Nockenwelle erklärt

Was ist eine Nockenwelle?

Damit ein Verbrennungsmotor (IC-Motor) effizient arbeitet, müssen alle seine Komponenten ihre Aufgaben in sehr präzisen Intervallen in Bezug auf die Bewegung des Kolbens ausführen. Um dies zu gewährleisten, wird eine Komponente namens Nockenwelle eingesetzt. Das untenstehende Bild zeigt eine Nockenwelle und ein Nockenwellenantriebsrad.

Hinweis: Nockenwellen werden normalerweise nur in Viertaktmotoren und sehr großen Zweitakt-Motoren verwendet.

Nockenwelle

Eine Nockenwelle ist eine lange Stange mit eiförmigen exzentrischen Nocken, wobei jeder Nocken einem Ventil und einem Kraftstoffeinspritzer zugeordnet ist (sofern der Motor kein Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsystem besitzt). Jeder Nocken hat einen Mitnehmer. Wenn die Nockenwelle rotiert, wird der Mitnehmer nach oben und unten bewegt, indem er dem Profil des Nockens folgt. Die Mitnehmer sind über verschiedene Verbindungen, sogenannte Stoßstangen und Kipphebel, mit den Ventilen und Einspritzdüsen des Motors verbunden. Die Stoßstangen und Kipphebel übertragen die von den Nocken der Nockenwelle erzeugte Bewegung auf die Ventile und Einspritzdüsen und öffnen und schließen sie nach Bedarf. Nachdem die Ventile von den Kipphebeln geöffnet wurden, werden sie durch Federn wieder geschlossen.

Ventiltrieb (Stoßstangen, Ventile, Ventilfedern, Nockenwelle)

Ventiltrieb

Wenn das Ventil von der Nockenwelle geöffnet wird, wird die Ventilfeder komprimiert. Die in der Ventilfeder gespeicherte Energie wird dann genutzt, um das Ventil zu schließen, wenn der Nocken der Nockenwelle unter dem Mitnehmer herausdreht. Da ein Motor relativ große Temperaturänderungen erfährt (z. B. von der Umgebungstemperatur bis zu einer normalen Betriebstemperatur von etwa 190°F), müssen seine Komponenten so konstruiert sein, dass sie eine thermische Ausdehnung ermöglichen. Daher müssen die Ventile, Ventilstößel und Kipphebel eine Methode zur thermischen Ausdehnung haben. Dies wird durch die Verwendung von Ventilspiel erreicht. Ventilspiel ist der Begriff für das "Spiel" oder "Nachgeben" im Ventiltrieb, bevor der Nocken tatsächlich beginnt, das Ventil zu öffnen.

Leerlauf- und Steuerzahnräder

Die Nockenwelle wird durch die Kurbelwelle des Motors über eine Reihe von Zahnrädern, sogenannte Leerlaufzahnräder und Steuerzahnräder, angetrieben. Diese Zahnräder synchronisieren die Drehung der Nockenwelle mit der der Kurbelwelle. Dadurch wird sichergestellt, dass das Öffnen und Schließen der Ventile sowie die Einspritzung des Kraftstoffs zu präzisen Zeitpunkten im Kolbenhub erfolgt. Um die Flexibilität beim Timing des Ventilöffnens, Ventilschließens und der Kraftstoffeinspritzung zu erhöhen und um die Leistung zu steigern oder die Kosten zu senken, kann ein Motor eine oder mehrere Nockenwellen haben. Typischerweise hat in einem mittelgroßen bis großen V-Motor jede Zylinderbank eine oder mehrere Nockenwellen pro Kopf. In größeren Motoren können die Einlassventile, Auslassventile und Einspritzdüsen eine gemeinsame Nockenwelle haben oder unabhängige Nockenwellen.

Anzahl und Lage der Nockenwellen

Je nach Typ und Marke des Motors variiert die Lage der Nockenwelle(n). Die Nockenwelle(n) eines Reihenmotors befindet sich normalerweise entweder im Kopf des Motors oder oben im Block, der an einer Seite der Zylinderbank entlangläuft. Bei kleinen oder mittelgroßen V-Motoren befindet sich die Nockenwelle normalerweise im Block in der Mitte des "V" zwischen den beiden Zylinderbänken. In größeren oder mehrnockigen V-Motoren befinden sich die Nockenwellen normalerweise in den Köpfen.

Einzelne Nockenwelle (Nocken) für V-Motor

Zusätzliche Ressourcen

https://en.wikipedia.org/wiki/Camshaft

https://auto.howstuffworks.com/camshaft.htm

https://energyeducation.ca/encyclopedia/Camshaft