Neues Nockenwellen-Konzept: Mehr als nur Kraftstoff-Ersparnis

Dass ungehinderte Atmung Voraussetzung für optimale Leistung ist, kann nicht nur jeder Sportler bestätigen. Auch Motorenkonstrukteure wissen, dass in der Verbesserung der Brennraum-Beatmung erhebliches Sparpotenzial liegt. Mit variablen Systemen wird daher versucht, die Steuerung der Ventile möglichst flexibel an alle Betriebszustände anzupassen.

Cam-in-Cam (CIC) heißt dazu der Beitrag des Spezialisten Mahle - eine Nockenwelle also, in der sich wie in einer Matroschka eine zweite verbirgt, deren Nocken sich um bis zu 40 Grad gegeneinander verdrehen lassen.

Offensichtlicher Vorteil dieser Anordnung: Wollte man früher zwei Einlass- oder Auslassventile unterschiedlich ansteuern, brauchte man zwei Nockenwellen und damit im Grunde eine neue Zylinderkopfkonstruktion. Cam-in-Cam dagegen lässt sich prinzipiell bauraumneutral auch auf vorhandene Motoren aufsetzen.

Mit dem Verdrehen der beiden CIC-Nocken spreizen sich die Öffnungszeiten der Ventile - man spricht dann von einem "langen" Nockenprofil - und damit in Summe auch das Gas-Volumen im Brennraum. So lässt sich auf der Einlassseite der Zustrom je nach Betriebspunkt im Sinne von Leistung und Verbrauch optimieren.

Nach ihrem Premiereneinsatz im Dodge Viper forciert Mahle nun den Einsatz der CIC-Technologie entsprechend der Downsizing-Philosophie für aufgeladene Vierzylinder-Motoren - und zwar auf der Auslassseite. Denn Turbolader - richtig eingesetzt - unterstützen zwar das Kraftstoffsparen, leiden aber prinzipbedingt am Turboloch.

Mit komplexeren Twinscroll-Turboladern, einem Biturbo oder zusätzlichem Kompressor lässt sich das Turboloch zwar aufwendig glattbügeln, der Charme des CIC-Konzepts liegt aber in seiner kosten- und bauraumgünstigeren Lösung. Um bei hohen Drehzahlen die Verluste beim Ladungswechsel so gering wie möglich zu halten, sind lange Auslasszeiten und somit "lange" Nockenprofile von Vorteil. Das führt dazu, dass die Auslässe benachbarter Zylinder mitunter gleichzeitig geöffnet sind. Man spricht dann von Ventilüberschneidung. Im Bereich niedriger Drehzahlen ist dies allerdings von Nachteil. Denn ein Grund für das Turboloch liegt darin, dass sich dann die Abgasströme benachbarter Zylinder gegenseitig behindern würden. Bei niedriger Drehzahl sollte also eine verkürzte Auslassöffnungsdauer angestrebt werden, damit das Auslassventil des aktuell aktiven Zylinders geschlossen ist, sobald in der Zündfolge der nächste öffnet. So geht dessen Abgasschub nutzbringend via Krümmer zum Turbolader und drückt sich nicht wieder in andere Zylinder zurück.

Mit dem Verschieben des CIC-Systems im Drehzahlkeller hin zu einem "kurzen" Nockenprofil erreicht Mahle also eine Flutentrennung im Abgas. Damit, so Entwickler Falk Schneider, will man nicht nur das Turboloch verabschieden, Messergebnisse hätten auch einen Verbrauchsvorteil von drei Prozent gegenüber fixen Ventilsteuerzeiten ergeben. Experten sehen einen klaren Trend zum aufgeladenen Vierzylindermotor - schöne Perspektiven also für das CIC-Konzept.