Die SV-Ventilsteuerung (Side Valves)

Die SV-Ventilsteuerung (Side Valves) oder Seitenventil-Anordnung bezeichnet eine Bauweise beim Viertaktmotor, bei der die Ventile seitlich neben den Zylindern angeordnet sind. Für diese Bauweise wird auch die Bezeichnung stehende Ventile verwendet, im angelsächsischen Sprachraum dominiert die Bezeichnung Flathead, worin die besonders niedrige Bauform des Zylinderkopfes zum Ausdruck kommt. Charakteristisches Merkmal eines SV-Motors ist, dass der Zylinderkopf keine Teile des Ventiltriebs enthält; auf den ersten Blick sind deshalb SV-Motoren mit Zweitaktmotoren verwechselbar.


Seitenventiler-Motor der Norton 16H

Von einem T-Kopf-Motor spricht man, wenn die Ventile einander gegenüberstehen – auf beiden Seiten des Kolbens. Bei einem L-Kopf-Motor hingegen befinden sich die Ventile dicht nebeneinander – auf derselben Seite des Kolbens; Motoren mit T-Kopf haben zwei untenliegende Nockenwellen.


Seitenventiler-Motor der BMW R 42


Zylinder mit stehenden Ventilen

Bilderläuterungen

Das obere Bild zeigt einen Norton-Motor des meistgebauten Typs 16H. Die britische Armee nutzte ihn mit einigen hunderttausend gebauten Maschinen im Zweiten Weltkrieg. Die Ventilschäfte sind hinter der silbernen Gehäusekappe mit dem Schriftzug „Norton“ am Zylinder verborgen. Der kleine dunkle Hebel ist der Dekompressionshebel, richtiger, ein Ventilausheber: Er erlaubt das Offenhalten des Auslassventiles per Hand, um den Startvorgang zu erleichtern.

Das mittlere Bild zeigt den offenen Ventiltrieb des Motorrades BMW R 42 aus den 1920er Jahren. Die mittig über der Kurbelwelle liegende Nockenwelle betätigt über Stößel die offenliegenden Ventile (über dem Zylinder, links oberhalb des Auspuffrohres). Auch die Ventilfedern sind offenliegend. Wegen der hier kleineren Zylinderhubräume (je 250 cm³) wird keine Dekompressionseinrichtung für den Motorstart benötigt.

Das untere Bild zeigt einen Zylinder mit Kolben und Ventilen. Die Ventile liegen nebeneinander und können so von einer unten liegenden Nockenwelle betätigt werden.
Historisches

Die Notwendigkeit der Gaswechselsteuerung von Kreisprozess-Motoren ist so alt wie die Dampfmaschine. Das Schieber-System der Dampfmaschine eignet sich jedoch nicht zum Steuern brennbarer Gase. Daher musste Nikolaus August Otto für den Viertaktmotor etwas anderes bauen: einen Gaswechsel mit Ventilen, die den Arbeitsraum mit frischen Gasen gesteuert zu füllen erlauben und den Arbeitsraum von den verbrannten Gasen zu leeren gestatten. In den frühen Tagen der Motorentechnik war es üblich, nur das Auslassventil zu steuern, genauer: gegen den Schließdruck einer Feder zu öffnen, während man über ein federbelastetes „automatisches“ Ventil den Zutritt von Frischgas ermöglichte: das „Schnüffelventil“. Schnell zeigte sich jedoch, dass der Kraftbedarf, mittels des Ansaugens zusätzlich die Federkraft des Schnüffelventils zu überwinden, einer guten Leistungsausbeute erheblich im Wege stand. So ging man zum gesteuerten Einlassventil über, das aus den anfänglichen Steigstrom-Spritzdüsen-Vergasern nach Patent Maybach eine Gasführung „von unten nach oben“ zum Zylinderkopf logisch mit einem Einlassventil verband, das den abdichtenden Teller „oben“ hat und seine Betätigung unten durch den Nocken auf der Nockenwelle, die nah von der Kurbelwelle angetrieben wird. Dieses ist das SV-Arbeitsprinzip.

Aufgrund der Nachteile (s. u.) wurden recht schnell auch für den Sporteinsatz leistungsfähigere Verbrennungsraum-Gestaltungen angestrebt, die das Verlegen der Ventile „nach oben“ in den Zylinderkopf erfordern, und eine komplexere Betätigung, sei es mittels Stoßstangen (OHV), oder sei es mit obenliegender Nockenwelle (OHC). Diese Bauarten sind jedoch deutlich bauaufwendiger, weshalb sie über ca. drei Jahrzehnte dem Sport und dem zahlungskräftigeren Publikum vorbehalten blieben.

Eine Zwischenlösung blieb der Versuch, die Ventile mit ihren Tellern im Verbrennungsraum gegeneinander anzuordnen, meist in einer Linie, bei der das Auslassventil unten wie in der SV-Anordnung liegt und das Einlassventil ihm gegenüber im Zylinderkopf, und dort mit einer einzelnen Stoßstange und Umlenkung über Kipphebel betätigt wird. Daher die englische Bezeichnung hierfür: „Inlet over Exhaust“, Einlass(ventil) überm Auslass(ventil), IOE.

