Die prinzipielle Arbeitsweise der Nockenwelle ist den Meisten bekannt, doch was bedeuten die einzelnen Kennwerte?
In der Theorie öffnen / schliessen die Ventile exakt zu Beginn/Ende des jeweiligen Taktes und brauchen dazu „Null“ Zeit.
In der Praxis können Ventile nicht schlagartig öffnen weil sie von einem mechanischen Profil der Nockenwelle gesteuert werden und es da, -aus mehreren Gründen- kein „ON/OFF“ geben kann.
In der Praxis benötigen sie zum Öffnen / Schliessen ziemlich lange. Sie beginnen ca. 50°KW vor dem jeweiligen Takt zu öffnen und brauchen dann ca. 150°KW um vollkommen geöffnet zu werden. Das wiederum bedeutet, dass sie erst dann voll geöffnet sind wenn der Takt schon halb vorbei ist!
Praktisch unmittelbar nachdem sie voll geöffnet wurden, beginnen sie bereits wieder zu schliessen. Nachdem auch dieser Vorgang etwa 150°KW dauert, befindet sich der Motor bereits weit im Folgetakt bevor sie geschlossen sind.
Das stört alles nicht?
Nur ganz kurz: Öffnet das Einlassventil, so muss das davor „stehende“ Gemisch (=Gas) in Bewegung versetzt werden damit es in den Zylinder strömt. Nachdem dies nicht verzögerungsfrei geschieht, kann das Ventil etwas vor Taktbeginn loslegen zu öffnen. Bis das Gas „endlich“ in Bewegung ist, ist auch der Taktbeginn erreicht.
Das Ventil beginnt zu schliessen obwohl das Gas noch nicht einmal seine höchste Geschwindigkeit erreicht hat. Dank der Geschwindigkeit quetscht es sich durch die immer kleiner werdende Öffnung und es kommt ihm entgegen, dass das Ventil noch etwas geöffnet ist obwohl der Folgetakt bereits begonnen hat.
Die Schwingungen der Gassäule sind ausführlicher beschrieben bei „Leistungssteigerung mit Ansaugrohren“ (Link)
Steuerzeiten
BMW gibt für die Nockenwelle der R1150GS einige Daten an
Eö 01 nach OT; (Einlass öffnet)
Es 25 nach UT; (Einlass schliesst)
Aö 31 vor UT; (Auslass öffnet)
As 13 vor OT; (Auslass schliesst)
Alles ohne Spiel bei 3mm Hub;
E 284 / A 284; (Öffnungszeiten E / A)
Spreizung E 103/ A 112;
Hub E 8,5 / A 8,19;
Der Einlasstakt beginnt wenn der Kolben am oberen Totpunkt ist und auf dem Abweg Gemisch ansaugen kann/will
Das Einlassventil:
Nach den angegebenen Daten beginnt es/sie erst bei 01 Grad nach OT zu öffnen und ist bei 25 Grad nach UT wieder geschlossen. Das ist natürlich Unsinn und wird durch andere Angaben relativiert :-). "Alles ohne Spiel bei 3mm Hub" bedeutet, dass diese Angaben gelten wenn das Ventil bereits 3mm geöffnet ist! Bedingung ist ausserdem, dass für die vergleichende Theorie alle Spiele von Kipphebeln etc. als "Null" betrachtet/eingestellt werden. Interessant sind diese Angaben wenn eine "Fremdnocke" eingebaut wird auf der sich keine Herstellermarkierungen befinden
Öffnungszeit
von 284 Grad ist der nächste Hinweis. Insgesamt ist das Ventil also 284 Grad geöffnet.
Spreizung
Die letzten Angaben sind diejenigen zur Spreizung, also zur Position der Kurbelwelle (Auslass: Vor OT; Einlass: Nach OT) zum Zeitpunkt des maximalen Ventilhubs von 8,5mm. Dieser Wert dient zum Einstellen der Nockenwelle wenn keine Werksmarkierungen vorhanden sind und zeigt die Stellung der Nocken zueinander. (Hinweis: Angaben in KW-Graden!! An der NW gemessene Werte verdoppeln!).
Effektiv sind also nur 3 Punkte des Kurvenverlaufs angegeben.
Verbindet man einfach diese Punkte und zieht die Linien bis zum Hub
"Null" durch, ergibt sich der grüne Verlauf bei dem aber die Bedingung "Öffnungszeit" (grün angedeutet) zu lang wäre.
Die Extremlagen ergeben sich durch die Öffnungszeit von 284 Grad. Damit in Verbindung stehen die Kurvenverläufe violett (641° bis 205°) bzw. gelb (001° bis 285°), die auf jeden Fall gemeinsame Zeit ist orange.
Kurvenverläufe mit Ecken sind in der Praxis nicht möglich und wären auch mathematisch ziemlich bedenklich (unendliche Beschleunigungen).
Zeigt einige der möglichen Kurvenverläufe. Alle liegen in der vorgegebenen Öffnungszeit. Der exakte Verlauf lässt sich durch die gegebenen Daten nicht darstellen, allerdings ist die schliessende Flanke in der Praxis oft steiler als die öffnende.
Ebenfalls dargestellt ist die angegebene Spreizung 103° und eine angenommene von123° bei fast identischem Verlauf.
Für das Auslassventil gelten die gleichen Regeln.
Hier ist jeweils eine der möglichen Öffnungskurven für Aus- undEinlassventil dargestellt. Auch die Ventilüberschneidung, also die Zeit in der Aus- und Einlassventile gleichzeitig betätigt sind, ist zu sehen.
Hier ist der Sinn der Spreizung dargestellt: z.B. Im Punkt der Spreizung für den Auslaß (113°) ist das Ventil max. geöffnet und
beginnt zu schließen. Die Schliesskurve muß so beschaffen sein, dass das Ventil dem in seine Richtung schießenden Kolben nicht im Weg steht
. Daher sind die Methoden beim Tuning "einfach" größere Ventile einzubauen oder den Nockenhub "einfach" zu vergrößern nicht sooo "einfach".
Hier noch die Erklärung zu weiteren Begriffen
Link
Leistungssteigerung mit Ansaugrohren