Motorventil. Zweck, Gerät, Design

Damit ein Viertakt-Verbrennungsmotor eines Autos funktioniert, enthält sein Gerät viele verschiedene Teile und Mechanismen, die miteinander synchronisiert sind. Zu solchen Mechanismen gehört das Timing. Seine Funktion besteht darin, den rechtzeitigen Betrieb der Ventilsteuerung sicherzustellen. Was es ist, wird im Detail beschrieben hier.

Kurz gesagt, der Gasverteilungsmechanismus öffnet das Einlass- / Auslassventil zum richtigen Zeitpunkt, um den Zeitpunkt des Prozesses sicherzustellen, wenn ein bestimmter Hub im Zylinder ausgeführt wird. In einigen Fällen ist es erforderlich, dass beide Löcher geschlossen sind, in dem anderen Fall sind eines oder sogar beide offen.

Schauen wir uns ein Detail genauer an, mit dem Sie diesen Prozess stabilisieren können. Dies ist ein Ventil. Was ist das Besondere an seinem Design und wie funktioniert es?

Was ist ein Motorventil?

Das Ventil ist ein Metallteil, das im Zylinderkopf installiert ist. Es ist Teil des Gasverteilungsmechanismus und wird von einer Nockenwelle angetrieben.

Abhängig von der Modifikation des Autos hat der Motor ein unteres oder oberes Timing. Die erste Option ist noch in einigen alten Modifikationen von Aggregaten zu finden. Die meisten Hersteller haben längst auf die zweite Art von Gasverteilungsmechanismen umgestellt.

Der Grund dafür ist, dass ein solcher Motor einfacher einzustellen und zu reparieren ist. Zum Einstellen der Ventile reicht es aus, den Ventildeckel zu entfernen, und es ist nicht erforderlich, die gesamte Einheit zu zerlegen.

Zweck und Eigenschaften des Geräts

Das Ventil ist ein federbelastetes Element. In Ruhe schließt es das Loch fest. Wenn sich die Nockenwelle dreht, drückt der darauf befindliche Nocken das Ventil nach unten und senkt es ab. Dies öffnet das Loch. Die Nockenwellenanordnung ist ausführlich in beschrieben eine weitere Bewertung.

Jeder Teil spielt seine eigene Funktion, die für ein ähnliches Element in der Nähe strukturell nicht möglich ist. Es gibt mindestens zwei Ventile pro Zylinder. Bei teureren Modellen gibt es vier davon. In den meisten Fällen sind diese Elemente paarweise und öffnen verschiedene Gruppen von Löchern: Einige sind Einlass und andere Auslass.

Einlassventile sind für die Ansaugung eines frischen Teils des Luft-Kraftstoff-Gemisches in den Zylinder und bei Motoren mit Direkteinspritzung (eine Art Kraftstoffeinspritzsystem, wie beschrieben) verantwortlich hier) - das Frischluftvolumen. Dieser Vorgang erfolgt in dem Moment, in dem der Kolben den Einlasshub abgeschlossen hat (vom oberen Totpunkt aus bewegt er sich nach dem Entfernen des Auspuffs nach unten).

Die Auslassventile haben das gleiche Öffnungsprinzip, nur haben sie eine andere Funktion. Sie öffnen ein Loch zum Entfernen von Verbrennungsprodukten in den Abgaskrümmer.

Motorventil Design

Die betreffenden Teile sind in der Ventilgruppe des Gasverteilungsmechanismus enthalten. Zusammen mit anderen Details sorgen sie für eine zeitnahe Änderung der Ventilsteuerung.

Berücksichtigen Sie die Konstruktionsmerkmale von Ventilen und verwandten Teilen, von deren effektiver Betrieb abhängt.

Ventile

Die Ventile haben die Form einer Stange, auf deren einer Seite sich ein Kopf- oder Tellerelement und auf der anderen eine Ferse oder ein Ende befindet. Das flache Teil ist zum dichten Verschließen von Öffnungen im Zylinderkopf ausgelegt. Es erfolgt ein sanfter Übergang zwischen Becken und Stab, kein Schritt. Dadurch kann das Ventil rationalisiert werden, so dass kein Widerstand gegen die Flüssigkeitsbewegung entsteht.

Im selben Motor unterscheiden sich die Einlass- und Auslassventile geringfügig. Die ersten Arten von Teilen haben also eine breitere Platte als die zweite. Der Grund dafür ist die hohe Temperatur und der hohe Druck, wenn die Verbrennungsprodukte durch den Gasauslass entfernt werden.