SV-Motoren kamen von 1900 bis Ende der 1950er Jahre zum Einsatz. Letzter deutscher Pkw mit einem solchen Motor war der bis 1962 produzierte Taunus 12M von Ford. Im Fahrzeugbau wurden seitengesteuerte Motoren bis auf wenige Ausnahmen von OHV- und OHC-Motoren abgelöst. Bekannte Beispiele für die SV-Bauart sind der Ford V8 von 1932 bis 1952 (mit anfangs 90 PS) und die meisten Motorräder der 1930er und 1940er Jahre. Auch heute noch wird der SV-Ventiltrieb in einige Gespann-Motorradmodelle aus russischer (Dnepr, Ural) und chinesischer Fertigung (Donghai, Chang Jiang) verbaut: Diese Motorräder sind weiterentwickelte Kopien der 750er BMW-Motorräder der 1930er Jahre (BMW R 71).

Vor- und Nachteile
Vorteile


Continental A-40, luftgekühlter, seitengesteuerter, vierzylindriger Flugzeug-Boxermotor aus den 1930er Jahren

Da die Ventile eines SV-Motors von der Nockenwelle nur über kurze Stößel betätigt werden und die Nockenwelle wiederum über einen einfachen Stirnradsatz oder eine kurze Steuerkette angetrieben wird, hat der Ventiltrieb nur wenige Einzelteile. Für den Ölumlauf ist keine eigene Pumpe nötig, weil alle beweglichen Teile im Kurbelgehäuse sind. SV-Motoren fallen kompakt aus, weil der Zylinderkopf keine Teile des Ventiltriebs enthält. Die Fertigung der Motoren ist durch die geringere Anzahl an Teilen günstig. Beide Kriterien machen diese Bauart heute noch bei Kleinmotoren für Stromerzeuger, Bewässerungspumpen, Rasenmäher und (seltener) Motorsägen beliebt.

Dank der langsamen Verbrennung des Brennstoffgemischs im Zylinder, wie auch der geringeren Zahl der beweglichen Teile zeichnen sich SV-Motoren durch einen ruhigeren Lauf als „obengesteuerte“ (OHV/OHC) Motoren aus. Wegen der wenig strömungsgünstigen Führung der Ansaug- und Abgase hat diese Motorenbauart bei höherer Drehzahl wenig Drehmoment, das heißt eine flachere Leistungskurve, was tendenziell Getriebe mit einer kleineren Gangzahl erfordert. Somit ist sowohl eine günstigere Lösung bei manueller Gangschaltung möglich, wie auch eine gute Eignung für Automatikgetriebe gegeben.

Obwohl bereits lange vor dem Zweiten Weltkrieg das Know-How für OHV- und OHC-Motoren vorhanden war, wurden primär SV-Motoren gebaut. Grund war der geringere zu erwartende Schaden durch ein infolge schlechter Materialqualität abgerissenes Ventil. Dieses konnte in der Regel nicht in den Zylinder fallen und dort den Kolbenboden beschädigen.


Zerklüfteter Brennraum beim seitengesteuerten Motor

Nachteile

Durch die größere Dichtfläche zwischen Zylinder und Zylinderkopf ist die Gefahr von Dichtungsproblemen höher als bei Motoren mit hängenden Ventilen. Auch ist die längliche, zerklüftete Brennraumform recht weit vom kugelförmigen Ideal entfernt. Die Folge ist, dass das Gasgemisch länger braucht, um zu verbrennen. Das ergibt geringe Maximaldrehzahlen, verhältnismäßig niedrige Literleistungen und höheren Treibstoffverbrauch mit relativ schlechten Abgaswerten, namentlich Kohlenstoffmonoxid und Kohlenwasserstoffe (CmHn), wie auch Rußbildung. Bei Ricardo-Köpfen sind diese Nachteile gemindert, der Brennraum ist kompakter, weil der Zylinderkopf über dem Kolben mit einer Stufe („Quetschkante“) versehen wird. Zum Schmieren der Ventilschäfte muss, falls eine Schmierung anderweitig nicht möglich ist, dem Kraftstoff Obenöl zugemischt werden, das ebenfalls zum erhöhten CmHn-Schadstoffanteil im Abgas beiträgt. Der Kolbenboden wird nicht direkt vom einströmenden Benzin-Luftgemisch gekühlt. Der Kolben ist deshalb höheren thermischen Belastungen ausgesetzt, womit das Leistungssteigerungspotenzial ebenfalls limitiert ist. Auch wegen der erforderlichen Mindesthöhe über den Ventilen sind der Steigerung der Leistung und der energetischen Effizienz durch höhere Verdichtung Grenzen gesetzt.

Siehe auch

Ventilsteuerung
Themenliste Fahrzeugtechnik

Quelle