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Was klackert denn, wenn der Nasssumpfmotor beim Starten klackert?
#1
Übeltäter erster Wahl sind die Phasenversteller, die vorne auf den Einlass-Nockenwellen sitzen und diese relativ zum Steuerkettentrieb verdrehen. In diesem Bauteil wird mittels Öldruck ein Rotor mit 4 Armen, der auf der Nockenwelle fixiert ist, im Stator, der mit dem Kettenrad fixiert ist, hin und her gedreht. Beim Nasssumpfmotor handelt es sich um ein Niederdrucksystem 1), betrieben über den Öldruck der typischen Motor-Ölpumpe, im Gegensatz zum Hochdrucksystem beim Trockensumpfmotor mit 12 bis 14 bar 1), betrieben über eine separate Ölpumpe. Das Hochdrucksystem besitzt zudem einen Druckspeicher, das Niederdrucksystem nicht. Die Phasenversteller vom Nasssumpfmotor haben zudem zwei weitere Komponenten, die beim Klackern eine wichtige Rolle spielen: eine kräftige Spiralfeder und einen Sperrbolzen. Dazu später mehr.

Die Aufgabe der Phasenversteller:
- Im Leerlauf stehen die Phasenversteller auf maximal spät 1), Ein- und Auslassventile überschneiden sich nicht, es ergibt sich ein sauberer Leerlauf.
- Bei hohen Drehzahlen und Vollgas stehen die Phasenversteller ebenfalls wieder auf spät 1). Das späte Schließen der Einlassventile verbessert den Wirkungsgrad auf Grund der Trägheit der Luft bei diesen Drehzahlen.
- Nur im Drehzahl-Mittelbereich bei mittlerer bis hoher Last stehen die Phasenversteller auf früh 1).
Ein Magnetventil steuert das Öl zum Verstellen. Das Öl drückt den Rotor sowohl in Richtung früh als auch in Richtung spät, je nachdem wie die Ölleitungen durch das Magnetventil gepolt werden. Die jeweils nicht-druckbeaufschlagte Leitung entlässt das Öl in den Motorsumpf.

Auf Youtube habe ich ein beeindruckendes Video gefunden. Hier sieht man in Slow-Motion einen klackernden Phasenversteller, wenn auch von einem Fremdfabrikat. Der Rotor eiert im Stator hin und her, von einem Endanschlag zum anderen. So oder so ähnlich stelle ich mir die Quelle des Klackerns vor. Axiales Spiel war bei meinen klackernden Phasenverstellern jedenfalls nicht vorhanden.

Die Spiralfeder: Wozu diese Feder? Sie ist keine Rückstellfeder, die den Rotor in seine Ruheposition "spät" stellt. Ganz im Gegenteil. Diese Feder drückt den Rotor permanent in Richtung früh. Die Feder wirkt den hohen Reaktionskräften des Ventiltriebes entgegen 1). Wer schon einmal versucht hat, eine Nockenwelle bei entfernter Steuerkette gegen die Kraft einiger Ventilfedern zu verdrehen, weiß was gemeint ist. Ohne diese Spiralfeder wäre das Frühverstellen (in Drehrichtung) eine schwere Arbeit, für das Spätverstellen (gegen die Drehrichtung) dagegen würde minimaler Öldruck ausreichen. Die Spiralfeder gleicht dieses Ungleichgewicht aus. Da der Nassumpfmotor mit Niederdruck-Verstellung agiert, ist dieser Ausgleich unverzichtbar.

Was passiert im Ruhezustand: Vor dem Abstellen läuft der Motor lange genug im Leerlauf. Die Phasenversteller stehen auf maximal spät. Das Magnetventil steht stromlos ebenfalls auf spät. Der Öldruck geht bei stehendem Motor auf null. Alles steht still. Fast alles, nur nicht unbedingt die Nockenwellen. Die Spiralfedern drücken Rotor samt Nockenwelle in Richtung früh. Maximal verdrehen sich die Rotoren um 25 Grad. Das Öl in den Phasenverstellern befindet sich in den "späten" Kammern. Es kann über das Magnetventil welches ja auf spät steht, zurückgedrängt werden. Die Spiralfeder dreht so lange, bis eine der Ventilfedern genügend Widerstand bietet. Am nächsten Morgen würden dann die halb leeren Phasenversteller so lange rasseln, bis das Öl wieder zurück ist und zwar bei jedem Kaltstart, auch bei neuen und gesunden Motoren. Gäbe es da nicht die klugen Konstrukteure, die dagegen ein wirksames Gegenmittel gefunden haben. Nämlich...

die Sperrbolzen: In einem etwas dickeren Arm des Rotors ist ein federbelasteter Bolzen eingebaut. Im Endanschlag "spät" findet dieser Bolzen eine passende Bohrung im Stator. Seine Feder lässt den Bolzen einrasten. Der Rotor lässt sich nicht mehr bewegen und das im Prinzip jedes Mal, wenn man den Fuß vom Gaspedal nimmt. Wenn dann das Magnetventil Öl in die Früh-Kammern schickt, wird durch den Öldruck zusätzlich der Sperrbolzen über einen entsprechenden Kanal zurückgedrängt. Der Rotor dreht auf früh.

[Bild: Bild_1.jpg]
Bild 1: Phasenversteller von innen, in verrriegelter Stellung spät

[Bild: Bild_2.jpg]
Bild 2: Phasenversteller von innen, in Stellung früh
(A): Endanschlag
(B:) hier drin sitzt der Sperrbolzen

Da sowohl abends beim Abstellen als auch morgens beim Starten die Magnetventile auf spät stehen, müssten die Sperrbolzen die Rotoren so blockieren, dass ein Rasseln - wie in der Art in dem Youtube-Video - schlichtweg nicht möglich wäre. Rasselt es trotzdem, müsste zumindest einer der Sperrbolzen versagen.