Um die Teile billiger zu machen, bestehen die Ventile aus zwei Teilen. Sie unterscheiden sich in der Zusammensetzung. Diese beiden Teile werden durch Schweißen verbunden. Die Arbeitsfase der Auslassventilscheibe ist ebenfalls ein separates Element. Es wird aus einer anderen Metallart abgeschieden, die hitzebeständige Eigenschaften sowie Beständigkeit gegen mechanische Beanspruchung aufweist. Zusätzlich zu diesen Eigenschaften ist die Endfläche der Auslassventile weniger anfällig für Rostbildung. Dieses Teil in vielen Ventilen besteht zwar aus einem Material, das mit dem Metall identisch ist, aus dem die Platte besteht.

Die Köpfe der Einlasselemente sind normalerweise flach. Dieses Design hat die erforderliche Steifigkeit und einfache Ausführung. Verbesserte Motoren können mit konkaven Scheibenventilen ausgestattet werden. Diese Konstruktion ist etwas leichter als das Standardgegenstück, wodurch die Trägheitskraft verringert wird.

Was die Auspuffgegenstücke betrifft, so ist die Form ihres Kopfes entweder flach oder konvex. Die zweite Option ist effizienter, da sie aufgrund ihres optimierten Designs eine bessere Entfernung von Gasen aus der Brennkammer ermöglicht. Außerdem ist die konvexe Platte im Vergleich zum flachen Gegenstück haltbarer. Andererseits ist ein solches Element schwerer, wodurch seine Trägheit leidet. Diese Art von Teilen erfordert steifere Federn.

Auch die Spindelkonstruktion dieses Ventiltyps unterscheidet sich geringfügig von den Ansaugteilen. Um eine bessere Wärmeableitung vom Element zu gewährleisten, ist der Stab dicker. Dies erhöht den Widerstand gegen starke Erwärmung des Teils. Diese Lösung hat jedoch einen Nachteil - sie erzeugt eine größere Beständigkeit gegenüber den entfernten Gasen. Trotzdem verwenden die Hersteller diese Konstruktion immer noch, da das Abgas unter starkem Druck abgegeben wird.

Heute gibt es eine innovative Entwicklung von zwangsgekühlten Ventilen. Diese Modifikation hat einen hohlen Kern. Flüssiges Natrium wird in seinen Hohlraum gepumpt. Diese Substanz verdunstet bei starker Erwärmung (in der Nähe des Kopfes). Infolge dieses Prozesses absorbiert das Gas Wärme von den Metallwänden. Wenn es nach oben steigt, kühlt das Gas ab und kondensiert. Die Flüssigkeit fließt zur Basis hinunter, wo der Vorgang wiederholt wird.

Damit die Ventile die Dichtheit der Schnittstelle gewährleisten, wird im Sitz und auf der Scheibe eine Fase ausgewählt. Es wird auch mit einer Abschrägung gearbeitet, um den Schritt zu beseitigen. Beim Einbau der Ventile in den Motor werden sie gegen den Kopf gerieben.

Die Dichtheit der Sitz-Kopf-Verbindung wird durch Flanschkorrosion beeinträchtigt, und die Auslassteile leiden häufig unter Kohlenstoffablagerungen. Um die Lebensdauer des Ventils zu verlängern, sind einige Motoren mit einem zusätzlichen Mechanismus ausgestattet, der das Ventil bei geschlossenem Auslass leicht dreht. Dies entfernt die resultierenden Kohlenstoffablagerungen.

Manchmal bricht der Ventilschaft. Dadurch fällt das Teil in den Zylinder und beschädigt den Motor. Bei einem Ausfall reicht es aus, wenn die Kurbelwelle einige Trägheitsumdrehungen ausführt. Um dies zu verhindern, können Hersteller von Autoventilen das Teil mit einem Sicherungsring ausstatten.

Ein wenig über die Eigenschaften der Ventilferse. Dieser Teil ist einer Reibungskraft ausgesetzt, da er vom Nockenwellennocken beeinflusst wird. Damit sich das Ventil öffnet, muss der Nocken es mit genügend Kraft nach unten drücken, um die Feder zusammenzudrücken. Dieses Gerät muss ausreichend geschmiert sein und ist gehärtet, damit es sich nicht schnell abnutzt. Einige Motorkonstrukteure verwenden spezielle Kappen, um den Verschleiß der Stange zu verhindern. Diese bestehen aus Materialien, die gegen solche Belastungen beständig sind.

