Vertrieb von 4-Takt-Motoren

Nockenwelle zur Ventilsteuerung

Das aus Ventilen und einer oder mehreren Nockenwellen bestehende Verteilergetriebe ist das Herzstück eines 4-Takt-Motors. Darauf basiert die Leistung des Motorrads.

Um das synchronisierte Öffnen und Schließen der Ventile zu steuern, wird eine Nockenwelle verwendet, d. h. eine rotierende Achse, auf der Exzenter montiert sind, die die Ventile so drücken, dass sie sinken und sich öffnen, wenn es soweit ist. Das Ventil wird nicht immer direkt von der Nockenwelle (Sicherungen) gesteuert. Tatsächlich hängt alles von ihrer relativen Position ab. Bei den ersten 4-Takt-Motoren waren die Ventile seitlich, mit dem Kopf nach oben, an der Seite des Zylinders implantiert. Der Antrieb erfolgte dann direkt über die Nockenwelle, die ihrerseits nahe der Achse der Kurbelwelle lag.

Gas stellte 2007 in Mailand einen Motorradprototyp vor, der mit einem Seitenventil-Testmotor ausgestattet war. Eine äußerst einfache und kompakte Lösung, eine Anspielung auf die Vergangenheit, in der seit dem Ende von Harleys „Flathead“ im Jahr 1951 kaum oder gar kein Motorrad mehr gefahren wurde.

Von den Seitenklappen bis zu den oberen Klappen...

Das sehr einfache System hatte den Nachteil einer „deformierten“ Brennkammer, da die Ventile nahe am Zylinder lagen. Dies wurde durch die Leistung des Motors beeinflusst und es wurden schnell „Ventile in Blei“ eingebaut. Der Begriff stammt aus der Übersetzung, da der Zylinderkopf in vielen Fremdsprachen „Kopf“ genannt wird: zum Beispiel Englisch, Deutsch, Italienisch. In den Spezifikationen und manchmal auch direkt auf den Kurbelgehäusen findet man die englische Abkürzung „OHV“, was „Header Valves“, Ventile im Kopf, bedeutet. Das Akronym ist mittlerweile veraltet und wird nur noch als Verkaufsargument auf Rasenmähern verwendet ...

Kann es besser machen...

Um den Brennraum kompakter zu gestalten, wurden die Ventile daher geneigt, um sie wieder in die Vertikale von Zylinder und Kolben zu bringen. Dann haben wir über „Scheiß“-Motoren gesprochen. Verbrennung steigerte die Effizienz. Da die Nockenwelle jedoch an der gleichen Stelle blieb, mussten lange Stangen zur Steuerung der Ventile und anschließend Kipphebel (Scalmer) implantiert werden, um den Aufwärtsschub der Nocken umzukehren, wodurch die Ventile abgesenkt werden.

In relativ ferner Vergangenheit wurde diese Art der Spreizung noch hauptsächlich bei englischen (60er-70er) und italienischen (Moto Guzzi) Motorrädern verwendet.

OHV, dann OHC

Die Einzel-ACT-Motorlösung (Kopfnockenwelle) eignet sich immer noch gut für Einzelzylinder, die nicht mit zu hohen Drehzahlen laufen, wie hier die 650 XR.

Das Gewicht und die Anzahl der beweglichen Teile machten die Suche nach Leistung jedoch doppelt nachteilig. Denn je schneller sich die Ventile öffnen und schließen, desto länger können sie geöffnet bleiben, was zur Füllung des Motors und damit zu dessen Drehmoment und Leistung beiträgt. Je schneller ein Motor läuft, desto mehr „Explosionen“ erzeugt er und desto leistungsstärker ist er. Da die Masse jedoch der Feind der Beschleunigung ist, war es unwahrscheinlich, dass diese schweren und komplexen Systeme bei Hin- und Herbewegungen effektiv waren. Tatsächlich hatten wir die Idee, die Nockenwelle in den Zylinderkopf anzuheben („im Kopf“ also...), um die langen und schweren Kipphebelschäfte zu eliminieren. Im Englischen sprechen wir von „Inverted Camshaft“, kurz OHC. Die Technologie ist schließlich immer noch relevant, da Honda (und Aprilia) sie immer noch konsequent verwenden, mit einigen Anpassungen namens „Unicam“.

Unicam

Unicam Honda verfügt nur über ein ACT, das die Einlassventile direkt steuert, während die Auslassventile, die kleiner und daher leichter sind, Rampen verwenden.

Nächste Woche werfen wir einen genaueren Blick auf den Double ACT...

Kasten: Was ist ein Panikventil?

Dieses Phänomen ist vergleichbar mit dem, was passiert, wenn eine Armee hinter einer Brücke marschiert. Die Schrittfrequenz erregt die Struktur der Brücke mit einer Geschwindigkeit, die ihrem eigenen Resonanzmodus entspricht. Dadurch bewegt sich die Brücke sehr weit und stürzt schließlich ein. Das Gleiche gilt für den Vertrieb. Wenn die Erregerfrequenz der Nockenwelle die Frequenz des Ventilöffnungs- und -schließmechanismus erreicht, reagiert das System. Dies führt dann zu unkontrollierten Ventilbewegungen, die nicht mehr dem Nockenwellenprofil folgen. Tatsächlich schließen sie nicht mehr, wenn der Kolben ansteigt ... und es kommt zum Aufprall, was zur Zerstörung des Motors führt. Je geringer die Masse der Verteilung ist, desto höher ist ihre Resonanzfrequenz und entfernt sich somit von der Motordrehzahl (d. h. der Geschwindigkeit, mit der sie rotieren kann). C.Q.F.D.