Die Rückschlagventile: Wieso ergänzen findige Schrauber die Nockenwellenlager um Rückschlagventile? In den vorderen Lagerböcken der Nockenwellen - die obere Hälften der Nockenwellenlager - wird je ein Rückschlagventil unmittebar vor dem Magnetventil eingebaut, so dass das zugeführte Öl nicht mehr zurückfließen kann. Nur, von alleine wird das Öl sowieso nicht oder zumindest nicht viel davon zurück laufen. Das Rückschlagventil sitzt auf Höhe Oberkante Nockenwelle und die Kammern in den Phasenverstellern bilden eine Einbahnstraße die keine Luft von hinten nachströmen lassen kann. Aber selbst wenn ein Teil des Öls wieder retour verschwinden würde, wäre dies kein Problem, da ja die Sperrbolzen ein Rasseln verhindern würden.

Nur, wenn ein Sperrbolzen versagt, wird das Öl durch die Spiralfeder zurückgedrängt, der nicht arretierte Rotor rasselt am folgenden Morgen so lange, bis das Öl wieder zurück ist. Wäre in diesem Fall ein Rückschlagventil verbaut, würde dieses einen wirksamen Widerstand der Spiralfeder entgegen setzen. Der Rotor ist zwar trotzdem nicht verriegelt, das Öl ist aber noch da, die Kammern sind voll.

[Bild: Bild_3.jpg]
Bild 3: Stator abgenommen
(A): in dieses Loch verriegelt der Sperrbolzen
(B): aus diesem Kanal kommt das Öl zum Entriegeln
©: verschlissene Kante, der Sperrbolzen findet kaum mehr Halt gegen die Kraft der Spiralfeder

[Bild: Bild_4.jpg]
Bild 4: Sperrbolzen in Aktion, Rotor dabei ca. 1 cm angehoben

[Bild: Bild_5.jpg]
Bild 5: Einzelteile: Sperrbolzen - Feder dazu - Rotor

[Bild: Bild_6.jpg]
Bild 6: Spiralfeder mit ordentlich Bumms

Fazit:
Auf 100 Kilometer Autobahn rastet der Sperrbolzen vielleicht 10 mal ein und aus. Im Stadtverkehr vermutlich an jeder Kreuzung. Verschleiß an der Bohrung für den Sperrbolzen ist somit bestimmt nicht linear zur Kilometerleistung. Rückschlagventile reparieren zwar keine unwirksamen Sperrbolzen, mindern aber möglicherweise deren hörbaren Auswirkungen. Andere Tricks, wie etwa ein Additiv im Öl oder eine andere Viskosität können diesen Verschleiß weder stoppen noch dessen Auswirkungen hemmen.

Viele Grüße
Dieter

1) Quelle: Maserati Academy, Introduction to Maserati Volume 1, 2008 Edition.
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#2
Absolut genialer Beitrag, sehr anschaulich mit top Bilder die das Ganze noch verständlicher machen, auch wenn ich einen 3200 bewege herzlichen Dank für die Mühe.
Micha
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#3
TOP !!!
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#4
Das ist ja wirklich eine Maschinenbau-Vorlesung vom Feinsten!

Sehr informativ und erhellend auch für Leute wie mich, der ich glücklicherweise trocken im Sumpf sitze und für den die Geschichten von den Phasenverstellern immer ein böhmisches Dorf geblieben waren. Glowface

Vielen Dank!

Volker
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#5
Wow, ich liebe solche erhellenden Beiträge! Mein herzlichster Dank :)
---
"Der Quattroporte ist wie ein zweijähriges Kind: meistens nervt es, aber wenn es dir jemand wegnehmen will... wirst du zum Killer" J. Clarkson 2012
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#6
Top Beitrag Dieter!!
Sehr gut erklärt.
Vielen Dank!

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#7
Ob man nun Rückschlagventile nachrüstet oder nicht, muss jeder für sich selbst entscheiden. Ich habe nachgerüstet.
Hier ein Bild von den beiden Brücken, rechts und links, nach getaner Arbeit:

[Bild: Bild_7.jpg]
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#8
Hallo Dieter,
mein GT S Auto 2009 hat das gleiche Problem. Hast du dir gebrauchte Lagerbrücken besorgt? Auf dem Foto haben die Lagerflächen ja Laufspuren.

Gruß, Frank aus DAN
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#9
Gebrauchte Lagerbrücken halte ich für keine gute Idee.
Da wo die Ventile sitzen, versperren sie die Ölbohrung. Eine zusätzliche Bohrung muss deshalb hergestellt werden und danach der Durchmesser für das Ventil aufgebohrt werden.
Ich habe die Lagerbrücken und Ölkanäle per 3D-CAD abgebildet und so die perfekte Position für die neue Bohrung ermittelt. Hans, ein befreundeter Profi an der Fräsmaschine hat meine Vorgabe perfekt umgesetzt.
Ich habe somit die originalen Brücken drin.

Einzelne Brücken gibt es nicht als Ersatzteil zu kaufen. Nur zusammen mit dem Kopf.
Ich denke, die mechanische Bearbeitung der Lagersitze erfolgt in einem Arbeitsgang bei verschraubten Brücken.
Ein Fremdteil würde ich nicht verbauen.
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#10
Genialer Beitrag. Danke dafür! Nun habe ich endlich verstanden, was der Hintergrund des bekannten Problems ist.
Piemontverrückter Genussfahrer aus dem Taunus
———
Tipo M139 Sport GT Automatica (2007)
Jaguar XJ6 4.2 S2 (1978)
Jeep Wrangler YJ 4.0 (1994)
etc.
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