Um zu verhindern, dass das Ventil während des Erhitzens in der Hülse stecken bleibt, ist der Teil des Schafts in der Nähe des Beckens etwas dünner als der Teil in der Nähe der Ferse. Um die Ventilfeder zu befestigen, sind am Ende der Ventile (in einigen Fällen eine) zwei Nuten angebracht, in die die Cracker des Trägers eingesetzt werden (eine feste Platte, auf der die Feder ruht).

Ventilfedern

Die Feder beeinflusst den Wirkungsgrad des Ventils. Es wird benötigt, damit Kopf und Sitz eine enge Verbindung herstellen und das Arbeitsmedium nicht durch die geformte Fistel dringt. Wenn dieser Teil sehr steif ist, nutzt sich der Nockenwellennocken oder die Ferse des Ventilschafts schnell ab. Andererseits kann eine schwache Feder keinen festen Sitz zwischen den beiden Elementen gewährleisten.

Da dieses Element unter Bedingungen sich schnell ändernder Lasten arbeitet, kann es brechen. Antriebsstranghersteller verwenden verschiedene Arten von Federn, um schnelle Ausfälle zu vermeiden. In einigen Fällen werden doppelte Typen installiert. Diese Modifikation reduziert die Belastung eines einzelnen Elements und erhöht dadurch dessen Lebensdauer.

Bei dieser Konstruktion haben die Federn eine andere Drehrichtung. Dies verhindert, dass Partikel des gebrochenen Teils zwischen die Windungen des anderen gelangen. Zur Herstellung dieser Elemente wird Federstahl verwendet. Nachdem sich das Produkt gebildet hat, wird es getempert.

An den Kanten ist jede Feder so geschliffen, dass das gesamte Lagerteil den Ventilkopf und die am Zylinderkopf befestigte obere Platte berührt. Um zu verhindern, dass das Teil oxidiert, wird es mit einer Cadmiumschicht beschichtet und verzinkt.

Zusätzlich zu den klassischen Steuerventilen kann in Sportfahrzeugen ein pneumatisches Ventil eingesetzt werden. Tatsächlich ist dies das gleiche Element, nur dass es durch einen speziellen pneumatischen Mechanismus in Bewegung gesetzt wird. Dank dessen wird eine solche Betriebsgenauigkeit erreicht, dass der Motor unglaubliche Umdrehungen entwickeln kann - bis zu 20.

Eine solche Entwicklung trat bereits in den 1980er Jahren auf. Es trägt zu einem genaueren Öffnen / Schließen der Löcher bei, die keine Feder bieten kann. Dieser Aktuator wird mit Druckgas in einem Vorratsbehälter über dem Ventil angetrieben. Wenn der Nocken auf das Ventil trifft, beträgt die Aufprallkraft ungefähr 10 bar. Das Ventil öffnet sich und wenn die Nockenwelle den Aufprall auf die Ferse schwächt, bringt das Druckgas das Teil schnell an seinen Platz zurück. Um einen Druckabfall aufgrund möglicher Undichtigkeiten zu vermeiden, ist das System mit einem zusätzlichen Kompressor ausgestattet, dessen Vorratsbehälter einen Druck von ca. 200 bar hat.

James Ellison, PBM Aprilia, CRT-Test Jerez Februar 2012

Dieses System wird in Motorrädern der MotoGP-Klasse eingesetzt. Dieser Transport mit einem Liter Motorvolumen kann 20-21 Tausend Kurbelwellenumdrehungen entwickeln. Ein Modell mit einem ähnlichen Mechanismus ist eines der Aprilia-Motorradmodelle. Seine Leistung betrug unglaubliche 240 PS. Das ist zwar zu viel für ein Zweirad.

Ventilführungen

Die Rolle dieses Teils beim Betrieb des Ventils besteht darin, sicherzustellen, dass es sich in einer geraden Linie bewegt. Die Hülse hilft auch, die Stange zu kühlen. Dieser Teil muss ständig geschmiert werden. Andernfalls wird die Stange einer konstanten thermischen Belastung ausgesetzt und die Hülse nutzt sich schnell ab.

Das Material, das zur Herstellung solcher Buchsen verwendet werden kann, muss hitzebeständig sein, konstanter Reibung standhalten, Wärme vom angrenzenden Teil gut abführen und auch hohen Temperaturen standhalten. Solche Anforderungen können durch perlitgraues Gusseisen, Aluminiumbronze, Keramik mit Chrom oder Chrom-Nickel erfüllt werden. Alle diese Materialien haben eine poröse Struktur, wodurch Öl auf ihrer Oberfläche zurückgehalten wird.

