Die Nockenwelle ist entscheidend für die Grundfunktion eines Motors. Bestehend aus zwei unterschiedlichen Teilen, die cams und der Welle ist die Nockenwelle das Element, das das Öffnen der Ventile ermöglicht. Wenn sich die Welle dreht, drücken die eiförmigen Nocken (oder "Lappen") die Ventile synchron mit dem Kurbelwellenzahnrad auf.
Identifizieren der Nockenwelle
Bei modernen Motoren mit obenliegender Nockenwelle (OHC) befindet sich die Nockenwelle im Zylinderkopf. Single OHC (SOHC) Motoren haben eine Nocke pro Bank, die normalerweise zwischen den Ventilschäften montiert ist. Kipphebel übertragen die SOHC-Bewegung auf die Ventile. Dual-OHC-Motoren (DOHC) haben zwei Nocken pro Bank, normalerweise direkt über den Ventilschäften, eine für Einlassventile und eine für Auslassventile. Die Kraft wird direkt auf das Ventil übertragen. Ein i4 (Vierzylinder) SOHC-Motor hat eine Nockenwelle, während ein V6- oder V8-SOHC-Motor zwei hat. Ein i4-DOHC-Motor hat zwei Nockenwellen, während ein V6- oder V8-DOHC-Motor vier Nockenwellen hat. Motoren mit obenliegender Nockenwelle haben drei bis fünf Ventile pro Zylinder, meist jedoch zwei Einlassventile und zwei Auslassventile.
Ältere Motoren und ein paar neuere „Pushrod“-Motoren eine einzelne Nockenwelle im Zylinderblock haben. Lange Metallstößel übertragen die Nockenwellenbewegung auf die Kipphebel, die diese Bewegung auf die Ventile übertragen. Stoßstangenmotoren haben normalerweise zwei oder drei Ventile pro Zylinder, normalerweise ein Einlassventil und ein Auslassventil.
Die typische Nockenwelle wird aus einem vorgeformten Stahlgussrohling gefräst. Einige Performance- und Custom-Nockenwellen können aus einem massiven Stahlblock gefräst werden.
Wie Nockenwellen funktionieren
Wenn sich die Nockenwelle dreht, bewegen sich die Nocken nach oben und unten. Bei DOHC-Motoren bewirkt jede Umdrehung, dass ein einzelner Nocken das Ventil nach unten drückt und es in den Zylinder öffnet. In ähnlicher Weise drückt bei SOHC- und Stößelstangenmotoren die Nockenwelle auf die Kipphebel (oder Stößelstangen). dann Kipphebel), das Ventil öffnen. Wenn sich der Nocken weiter dreht, drückt die Ventilfeder das Ventil wieder nach oben und schließt es.
Die Nockenwelle wird normalerweise mit einem mit der Kurbelwelle verbunden Steuerkette oder Zahnriemen. Bei einigen Schubstangenmotoren können auch Steuerzahnräder verwendet werden. Das Nockenwellenrad hat doppelt so viele Zähne wie das Kurbelwellenrad, wodurch es sich mit halber Kurbelwellendrehzahl drehen kann. Die Nockenwelle hat vier verschiedene Hübe: Einlass, Kompression, Leistung und Auslass.
Übliche Nockenwellen werden so hergestellt, dass sie typischen Betriebseigenschaften entsprechen und können die Effizienz beim Fahren auf der Autobahn oder die Leistung im unteren Bereich betonen. In ähnlicher Weise bezieht sich „Ventilhub“ auf die Höhe des Kolbens in Bezug auf die Mitte der Welle, die bestimmt, wie weit sich das Ventil öffnet. Bei festen Nockenwellen ist dies nicht einstellbar, aber es gibt Umstände, bei denen der Motor vielleicht besser „atmen“ könnte, wenn nur die Ventile etwas mehr öffnen könnten. Außerdem kann eine feste Nockenwelle das Einlassventil 10° vor OT (BTDC) öffnen und 5° nach unten schließen Totpunkt (ABDC) und öffnen Sie das Auslassventil 15° vor dem unteren Totpunkt (BBDC) und schließen Sie es 5° ATDC. Dies wird als Ventilöffnungsdauer bezeichnet. Das funktioniert gut im Durchschnitt aber in keiner Fahrsituation überragend.
