt, platziert ist. Dabei arbeitet dieVALVETRONIC nicht nur präzise, sondern auch extrem schnell. Die Verstellung von Minimal-auf Maximalhub kann in nur 300 Millisekunden geschehen. Um diese Einstellmöglichkeitennutzen zu können, sind sehr leistungsfähige Steuerungen notwendig. Die VALVETRONICverfügt deshalb über einen eigenen mit der Motorsteuerung vernetzten 32-Bit-Rechner.


2 von 4 14.01.2008 20:06

Einlassventil mit Valvetronic

Die Gemischzufuhr wird über einen variablen Ventilhub ohne Drosselklappe gesteuert.


Für den BMW Fahrer bringt der neue 316ti-Vierzylinder mit VALVETRONIC einen geringerenVerbrauch, verminderte Abgasemissionen und zugleich ein besseres Ansprechverhalten sowieeine höhere Laufruhe mit sich.

Der 85 kW/115 PS starke und 201 km/h schnelle 316ti compact verbraucht nach EU 6,9 LiterSuper auf 100 Kilometer Fahrstrecke - 0,7 Liter weniger als das Vorgängermodell mit 77kW/105 PS und weit über einen Liter weniger als sämtliche Wettbewerber in dieser Klasse.Der 316ti compact erfüllt die Schadstoffnorm EU4.

3 Valvetronic-Bilder


Obwohl alle Fahrzeughersteller auch bei geringfügigen Modifikationen gerne von einem "neuenMotor" sprechen, hat sich an den entscheidenden Bauteilen in den vergangenen Jahrzehntenwenig getan. So auch bei der Gemischaufbereitung. Zwar wird heutzutage mittelselektronischem Kennfeld gezündet und haben Einspritzanlagen die Vergaser abgelöst, dochdas wichtigste Bauteil funktioniert noch immer wie in den Kindertagen des Motorenbaus: Die Drosselklappe, eingebaut irgendwo im Ansaugtrakt, bestimmt mit ihrer Öffnung das Volumenan Luft bzw. zündfähigem Gemisch, dass in den Zylinder gelangt. Die Stellung derDrosselklappe regelt der Fahrer mit dem Gaspedal. Unbefriedigend an dieser Lösung sind dieVerluste, die durch unerwünschte Verwirbelungen an der Drosselklappe entstehen. Die Valvetronic hat nun die Drosselklappe abgeschafft. Künftig wird deren Funktion vomEinlassventil (1) übernommen. Das Einlassventil wird nicht starr von der Nockenwelle (2) angetrieben, sondern mittels Exzenterwelle (3) und Zwischenhebel (4). Tritt nun der Fahrer aufs Gas, verdreht ein Elektromotor diese Exzenterwelle. Der Zwischenhebel überträgt dieDrehung der Nocken, abhängig von der Stellung dieser Welle, auf das Ventil. Im Ergebnis ist also der Hub variabel. Bei wenig Gas hat das Ventil auch nur wenig Hub, bei Vollgas öffnetdas Ventil weiter.


Was bringt das?Bei Motoren mit Drosselklappe muss beim Öffnen der Einlassventile das Volumen derSaugrohre zwischen Ventil und Drosselklappe überwunden werden, bevor sich die Luft inRichtung der Zylinder in Bewegung setzt. Das Saugrohrvolumen bildet somit einen Dämpfer,der das Ansprechverhalten verringert. Gelingt es, die Drosselklappe auszuschalten und dasEinlassventil zur Laststeuerung zu bewegen, dann ist mit sinkendem Verbrauch, mit steigenderLeistung und mit drastisch besserem Ansprechen des Motors auf den Befehl des Gaspedalszu rechnen. Der Valvetronic-Motor ist aber deshalb nicht entdrosselt, weil die Drosselklappenicht mehr verwendet wird. Es besteht weiterhin eine Drosselstelle - nämlich am Ventilspalt.Eine Entdrosselung wurde jedoch dadurch ermöglicht, dass infolge der besserenGemischaufbereitung mit einer höheren (inneren) AGR-Rate gefahren werden kann.


3 von 4 14.01.2008 20:06

Der Hintergrund dafür ist eine erheblich bessere Zerstäubung des ins Saugrohr gespritztenBenzins bei Leerlauf und in der unteren Teillast, weil das angesaugte Gemisch in dem engenVentilspalt enorm beschleunigt wird und die Widerstände von Drosselklappe undDämpfungsvolumen entfallen. Schließlich wird das Kaltstartvermögen des Motors dramatischverbessert. BMW nennt denn auch eine Reduzierung des Benzinverbrauchs von 10 %gegenüber dem sehr guten Vorgängermotor und eine Anhebung des Drehmomentes imunteren Drehzahlbereich. Damit könne man die für die direkte Benzineinspritzung genanntenVerbrauchsvorteile auf einfachere Weise erreichen. BMW sei keineswegs grundsätzlich gegendie Direkteinspritzung, nur halte man die bisherigen Systeme wegen der zerklüftetenKolbenböden mit der Folge der Verbrauchserhöhung bei hoher Last und Drehzahl und derverstärkten Neigung zur Rußbildung für sehr verbesserungsbedürftig.

