Intelligente Ventilsteuerung (IVA): Die Zukunft der Steuerung von Verbrennungsmotoren

Variable Ventilsteuerung gilt weithin als eine der effektivsten Methoden zur Verbesserung des Wirkungsgrads von Verbrennungsmotoren (VKM). Moderne Motoren verstellen üblicherweise die Gaswechselzeiten am Einlass und/oder Auslass, einige gehen noch weiter und variieren zusätzlich den Ventilhub. Dennoch arbeiten diese Systeme weiterhin innerhalb mechanischer Grenzen — die Nockenwelle wird um wenige Grad verschoben oder zwischen Nockenprofilen umgeschaltet. Die von dem britischen Unternehmen Camcon Automotive entwickelte Intelligente Ventilsteuerung (IVA) überwindet diese Einschränkungen vollständig und bietet eine vollständige, frei programmierbare Kontrolle über die Ventilsteuerung.

Wie funktioniert die Intelligente Ventilsteuerung?

Im Gegensatz zu herkömmlichen Systemen erhält bei IVA jedes einzelne Ventil eine eigene Nockenwelle. Anstatt sich kontinuierlich zu drehen, rotiert jede Nockenwelle nur dann, wenn das Ventil geöffnet oder geschlossen werden muss — und ändert bei jeder Betätigung die Drehrichtung. Die Verbindung zwischen Nockenwelle und Ventil nutzt einen desmodromischen Ventilmechanismus, was bedeutet, dass sowohl der Öffnungs- als auch der Schließhub mechanisch angetrieben wird und nicht auf eine Rückstellfeder angewiesen ist.

Diese Architektur ermöglicht ein Maß an Präzision und Flexibilität, das kein herkömmliches System erreichen kann. Mit IVA können Ingenieure und Programmierer:

• Ventile deutlich schneller öffnen als in einem herkömmlichen Verbrennungsmotor
• Ventile an jeder beliebigen Position während des Hubs nahezu stillhalten
• Ein Ventil zweimal innerhalb eines einzigen Kolbenhubs öffnen
• Die Zündreihenfolge der Zylinder vollständig per Software ändern
• Ein individuelles Ventilhub- und Schließprofil für jeden einzelnen Zylinder definieren
• Jeden dieser Parameter in Echtzeit während des laufenden Motorbetriebs anpassen

Thermodynamische Flexibilität: Jeder Zyklus auf Abruf

Eine der bemerkenswertesten Fähigkeiten von IVA ist die Möglichkeit, im laufenden Betrieb zwischen thermodynamischen Zyklen umzuschalten. Ein herkömmlicher Verbrennungsmotor mit IVA kann jeden der folgenden Zyklen durch ein einfaches Software-Update implementieren:

• Otto-Zyklus — der Standard-Benzinmotorzyklus
• Miller/Atkinson-Zyklus — für verbesserten thermischen Wirkungsgrad bei Teillast
• Homogene Kompressionszündung (HCCI) — für sauberere und effizientere Verbrennung
• Zündkerzengesteuerte Kompressionszündung (SPCCI) — Mazdas Serienvariante des HCCI
• Zweitakt-Zyklus — für höhere Leistungsdichte
• 12-Takt-Zyklus — ein hocheffizienter Modus für Niedriglastbetrieb

Der 12-Takt-Zyklus verdient besondere Aufmerksamkeit. Er baut auf dem altbewährten Konzept der Zylinderabschaltung auf, jedoch mit einem entscheidenden Unterschied: Bei einem herkömmlichen Verbrennungsmotor schaltet die Elektronik einen festen Satz von Zylindern für längere Zeiträume ab, was zu ungleichmäßiger Wärmeverteilung führt. Mit IVA bleiben alle Zylinder aktiv, aber jeder zündet nur einmal alle drei Arbeitstakte — oder einmal alle 12 Zyklen. Dadurch bleiben alle Zylinder auf ihrer normalen Betriebstemperatur, während der Kraftstoffverbrauch bei geringer Last erheblich reduziert wird.

IVA im Vergleich zu anderen nockenfreien Ventiltechnologien

Camcon Automotive ist nicht das erste Unternehmen, das eine vollvariable Ventilsteuerung verfolgt. Mehrere große Akteure haben im Laufe der Jahre ähnliche Konzepte untersucht:

• General Motors und Ford — frühe Forschungsprogramme zur vollvariablen Ventilsteuerung
• Ricardo und Lotus Engineering — Ingenieurstudien und Prototypensysteme
• FreeValve / Qamfree — ein vollständig nockenwellenfreies System, ursprünglich beim schwedischen Unternehmen Koenigsegg entwickelt und durch die Partnerschaft von FreeValve und Qoros weitergeführt

Während Systeme wie Qamfree die Nockenwelle vollständig entfernen, verfolgte Camcon den entgegengesetzten Ansatz: jedem Ventil seine eigene dedizierte Nockenwelle zu geben. Dies bewahrt die mechanische Zuverlässigkeit und Präzision der nockengetriebenen Betätigung, während gleichzeitig die Programmierbarkeit eines vollständig elektronischen Systems geboten wird.

Effizienzgewinne und der Weg zur Serienproduktion

Die Leistungs- und Effizienzresultate der IVA-Prototypen sind vielversprechend. Laut den Entwicklern von Camcon Automotive:

• CO₂-Emissionen könnten im Vergleich zu einem herkömmlichen Motor um 15–20 % gesenkt werden
• Prototyptests an einem turbogeladenen 2,0-Liter-Vierzylindermotor ergaben eine Kraftstoffeffizienzverbesserung von 7,5 %
• Der Kraftstoffverbrauch eines IVA-Benziners wäre in etwa vergleichbar mit dem eines Dieselmotors
• IVA-Systeme in Serienproduktion wären günstiger als ein Hybridantriebsstrang

Camcon Automotive bietet zwei Wege zur Markteinführung an: die direkte Belieferung von Herstellern mit IVA-Aktuatorkits und Motoradaptionshardware oder die Zusammenarbeit mit bestehenden Automobilzulieferern. Das Unternehmen prognostiziert, dass IVA-ausgestattete Serienfahrzeuge innerhalb von fünf Jahren nach der Kommerzialisierung auf den Markt kommen könnten.

Dies ist eine Übersetzung. Das Original können Sie hier lesen: https://www.drive.ru/technic/5be19fd7ec05c4bb5c00003d.html