Ventily

Předměty:

obecný
Materiál
Ventily plněné sodíkem
Vodítka ventilů
Různé typy ovládání ventilů
Ventilový mechanismus s nepřímým ovládáním ventilu
Ventilový mechanismus s přímým ovládáním ventilu
Nastavte vůli ventilů
Víceventilová technologie
Variabilní časování ventilů a zdvih ventilů

Obecné:
V každém spalovacím motoru jsou ventily. Vždy je zde alespoň jeden vstupní a jeden výstupní ventil. Tyto ventily jsou poháněny jedním nebo více vačkovými hřídeli přes rozvod a zajišťují, že do spalovacího prostoru může proudit čerstvý vzduch, vzduch se pak při kompresi zachytí a následně může spalovací prostor opustit. Proudění vstupních a výfukových plynů musí probíhat s co nejmenším odporem.
Pro tento účel jsou materiály co nejlépe tvarovány.
Ventily jsou namontovány v hlavě válců. Vstupní ventil je často větší než výfukový, protože do válce se musí dostat co nejvíce směsi. Výfukový ventil by měl být menší, protože spálené výfukové plyny odcházejí z válce po výfukovém zdvihu, kdy píst vytlačuje plyny ven z válce.

Jako příklad si vezmeme čtyřdobý proces zážehového motoru. Při sacím zdvihu motoru se otevře sací ventil a u nepřímo vstřikovaného benzínového motoru je nasávána směs vzduchu a paliva, u benzínového motoru s přímým vstřikem pouze čerstvý vzduch . Vzduch je nasáván, protože se píst pohybuje směrem dolů. Vzduch, který proudí dovnitř, zabírá prostor, který je k dispozici. Když se píst opět posune nahoru, vstupní ventil se uzavře. Směs paliva a vzduchu nyní nemá kam jít a je stlačena. Toto se nazývá kompresní zdvih. Proto je důležité, aby se ventily správně uzavíraly. Směs se vznítí, když zapalovací svíčka vytvoří jiskru. Píst je tedy tlačen dolů značnou silou. Toto se nazývá silový zdvih.
Během výfukového zdvihu se výfukový ventil otevře a píst se pohybuje nahoru. Spálené plyny nyní opouštějí válec a jdou do výfuku. Když je píst nahoře, výfukový ventil se uzavře a sací ventil se otevře. Píst se opět posune dolů a následuje sací zdvih. Ve skutečnosti se vstupní ventil otevírá o něco dříve, takže vstupní a výstupní ventily jsou na krátkou dobu otevřeny současně. Toto se nazývá „překrytí ventilů“. Rychlost spalovaných plynů, které opouštějí válec přes výfukový ventil, vytváří podtlak, který způsobuje extra přitahování nasávaného vzduchu. Do válce tak může proudit více vzduchu, než kdyby se otevřel pouze sací ventil a píst se pohyboval směrem dolů. Hladina plnění se tak zlepší.

Podrobnější vysvětlení procesu čtyřtaktů naleznete na stránce „Provoz benzínového motoru".

Materiál:
Ventily jsou silně zatížené. Zejména výfukové ventily, protože se extrémně zahřívají a nedají se dobře chladit. Sací ventily jsou částečně chlazeny studeným nasávaným vzduchem, který vstupuje do válce. Spálené výfukové plyny proudí kolem výfukových ventilů o teplotě až 900 stupňů Celsia. Proto jsou také výfukové ventily vyrobeny z jiného materiálu než sací ventily. Vstupní ventily jsou často vyrobeny z chromonniklové oceli. Výfukové ventily jsou často vyrobeny z chrom-křemíkové oceli. Pro omezení opotřebení v důsledku vysokých teplot jsou vnější okraje kotouče ventilu (těsnicí plocha) a vřetena ventilu pancéřovány vrstvou karbidové slitiny (stelitu). Ventily odvádějí většinu tepla přes kotouč ventilu a dřík ventilu. Ventily plněné sodíkem mají ještě lepší odvod tepla.

Ventily plněné sodíkem:
Výfukové ventily jsou uvnitř duté. Dutý prostor je přibližně z 60 % vyplněn sodíkem. Sodík je kov, který se stává kapalným při vysoké teplotě (přibližně od 100 stupňů Celsia). Když motor běží, ventil často jde nahoru a dolů. Sodík ve ventilu neustále hází sem a tam a přenáší tak teplo. Sodík absorbuje teplo z disku ventilu a uvolňuje ho do dříku ventilu. S ventily plněnými sodíkem můžete dosáhnout poklesu teploty o 80 až 100 stupňů ve srovnání s ventily nenaplněnými sodíkem.
Sací ventily to nepotřebují, protože jsou již chlazeny přiváděným vzduchem.

Na obrázku šedý povrch představuje materiál a červená část představuje dutinu naplněnou sodíkem.

