Variable Ventilsteuerung CVVT von Volvo optimiert

Die Auslegung der Ventilsteuerzeiten ist maßgeblich für die Charakteristik eines Motors und stellt gewöhnlich einen Kompromiß hinsichtlich Leistungs- und Drehmomententfaltung sowie Verbrauchs- und Emissionsverhalten dar. Das variable Ventilsteuersystem CVVT (Continuously Variable Valve Timing) von Volvo macht aus der fixen eine flexible Charakteristik, die es erlaubt, die Triebwerkseigenschaften dem Fahrzustand anzupassen.

Die AnForderungen an moderne Automobilmotoren sind hoch, vielschichtig und manchmal gegensätzlich. So sind aus Gründen der Ressourcenschonung sowie des Umwelt- und Klimaschutzes niedrige Kraftstoffverbräuche und saubere Abgase mehr denn je geboten. Gleichzeitig und zu Recht erwarten anspruchsvolle Kunden aber gerade von einer Premiummarke wie Volvo eine außergewöhnliche Fahrdynamik: gediegenen Antriebskomfort, souveränen Durchzug aus niedrigen Drehzahlen und überlegene Fahrleistungen.

Der vom Öffnungs- und Schließrhythmus der Ventile bestimmte Gaswechsel beeinflusst entscheidend diese Merkmale einer Motorcharakteristik. Bedauerlicherweise dergestalt, dass die Auslegung der Ventilsteuerzeiten (ausgedrückt in Kurbelwellen-Winkelgraden, bezogen auf den oberen und unteren Kolbentotpunkt) in eine Richtung mit Nachteilen in anderen Bereichen behaftet ist.

So begünstigt das frühe Schließen der Einlassventile ein kräftiges Drehmoment im unteren Drehzahlbereich und niedrige Verbrauchswerte, verursacht im Gegenzug aber Leistungsverluste bei hohen Drehzahlen. Schließen sie spät, kehrt sich dieser Effekt ins Gegenteil um. Ein frühes Öffnen der Auslassventile verringert den inneren Widerstand im Motor (bedingt durch das Ausschieben der verbrannten Gase), bedeutet zugleich aber Druckverlust im Zylinder und damit weniger Leistung. Besonders wichtig für die Motorcharakteristik ist die Phase der Ventilüberschneidung gegen Ende des Ausstoßtaktes, wenn die Auslassventile noch und die Einlassventile schon geöffnet sind. Eine große Überschneidung (Einlass öffnet früh, Auslass schließt spät) verbessert die Leistungsentfaltung, verringert aber die Abgas- sowie Leerlaufqualität und umgekehrt. Eine konventionelle, weil fixe Einstellung der Ventilsteuerzeiten, vorgegeben durch die Nockenprofile und die Stellung der Nockenwelle zur Kurbelwelle, bleibt also immer kompromissbehaftet.

Um diesen prinzipbedingten Effekten entgegenzusteuern, setzt Volvo bei seinen Fünf- und Sechszylinder-Benzinmotoren sowie beim neuen V8-Aggregat auf die variable Ventilsteuerung Wide Range CVVT. Mit Ausnahme des neuen beidseitig variabel gesteuerten V8-Triebwerks kommt die Technik bei den Saugversionen auf der Einlassseite 1) zum Einsatz, wo sie vor allem der Laufkultur, Fahrbarkeit und Leistungsentwicklung zugute kommt. Beim 132 kW starken 2,0-Liter-Turbotriebwerk ist die Komponente Leistung durch die Aufladung bereits optimal abgedeckt; hier kommt CVVT auslassseitig 2) zur Anwendung und dient in erster Linie einer weiteren Verbesserung der Abgasqualität. Darüber hinaus gibt es im Antriebsprogramm von Volvo weitere Motorvarianten 3), in denen die fortschrittliche Technik unter der Bezeichnung Dual Wide Range CVVT auf der Einlass- und Auslassseite zum Einsatz kommt.

Angetrieben wird die Nockenwellenverstellung auf hydromechanischem Weg über einen geschlossenen, vom Schmiersystem des Motors versorgten Ölkreislauf. Auf der Antriebsseite der Nockenwelle befindet sich dazu ein elektronisch geregeltes Durchflussventil mit integriertem Federmechanismus, das vom Motor-Steuermodul mit den Momentanwerten von Last (Gaspedalstellung) und Drehzahl versorgt wird. Entsprechend diesen Eingangssignalen wird ein größerer (früheres Öffnen/Schließen) oder kleinerer (späteres Öffnen/Schließen) Strömungsquerschnitt freigegeben und der Nockenwellen-Verdrehwinkel – relativ zur Kurbelwelle – über eine Schrägverzahnung innerhalb von 20 Grad Kurbelwinkel variiert. Ein Induktivgeber am anderen Ende der Nockenwelle vergleicht den Stellwert mit der Sollvorgabe des programmierten Kennfeldes und löst gegebenenfalls eine Nachregulierung aus – ein entscheidender Unterschied, der das Volvo CVVT-System im Unterschied zu einer konventionellen, offenen Steuerung zum geschlossenen Regelkreislauf macht.

1) CVVT einlassseitig
Hubraumvariante	Leistung	Modelle
2,4 l	103 kW/140 PS	S40, V50, S60, V70, S80
2,4 l	125 kW/170 PS	S40, V50, S60, V70, S80
2,9 l	144 kW/196 PS	S80
2) CVVT auslassseitig
Hubraumvariante	Leistung	Modelle
2,0 l Turbo	132 kW/180 PS	S60, V70, S80
3) CVVT ein- und auslassseitig
Hubraumvariante	Leistung	Modelle
2,5 l Turbo	154 kW/210 PS	S60, V70, S80, XC90
2,5 l Turbo	162 kW/220 PS	S40, V50
2,4 l Turbo	191 kW/260 PS	S60, V70
2,9 l Turbo	200 kW/272 PS	S80, XC90
2,5 l Turbo	220 kW/300 PS	S60 R, V70 R
4,4 l	232 kW/315 PS	XC90 V8