Die Buchse für das Auslassventil hat zwischen dem Schaft etwas mehr Spiel als das Einlassäquivalent. Der Grund dafür ist die größere Wärmeausdehnung des Abgasentfernungsventils.

Ventilsitze

Dies ist der Kontaktabschnitt der Zylinderkopfbohrung in der Nähe jedes Zylinders und jeder Ventilscheibe. Da dieser Teil des Kopfes mechanischen und thermischen Belastungen ausgesetzt ist, muss er eine gute Beständigkeit gegen hohe Hitze und häufige Stöße aufweisen (wenn das Auto schnell fährt, ist die Nockenwellendrehzahl so hoch, dass die Ventile buchstäblich in den Sitz fallen).

Wenn der Zylinderblock und sein Kopf aus einer Aluminiumlegierung bestehen, bestehen die Ventilsitze notwendigerweise aus Stahl. Gusseisen kommt mit solchen Belastungen bereits gut zurecht, so dass der Sattel in dieser Modifikation im Kopf selbst hergestellt wird.

Steckbare Sättel sind ebenfalls erhältlich. Sie bestehen aus legiertem Gusseisen oder hitzebeständigem Stahl. Damit sich die Fase des Elements nicht so stark abnutzt, erfolgt die Schichtung von hitzebeständigem Metall.

Der Einsatzsitz ist auf unterschiedliche Weise in der Kopfbohrung befestigt. In einigen Fällen wird es eingedrückt und im oberen Teil des Elements wird eine Nut hergestellt, die während der Installation mit dem Metall des Kopfkörpers gefüllt wird. Dies schafft die Integrität der Baugruppe aus verschiedenen Metallen.

Der Stahlsitz wird durch Aufweiten der Oberseite im Kopfkörper befestigt. Es gibt zylindrische und konische Sättel. Im ersten Fall sind sie am Anschlag montiert und der zweite hat einen kleinen Endspalt.

Anzahl der Ventile im Motor

Ein Standard-4-Takt-Verbrennungsmotor hat eine Nockenwelle und zwei Ventile pro Zylinder. Bei dieser Konstruktion ist ein Teil für die Einspritzung eines Luftgemisches oder nur von Luft verantwortlich (wenn das Kraftstoffsystem eine Direkteinspritzung hat), und der andere Teil ist für die Entfernung von Abgasen in den Abgaskrümmer verantwortlich.

Effizienterer Betrieb bei der Motormodifikation, bei der es vier Ventile pro Zylinder gibt - zwei für jede Phase. Dank dieser Konstruktion wird eine bessere Befüllung der Kammer mit einem neuen Teil VTS oder Luft sowie eine beschleunigte Entfernung von Abgasen und Belüftung des Zylinderhohlraums sichergestellt. Ab den 70er Jahren des letzten Jahrhunderts wurden Autos mit solchen Motoren ausgestattet, obwohl die Entwicklung solcher Einheiten in der ersten Hälfte der 1910er Jahre begann.

Um den Betrieb von Aggregaten zu verbessern, gibt es bisher eine Motorenentwicklung mit fünf Ventilen. Zwei für den Auslass und drei für den Einlass. Ein Beispiel für solche Einheiten sind die Modelle des Volkswagen-Audi-Konzerns. Obwohl das Funktionsprinzip des Zahnriemens bei einem solchen Motor identisch mit den klassischen Versionen ist, ist die Konstruktion dieses Mechanismus kompliziert, weshalb innovative Entwicklungen teuer sind.

Einen ähnlich unkonventionellen Weg geht auch der Automobilhersteller Mercedes-Benz. Einige Motoren dieses Autoherstellers sind mit drei Ventilen pro Zylinder (2 Einlass, 1 Auslass) ausgestattet. Zusätzlich sind in jeder Kammer des Topfes zwei Zündkerzen verbaut.

