Dreiventiltechnik

Die Dreiventiltechnik bezeichnet eine Zylinderkopfbauart, die über jedem Brennraum drei Ventile anordnet, in der großen Mehrzahl der Fälle als zwei Einlassventile und ein einzelnes, größeres Auslassventil. Sie entstand als bewusst gewählter Mittelweg zwischen dem lange etablierten Zweiventilkonzept mit je einem Einlass- und einem Auslassventil pro Zylinder und der anspruchsvolleren Vierventilanordnung und sollte einen Großteil des Strömungsvorteils der letzteren erschließen, ohne deren gesamten Aufwand und ihre Komplexität.

Der Grundgedanke hinter der Anordnung liegt darin, wie ein Motor atmet. Der Ansaugtakt zieht die Luft unter geringen Druckunterschieden ein, sodass ein großzügiger Einlassventilquerschnitt erhebliche Vorteile bei der Zylinderfüllung und damit bei der Leistung bringt; der Auslasstakt hingegen schiebt das Gas unter dem im Zylinder verbliebenen Restdruck hinaus und reagiert weniger empfindlich auf den Ventilquerschnitt. Die Aufteilung der Einlassaufgabe auf zwei kleinere Ventile vergrößert den gesamten Einlassquerschnitt und verbessert Drall und Gemischaufbereitung, während ein einzelnes, ausreichend dimensioniertes Auslassventil als genügend gilt, um die verbrannten Gase auszuspülen. Die zentrale Anordnung der Zündkerze zwischen den drei Ventilen kann zudem die Verbrennung verbessern.

Der praktische Reiz besteht darin, dass diese verbesserte Einlassatmung bei gleichzeitiger Beibehaltung der Einfachheit einer einzelnen obenliegenden Nockenwelle erreicht werden kann, da die überschaubare Ventilzahl für eine Nockenwelle über Kipphebel beherrschbar bleibt. Das Ergebnis war ein Motor, der spürbar besser atmete als eine Zweiventilkonstruktion, mit Zugewinnen beim Drehmoment im mittleren Bereich und bei der Laufkultur, der aber die zusätzliche Nockenwelle, den breiteren Kopf und den höheren Aufwand eines vollwertigen Vierventilers mit zwei Nockenwellen vermied. Mehrere Hersteller, darunter Mercedes-Benz und Ford, setzten die Dreiventiltechnik in den 1990er- und bis in die 2000er-Jahre hinein in erheblichem Umfang ein.

Die Bauart bringt inhärente Kompromisse mit sich. Die Asymmetrie aus zwei Einlass- und einem Auslassventil macht die Form des Brennraums weniger ideal als die saubere Symmetrie eines Vierventil-Dachbrennraums, und die Abgasströmung kann bei sehr hohen Drehzahlen zur Begrenzung werden. Auch die Integration einer unabhängigen variablen Steuerzeit und die Anpassung an moderne Verbrennungsstrategien gestalten sich weniger geradlinig als bei einer aufgeräumteren Vierventilanordnung.

Aus diesen Gründen versteht man die Dreiventiltechnik am besten als Übergangslösung, einen für ihre Zeit sinnvollen ingenieurtechnischen Kompromiss, der seither weitgehend abgelöst wurde. Mit der Reife der Fertigung und dem sinkenden Aufwand für Vierventilköpfe mit zwei obenliegenden Nockenwellen machten die überlegene Atmung, Symmetrie und Vereinbarkeit mit zwei unabhängig variablen Steuerzeiten das Vierventilkonzept zum natürlichen Standard für nahezu alle modernen Ottomotoren. Der Dreiventilkopf bleibt dennoch ein anschauliches Beispiel dafür, wie die Auslegung des Ventiltriebs Luftdurchsatz, Komplexität und Kosten gegeneinander abwägt.