Spezialisierte Nockenwellenfunktionen
Das Timing ist wichtig. Ventile müssen in bestimmten Abständen in Bezug auf die Zylinderposition öffnen und schließen. Wenn beispielsweise Zylinder Nr. 1 im Auslasstakt den oberen Totpunkt (TDC) erreicht, öffnet die Nockenwelle die Einlassventile und schließt die Auslassventile. Gleichzeitig könnte Zylinder Nr. 3 im Verdichtungstakt den OT erreichen, sodass die Nockenwelle diese Ventile geschlossen lässt.
Nockenwellen mit variabler Ventilsteuerung (VVT) verwenden hydraulische Aktuatoren, um Vorauszahlung oder verzögern Ventilsteuerzeiten im Verhältnis zum Kurbelwellenwinkel. VVT ermöglicht Hochgeschwindigkeitseffizienz oder Niedriggeschwindigkeitsleistung.
Mit speziellen Nockenwellen mit variablem Ventilhub (VVL) und computergesteuerten Magnetventilen oder hydraulischen Aktuatoren kann das ECM zwischen zwei Ventilhub Optionen, je nach Fahrerwunsch.
Bei Fahrzeugen mit Direkteinspritzung, einigen Dieselmotoren und den meisten Benzindirekteinspritzern ist die Hochdruck-Kraftstoffpumpe (HPFP) wird von einem Nocken an einer der Nockenwellen angetrieben.
Häufige Nockenwellenprobleme
Da die Nockenwelle ein massives Stahlbauteil ist, ist sie nicht anfällig für Verschleiß oder Bruch. Bei den meisten Motoren verschleißen andere Teile vor der Nockenwelle. Dennoch können einige häufig auftretende Nockenwellenprobleme auftreten.
- Abgenutzte Cam Lobes (auch „ausgewischt“ oder „ausgepeitscht“) bezieht sich auf abgenutzte Nocken. Abgenutzte Nockenwellen öffnen die Ventile nicht so weit wie beabsichtigt, was zu schlechter Motorleistung und Zylinderaussetzern führt. Wenn dies die HPFP beeinflusst, führt ein unzureichender Kraftstoffdruck zu höheren Emissionen und zufälligen Fehlzündungen.
- Abgenutzte Lifter beziehen sich nicht auf ein ausschließliches Nockenwellenproblem, sondern können von der Nockenwelle angetrieben werden. Ein verschlissener Stößel hebt das Ventil, wenn überhaupt, nicht so stark wie beabsichtigt und wird normalerweise als klappern oder klopfen im Ventildeckel.
- Gebrochene Nockenwelle bezieht sich auf einen katastrophalen Ausfall der Nockenwelle. Dies kann ein Herstellungsfehler sein oder durch das Festfressen der Nockenwelle verursacht werden. Bei Stößelstangenmotoren kann eine gebrochene Nockenwelle Pleuel, Zylinderblock, Kolben oder Kurbelwelle erheblich beschädigen. Bei störenden Motoren kann eine gebrochene Nockenwelle Zylinderkopf, Ventile oder Kolben beschädigen.
Alle drei dieser Probleme werden durch den Mangel an richtige Motorwartung. Verhindern Sie Nockenwellenprobleme, indem Sie das Motoröl regelmäßig mit einem Qualitätsöl wechseln, das sich an den Hersteller hält Empfehlungen zu Ölwechselintervall, Öltyp und Ölviskosität sowie Vermeidung von Motor Überhitzung.