Der Hersteller bestimmt die Anzahl der Ventile anhand der Größe der Kammer, in die Kraftstoff und Luft eintreten. Um die Füllung zu verbessern, muss ein besserer Zufluss des frischen Teils von BTC sichergestellt werden. Dazu können Sie den Durchmesser des Lochs und damit die Größe der Platte vergrößern. Diese Modernisierung hat jedoch ihre eigenen Grenzen. Es ist jedoch durchaus möglich, ein zusätzliches Einlassventil einzubauen, weshalb die Autohersteller genau solche Zylinderkopfmodifikationen entwickeln. Da die Einlassgeschwindigkeit wichtiger ist als der Auslass (der Auslass wird unter dem Druck des Kolbens entfernt), gibt es bei einer ungeraden Anzahl von Ventilen immer mehr Einlasselemente.

Woraus bestehen Ventile?

Da die Ventile unter Bedingungen maximaler Temperatur und mechanischer Beanspruchung arbeiten, bestehen sie aus Metall, das gegen solche Faktoren beständig ist. Der Kontaktort zwischen Sitz und Ventilscheibe erwärmt sich vor allem und trifft auch auf mechanische Beanspruchung. Bei hohen Motordrehzahlen sinken die Ventile schnell in die Sitze und verursachen einen Stoß an den Kanten des Teils. Auch bei der Verbrennung eines Gemisches aus Luft und Kraftstoff werden die dünnen Kanten der Platte einer scharfen Erwärmung ausgesetzt.

Neben der Ventilscheibe werden auch die Ventilhülsen belastet. Die negativen Faktoren, die zu Verschleiß an diesen Elementen führen, sind unzureichende Schmierung und konstante Reibung bei schnellen Ventilbewegungen.

Aus diesen Gründen werden folgende Anforderungen an Ventile gestellt:

1. Sie müssen den Einlass / Auslass abdichten;
2. Bei starker Erwärmung dürfen sich die Kanten der Platte nicht durch Stöße auf den Sattel verformen.
3. Muss gut rationalisiert sein, damit kein Widerstand gegen das eingehende oder ausgehende Medium entsteht.
4. Das Teil sollte nicht schwer sein;
5. Das Metall muss zäh und haltbar sein;
6. Sollte nicht stark oxidiert werden (wenn das Auto selten fährt, sollten die Kanten der Köpfe nicht rosten).

Der Teil, der das Loch in Dieselmotoren geöffnet hat, erwärmt sich auf 700 Grad und in Benzinanaloga auf 900 Grad über Null. Die Situation wird durch die Tatsache kompliziert, dass bei so starker Erwärmung das offene Ventil nicht abkühlt. Das Auslassventil kann aus jedem hochlegierten Stahl bestehen, der hoher Hitze standhält. Wie bereits erwähnt, besteht ein Ventil aus zwei verschiedenen Metallarten. Der Kopf besteht aus Hochtemperaturlegierungen und der Schaft aus Kohlenstoffstahl.

Die Ansaugelemente werden durch Kontakt mit dem Sitz gekühlt. Trotzdem ist auch ihre Temperatur hoch - etwa 300 Grad, so dass es nicht erlaubt ist, dass sich das Teil beim Erhitzen verformt.

Chrom ist häufig im Rohstoff für Ventile enthalten, was die thermische Stabilität erhöht. Bei der Verbrennung von Benzin, Gas oder Dieselkraftstoff werden einige Substanzen freigesetzt, die Metallteile (z. B. Bleioxid) aggressiv beeinflussen können. Nickel-, Mangan- und Stickstoffverbindungen können im Ventilkopfmaterial enthalten sein, um nachteilige Reaktionen zu verhindern.

Und schlussendlich. Es ist für niemanden ein Geheimnis, dass in einem Motor im Laufe der Zeit die Ventile durchbrennen. Hier ist ein kurzes Video über die Gründe dafür:

GRÜNDE, DIE VENTILE IN EINEM AUTOMOTOR AUSBRENNEN 95% der Fahrer WUSSTEN ES NICHT

Fragen und Antworten:

Was machen Ventile in einem Motor? Beim Öffnen lassen die Einlassventile Frischluft (oder Luft/Kraftstoff-Gemisch) in den Zylinder strömen. Geöffnete Auslassventile führen die Abgase zum Abgaskrümmer.

Wie kann man verstehen, dass die Ventile durchgebrannt sind? Ein wesentliches Merkmal ausgebrannter Ventile ist die dreifache Bewegung des Motors unabhängig von der Drehzahl. Gleichzeitig wird die Motorleistung dezent reduziert und der Kraftstoffverbrauch steigt.

Welche Teile öffnen und schließen die Ventile? Der Ventilschaft ist mit den Nockenwellen verbunden. Bei vielen modernen Motoren sind zwischen diesen Teilen auch Hydrostößel verbaut.