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Die Phasenverschiebung zwischen Antriebsrad und Nockenwelle bewerkstelligt ein Hydraulikelement mit radialen Flügelzellen, die bei steigendem Öldruck gegen eine definierte Federkraft gefüllt werden und so die Nockenwelle im Verhältnis zu ihrem Antriebsrad gegen die Laufrichtung verdrehen. Dieser Flügelzellensteller wird auch als Schwenkmotor bezeichnet und erreicht einen Verstellwinkel von ca. 11° bis 35°, (entsprechend dem doppelten Winkel an der Kurbelwelle). Die Beschränkung bis ca. 35 Grad hat mit vor allem den nötigen Volumina der Zellen zu tun.

Entwicklung unter Hochdruck

Doch nicht allein die Voreilung bleibt bei den hydraulischen Verstellern beschränkt, auch ihre Geschwindigkeit und die Abhängigkeit von Öldruck und Volumenstrom sind limitierende Faktoren. Unter anderem bei Ovalo, Delphi („E-Phaser“), Schaeffler („EVCP“, Electromotive Variable Camshaft Phasing von AFT Atlas Fahrzeugtechnik GmbH und INA Schaeffler KG) und anderen Zulieferern und Herstellern wird daher mit Hochdruck an einer elektromotorischen Nockenwellenverstellung gearbeitet. Sie könnte bald in Serie gehen, Delphi verspricht einen Produktionsbeginn 2015, wir erwarten sie spätestens 2016/17, wenn der NEFZ durch den realitätsnäheren WLTP-Fahrzyklus abgelöst werden soll. Ob der Fahrzyklus dann kommt, erfahren wir nächstes Jahr, wenn ihn die Mitgliedsstaaten beschließen müssen. Warum nun also elektrisch?

Schneller ohne Öl

Die Hydraulik stößt vor allem unterhalb der Betriebstemperatur an Grenzen bei der Regelgeschwindigkeit. Das beim Kaltstart des Motors zähflüssige Schmiermittel bremst die Verstellgeschwindigkeit zu stark. Das ist aus heutiger Sicht noch ein Schönheitsfehler. Drängender dürfte das Problem träger Verstellorgane werden, wenn neue Fahrzyklen Verbrauch und Abgasgüte (besonders im Bereich der HC-Emission) bereits in der Kaltlaufphase erfassen. Dann sollten Nockenwellensteller eine exakte Regelung bereits ab Motorstart beherrschen. Diese exakte und schnelle Regelbarkeit (Ovalo verspricht: „Werte über 400°/sec sind problemlos umsetzbar“) wird von den Ingenieuren bei Delphi überdies als Voraussetzung gesehen, bei einem der neuen (homogenen) Brennverfahren wie Controlled Auto Ignition (CAI), Homogeneous Charge Combustion Ignition (HCCI) und Gasoline Direct Injection Compression Ignition (GDCI) einen schnellen Wechsel zwischen den verschiedenen Verbrennungszuständen hinzubekommen.

Voraussetzung für Homogenbetrieb

Weitere Pluspunkte: Da zur Phasenverstellung Energie nötig ist, ergibt sich ein Verbrauchsvorteil gegenüber der hydraulischen Verstellung, für die über eine entsprechend groß dimensionierte Ölpumpe dauerhaft Druck und Volumenstrom (gegen die Rückstellfeder) vorgehalten werden muss. Zudem kann die Verstellmöglichkeit bei stehendem Verbrennungsmotor genutzt werden, beispielsweise kann bei Stopp-Start-Systemen die für den Motorstart optimale Stellung vorher angefahren werden.