Variable Ventilsteuerung (VVT)

Die variable Ventilsteuerung, üblicherweise mit VVT abgekürzt, ist eine Technik, die es einem Motor erlaubt, den Öffnungs- und Schließzeitpunkt seiner Ventile bezogen auf die Kolbenstellung zu verändern, statt diese Steuerzeiten für alle Betriebszustände festzulegen. Da der ideale Moment zum Öffnen und Schließen der Ein- und Auslassventile zwischen Leerlauf, Konstantfahrt und hoher Drehzahl stark variiert, lässt ein fester Kompromiss zwangsläufig in einem Teil des Bereichs Leistung, Verbrauch oder Emissionen zu wünschen übrig. VVT löst dies, indem es die Steuerzeiten dynamisch an die wechselnden Bedingungen anpasst.

Die verbreitetste Ausführung wirkt über einen am Ende der Nockenwelle angebrachten Nockenwellenversteller auf die Nockenwelle ein. Vom Motorsteuergerät geregelt, nutzt der Versteller den über ein Magnetventil geleiteten Öldruck, um die Nockenwelle um einige Grad gegenüber dem Kurbelwellenantrieb vor- oder zurückzudrehen. Dieses Vor- oder Zurückstellen verschiebt das gesamte Ventilöffnungsereignis nach früh oder spät. Bei Motoren mit getrennten Ein- und Auslassnockenwellen lässt sich häufig jede unabhängig verstellen, was dem Steuergerät feine Kontrolle über die entscheidende Phase der Ventilüberschneidung gibt, in der Ein- und Auslassventil zugleich geöffnet sind.

Der Wert dieser Kontrolle liegt darin, dass sie über das Drehzahlband mehrere konkurrierende Ziele gleichzeitig optimiert. Bei niedrigen Drehzahlen verbessern passende Steuerzeiten die Leerlaufstabilität und Laufruhe; im mittleren Bereich maximieren sie Drehmoment und Elastizität; bei hohen Drehzahlen begünstigen sie die Spitzenleistung, indem die Ventile länger geöffnet bleiben, um die Zylinder zu füllen und zu entleeren; und durchgängig kann eine gut geregelte Überschneidung den Kraftstoffverbrauch senken und Emissionen mindern, mitunter durch eine kontrollierte interne Abgasrückführung. Ein und derselbe Motor kann sich so in der Stadt elastisch, auf der Langstrecke sparsam und unter Last spritzig anfühlen — ein Verhalten, das mit festen Steuerzeiten unmöglich wäre.

Fortschrittlichere Systeme gehen über das bloße Verstellen der Nockenwelle hinaus und verändern auch den Ventilhub oder das Nockenprofil selbst. Hondas berühmtes VTEC etwa schaltet zwischen getrennten Nockenprofilen um und verleiht den Ventilen bei hohen Drehzahlen ein deutlich anderes Verhalten, während Systeme wie BMWs Valvetronic den Hub stufenlos verändern, um die Motorlast ohne herkömmliche Drosselklappe zu steuern und so Ladungswechselverluste zu verringern. Diese Ansätze verbinden Änderungen der Steuerzeiten mit Änderungen daran, wie weit und wie lange die Ventile öffnen, und gewinnen so noch größere Zuwächse bei Wirkungsgrad und Leistung.

Die Technik ist so vorteilhaft, dass sie nahezu allgegenwärtig geworden ist, und die Hersteller vermarkten sie unter einer Vielzahl von Markennamen — Toyotas VVT-i, Hondas VTEC und i-VTEC, BMWs VANOS und vielen anderen —, die allesamt Varianten derselben Grundidee beschreiben. Die Abhängigkeit von Öldruck und Ölzustand macht VVT-Systeme empfindlich gegenüber Ölqualität und Ölstand; verschlissene Versteller oder klemmende Magnetventile gelten bei Motoren mit höherer Laufleistung als bekannte Schwachstellen. Unmittelbar auf dem Grundprinzip von Ventil und Nockenwelle aufbauend und häufig mit Mehrventil- und Doppelnockenwellen-Anordnungen kombiniert, zählt die variable Ventilsteuerung zu den einflussreichsten Verfeinerungen in der Entwicklung des modernen Verbrennungsmotors.