Vier Ventile pro Zylinder

Vier Ventile pro Zylinder bezeichnet eine Gaswechsel-Bauweise, bei der jeder Brennraum von zwei Einlass- und zwei Auslassventilen bedient wird statt von dem einzelnen Paar älterer Konstruktionen. Sie ist zur Standardanordnung moderner Otto- und Dieselmotoren im Pkw geworden, weil sie deutlich verbessert, wie ungehindert ein Motor Luft ansaugen und verbrannte Gase ausstoßen kann. Die Konfiguration ist eine trügerisch einfache Idee mit weitreichendem Nutzen für Leistung, Wirkungsgrad und Emissionen.

Die Begründung liegt in Ventilfläche und Durchströmung. Die Leistungsfähigkeit eines Motors hängt stark davon ab, wie viel Luft er durch den Zylinder bewegen kann, und das wird durch die offene Fläche seiner Ventile begrenzt. Innerhalb des festen kreisförmigen Raums am Zylinderkopf bieten zwei kleinere Ventile einer gegebenen Art mehr gemeinsame Öffnungsfläche und mehr Umfang, als ein einzelnes großes Ventil es könnte, und sie lassen sich zudem schneller öffnen und schließen, weil jedes einzelne Ventil leichter ist. Der Motor atmet dadurch freier, besonders bei hohen Drehzahlen, wo die für jeden Ansaugtakt verfügbare Zeit sehr kurz ist.

Ein zweiter baulicher Vorteil betrifft die Zündkerze. Mit zwei Einlass- und zwei Auslassventilen, die symmetrisch um den Brennraum angeordnet sind, kann die Zündkerze mittig sitzen, unmittelbar über dem Kolben. Ein zentraler Zündpunkt bedeutet, dass die Flammenfront eine kürzere, gleichmäßigere Strecke zu den Brennraumwänden zurücklegt, was eine schnellere, vollständigere und gleichmäßigere Verbrennung bewirkt. Das verbessert den Wirkungsgrad, verringert die Klopfneigung und senkt die Emissionen unverbrannter Kohlenwasserstoffe.

Das Vierventil-Konzept ist nicht neu — es trat schon früh im 20. Jahrhundert bei Renn- und Flugmotoren auf —, setzte sich aber erst breit durch, als die Fertigungsgenauigkeit und die Verbreitung obenliegender Nockenwellen es für gewöhnliche Autos wirtschaftlich machten. Es passt natürlich zur Anordnung mit zwei obenliegenden Nockenwellen (DOHC), bei der eine Nockenwelle die Einlass- und eine weitere die Auslassventile betätigt, was eine saubere Ansteuerung aller vier Ventile ermöglicht. Es gibt alternative Bauformen, darunter Dreiventil-Auslegungen mit zwei Einlass- und einem Auslassventil sowie hochleistungsfähige Fünfventilköpfe, doch vier Ventile haben sich als bester Kompromiss aus Gaswechsel, Kosten und Bauraum erwiesen.

In der Praxis bringt die Bauweise dem Fahrer spürbare Vorteile: ein breiteres, besser nutzbares Leistungsband, eine höhere zulässige Höchstdrehzahl, einen geringeren Verbrauch und sauberere Abgase, und das alles bei gleichem Hubraum. Der höhere Aufwand — doppelt so viele Ventile, Federn, Sitze und Betätigungsteile — steigert die Fertigungskosten und die Teilezahl leicht, doch die Zuverlässigkeit hat sich als ausgezeichnet erwiesen, und der Tausch gilt seit Langem als lohnend.

Diese Bauweise versteht man am besten im Zusammenhang mit den Ventiltriebkomponenten, von denen sie abhängt. Sie baut unmittelbar auf der Funktion der Ventile selbst und der antreibenden Nockenwelle auf, wird meist über einen DOHC-Zylinderkopf umgesetzt und steht im Gegensatz zur einfacheren Dreiventiltechnik, die sie weitgehend ablöste.