Dennoch besitzt der BMW-Motor – wie übrigens auch die meisten Dieselmotoren – eineDrosselklappe, die jedoch nur der Korrektur, nicht aber der Laststeuerung dient. Die geschiehtausschließlich über den variablen Hub der Einlassventile, wobei auch die Steuerzeiten vonEinlass wie Auslass über das bekannte Doppelvanos-System durch Verdrehen derNockenwellen verstellt werden. Der Hub der Auslassventile dagegen wird nicht verstellt, dieAuslassventile werden wie gewohnt von der Nockenwelle über Rollenkipphebel betätigt.

Mechanik der Super-KlasseDer neue BMW-Vierzylinder mit 1,8 Liter Hubraum besitzt vier Ventile pro Zylinder, wobei wieüblich eine Nockenwelle die Einlass-, die andere die Auslassventile betätigt. Beide Ventilreihenwerden über Rollenkipphebel betätigt. Die Auslassnockenwelle liegt direkt über denKipphebeln, während zwischen der Einlassnockenwelle und den Rollenkipphebeln zusätzlicheHebel angeordnet sind. Beide Nockenwellen werden wie bei BMW üblich durch Ketteangetrieben, beide werden durch die Vanos genannten Steller verdreht.

Diese Zwischenhebelchen auf der Einlassseite aber haben es in sich. Sie bestehen aus einerfeinkörnigen Stahl-Speziallegierung und werden mit hoher Präzision im Feingussverfahrenhergestellt. Ihre Berührungsflächen mit der Verstellwelle sowie mit den Rollenkipphebelnwerden auf tausendstel Millimeter genau geschliffen, um jede Abweichung der Ventilhübevoneinander auszuschalten. Über der Einlassnockenwelle liegt eine im Zylinderkopf gelagertezweite Welle, die durch einen Stellmotor von VDO via Schneckengetriebe verdreht wird. Sieträgt Exzenter, die für die Verstellung des Ventilhubs verantwortlich sind und zudemverhindern, dass die Zwischenhebel sich selbstständig machen. Denn eine «feste» Führungfür die Zwischenhebel gibt es nicht, sie hängen «lose» zwischen Verstellwelle und Kipphebel.Etwa in der Mitte tragen sie eine Rolle.

Eine Haarnadelfeder drückt die Hebel sowohl gegen die Nockenwelle als auch gegen dieVerstellwelle, während der hydraulische Ventilspielausgleich dafür sorgt, dass an keiner Stelleklappernde Spalte bleiben. Auf der Unterseite, dort also, wo sie auf den Kipphebeln aufliegen,sind die Berührungsflächen in einer genau ermittelten Kurvenform geschliffen, die mit derNockenbewegung auf den Rollen hin und her gleitet. Bei Leerlauf sorgt die Gleitfläche füreinen Ventilhub von nur etwa 0,25 mm, bei Volllast öffnen sich die Einlassventile um 9,7 mm.Mit der gleichen Konstruktion könnte aber auch ein Ventil geschlossen bleiben und sich nurdas zweite öffnen. Oder beide Ventile bleiben, wenn eine Zylinderabschaltung vorgesehen ist,geschlossen. Dazu müsste allerdings die Exzenterwelle verändert oder in mehrereEinzelabschnitte aufgeteilt werden.

Der Vierzylinder ist so ausgelegt, dass er bei 6500 Umdrehungen pro Minute abriegelt,während die höchste Leistung bei moderaten 5500 Umdrehungen pro Minute erreicht wird. DieStandfestigkeit des gesamten Ventiltriebs ist bis etwa 7000 Umdrehungen pro Minutegewährleistet.


4 von 4 14.01.2008 20:06

VALVETRONIC und der Otto-Direkteinspritzer

Theoretisch gibt es für einen Motorenentwickler kaum etwas Näherliegenderes als einendirekteinspritzenden Benzinmotor – kann er doch mit diesem Konzept das Leistungspotenzialdes Ottomotors mit dem unübertroffenen Verbrauchsverhaltendes Diesels vereinen. Bis heutescheiterte dieses Vorhaben jedoch an zwei Faktoren: An der für einen Otto-Direkteinspritzernotwendigen Verfügbarkeit von schwefelfreiem Kraftstoff und der mangelnden Haltbarkeit derunabdingbaren und in ihrer Herstellung komplizierten Katalysatorensysteme.

VALVETRONIC kommt ohne die aufwändige, für den Benzin-Direkteinspritzer aberunumgängliche Abgasnachbehandlung aus., Ein VALVETRONIC - Motor ist im Gegensatzzum Direkteinspritzer nicht auf schwefelfreien Kraftstoff angewiesen. Der niedrige Verbrauchwird mit allen handelsüblichen Otto-Kraftstoffen erreicht, so dass man die Vorteile vonVALVETRONIC ohne zusätzliche finanzielle oder zeitliche Aufwendungen nutzen kann.

siehe auch |Variable Steuerzeiten | Leistungssteigerung | Füllung | Leistung | Mehrventiler |Aufladung | Vergleich P/M |

Quellen: BMW und diverse unbekannte Quellen

Wiesinger

überarbeitet: 02.01.08

Besucher:

Documents

Valve Tronic