Der wichtigste Schritt zur Erreichung eines optimalen Gaswechselvorgangs eines Motors ist die Zylinderkopfbearbeitung. ( Ansaugkanäle, Brennraumform und Abgaskanäle ).
Dies ist notwendig um die bestmögliche Füllung zu erreichen. Welche gleichbedeutend ist mit einem maximalen Wirkungsgrad des Motors. Des weiteren ist dies die einzige Möglichkeit die gussbedingten Ungünstigkeiten der Strömungskanäle ( Einlass- wie Auslassseitig ) zu beheben. Ein weiterer wichtiger Aspekt welcher bei dieser Bearbeitung beachtet werden muß ist die Strömungsgeschwindigkeit. Sie muß den günstigsten Bedingungen angepasst werden. (nicht zu hoch da sonst die Strömung vom laminaren in den turbulenten Bereich übergeht, noch zu niedrig was einer unzureichende Füllung gleichzusetzen ist) Dabei ist auf die werksseitige Ausführungen der Zylinderköpfe einzugehen und die Wandstärken der günstigen Haltbarkeit nicht zu unterschreiten.
Die Größe der Ventil und ihre Formgebung müssen ebenfalls den bestmöglichen Strömungsbedingungen angepasst werden und sind für die optimale Verwirbelung der Ladung im Brennraum zu berechnen. Bei unzureichender Verwirblung kann es zu einer schleichenden Verbrennung kommen welche den Wirkungsgrad des Motors drastisch verringert ( dramatischer Leistungsabfall ) und zu einer erhöhten thermischen Belastung der Ventile und des Zylinderkopfes führt.
Wenn diese Grundvorraussetzungen für die gewünschte Strömung geschaffen wurden, muß sich auch mit der Steuerung der Gaswechselvorgänge beschäftigt werden. Das heißt mit dem Ventiltrieb.
Zu dem Ventiltrieb gehören folgende Bauteile eines Motors:
- Nockenwellen
- Nockenwellenräder
- Ventile
- Ventilfedern
- Ventilteller
- Ventilschäfte
- Stößel
Der wichtigeste Punkt bei dem Einbau einer neuen Nockenwelle ist deren Auslegung. Im Motorsport arbeiten wir auf Grund der neusten Erkenntnisse ausschließlich mit ruckfreien Nocken und einer hohen Ventilüberschneidung. Unter Ventilüberschneidung versteht man die Öffnung der Ein- und Auslassventile im OT. Mit Hilfe der Ventilüberschneidung kann man einem Motor, bei dem die Vorrausetzungen für eine Leistungssteigerung ansonsten vorhanden sind, auf vielfaches der Leistung bringen, die er mit normalen Steuerzeiten abgibt. Unter normalen Steuerzeiten versteht man die des Gebrauchsmotors, bei dem die Ventile im OT höchstens 1-2mm geöffnet sind. Der Grund für die Ventilüberschneidung ist die Ausspülung der im Brennraum verbliebenen Altgasmenge. Dabei gelangt gleichzeitig Frischgas in den Auspufftrakt und kühlt diesen. Dieses Frischgas wird bei richtig berechneten Steuerzeiten und einer Resonazabgasanlage wieder in den Brennraum zurückdrückt. Man erreicht dadurch eine höhere Füllung als es das Hubvolumen eigentlich volumetrisch zulassen würde.
Wie schon oben erwähnt ist ein weiterer entscheidender Umstand ,der die Zylinderfüllung beeinflusst, die Temperatur der Ladung zum Zeitpunkt der Entflammung. Sie sollte so gering wie möglich sein. Bekanntlich dehnt sich Luft pro °C um 1/273 ihres Volumens aus. Daran sieht man das sich das Volumen bei 273° verdoppelt hat, mit anderen Worten: es steht nur noch die halbe Menge Sauerstoffmoleküle pro Hub und damit die halbe Leistung zur Verfügung.
Doch zurück zum Ventiltrieb. Die Form der Nocken ( woraus die Ventilerhebungskurve folgt ) ist ebenfalls von ganz entscheidender Bedeutung für ein optimale Bewegung der Ventile und damit dem Zustandekommen einer optimalen Füllung. Damit das Ventil der vorgegebenen Nockenform folgt ist es von Nöten eine auf diese Beschleunigungswerte zugeschnittene Ventilfeder zu verwenden. Bei zu schwachen Federn verlässt das Ventil die Nockenbahn, springt höher auf und setzt dann schlagartig auf seinen Sitz auf, spring hoch ( dabei könnte es mit dem Kolben kollidieren und ein fataler Motorschaden wäre die Folge ) und verändert dadurch die Steuerzeit nachteilig. Im umgekehrten Fall, wenn die Feder zu straff ist , kommt es zu einem erhöhten Widerstand im Ventiltrieb welcher auch sehr ungünstig ist da er Leistung kostet. Die optimal Feder muß zu jeder Nockenform berechnet werden.
Des weiteren muß der Ventiltrieb bei Rennmotoren sehr drehzahlfest ausgelegt sein. Dies ist der Grund das im modernen Rennmotorenbau fast ausschließlich direkte Ventilsteuerungen über obenliegende Nockenwellen und Tassenstößel erfolgen. Sonst würde es durch die Trägheit und Elastizität des Ventiltriebes ( Stößelstangen oder Kipphebel … ) zu Verschiebung der Steuerzeiten kommen. Was eine optimale für Höchstleistungen notwendige Einstellung des Ventiltriebes wesentlich erschwert.
Zur Feineinstellung der optimalen Steuerzeiten bedient man sich ,bei Rennmotoren und Serienmotoren mit überdurchschnittlicher Leistung, verstellbarer Nockenwellenräder. Damit lassen sich die Steuerzeiten um wenige Grad verstellen. Diese Einstellarbeit führt zur Perfektion des Gaswechselvorgangs wenn alle weiteren Komponenten des Motors optimal abgestimmt sind ( sprich Ansaug- und Abgastrakt optimal zueinander passen ).