Vodítka ventilů:
Ventily se pohybují nahoru a dolů v hlavě válců. Mezi ventilem a hlavou válců musí být dobré těsnění, aby z hlavy válců nemohl proudit olej podél dříku ventilu do sacího nebo výfukového kanálu. Mezi ventilem a vedením ventilu je vždy malý olejový film pro mazání. Vedení ventilu je na obrázku znázorněno oranžově.

Pokud z výfuku vychází modrý kouř, může to být způsobeno vadnými vodítky ventilů. Je možné, že se vodítka ventilů rozšířila (viz obrázek níže), takže ventil má dokonce vůli v hlavě válců. V této situaci může olej unikat kolem ventilu do sacího nebo výfukového kanálu. V horní části vedení ventilu je vnější tlak vzduchu, někdy i přetlak v důsledku vyššího tlaku v klikové skříni. Ve spodní části vedení ventilu proudí plyny do výfukového potrubí, které zajišťuje podtlakový efekt. To zvyšuje únik, protože olej je jakoby nasáván podél dříku ventilu. Když se olej dostane do výfukového potrubí, nespálí se. Olej se zahřeje, což způsobí jeho částečné odpaření. To může mít za následek modrý kouř vycházející z výfuku.

Vedení ventilů lze často vyměnit samostatně. K tomu je třeba demontovat hlavu válců a demontovat ventil z hlavy válců. Potom lze vyměnit vodítka ventilů. Vodítka ventilů nelze vyměnit samostatně na všech hlavách válců. Renovační společnosti na to často mají řešení. Zeptejte se na možnosti výměny vodítek ventilů u uznávané firmy na generální opravy.

Různé typy ovládání ventilů:
Ventily lze ovládat různými způsoby. Obrázek níže ukazuje pět různých verzí. Tyto různé verze a způsoby nastavení jsou dále diskutovány na této stránce.

A: Nepřímé ovládání ventilů pomocí vahadel.
B: Přímé ovládání ventilů s válečkovými vahadlami.
C: Přímé ovládání ventilů pomocí hydraulických seřizovačů ventilů.
D: Přímé ovládání ventilů pomocí vahadel a více ventilů na válec.
E: Přímé ovládání ventilů s hydraulickými zvedáky ventilů a více ventily na válec.

U motorů bez hydraulických zdvihátek ventilů (A, B a D) je nutné pravidelně kontrolovat ventilovou vůli. Více o tom v kapitole „Nastavení vůle ventilů“ na této stránce. U motorů s hydraulickými zvedáky ventilů není nastavení vůle ventilů nutné ani možné; hydraulické písty jsou naplněny olejem, který odstraňuje přebytečnou vůli.

Ventilový mechanismus s nepřímým ovládáním ventilu:
V minulosti byly motory vybaveny podkladem vačková hřídel. V dnešní době jsou motory osobních automobilů vybaveny pouze vačkovým hřídelem nahoře. Mizí konstrukce s podložním vačkovým hřídelem. Nevýhodou této konstrukce je, že tyto motory nezvládají vysoké otáčky, protože mezi vačkovým hřídelem a ventilem je hodně hmoty. Při vysokých rychlostech se objeví příliš velká vůle a ventil se již nebude otevírat a zavírat ve správný čas.
Klikový hřídel pohání pomocí malý rozvodový řetěz nebo řemen na spodní vačkový hřídel (viz obrázek níže). Vačkový hřídel tlačí zdvihátko ventilu a tlačnou tyč přímo nahoru. Pravá strana vahadla je posunuta nahoru. Vahadlo se „klopí“ kolem osy vahadla a tlačí levou stranu dolů. To tlačí ventil směrem dolů proti síle ventilové pružiny. Při dalším otáčení vačkového hřídele ventilová pružina přitlačí ventil k uzavření a vahadlo se vrátí do výchozí polohy.

Ventilový mechanismus s přímým ovládáním ventilu:
Hlavový vačkový hřídel se dnes používá pouze u osobních automobilů. Vačkový hřídel je pak umístěn v hlavě válců. Výhodou motorů s vačkovým hřídelem v hlavě je, že zvládnou vyšší otáčky než s vačkovým hřídelem umístěným pod ním.

Na levém obrázku výše můžete vidět, že ventil je uzavřen, protože ventilová pružina tlačí na ventil a vačkový hřídel se otáčí ve směru hodinových ručiček. Na obrázku vpravo je vačkový hřídel zkroucený, což způsobuje, že vačka tlačí ventil dolů. Pružina je nyní stlačena a tlačí ventil dolů. Když se vačkový hřídel dále otočí, ventilová pružina vytlačí ventil opět nahoru. Pružina ventilu vyvíjí protitlak přibližně 20 kg.

Obrázek ukazuje schematické znázornění ventilu s ventilovou pružinou. Zde je dobře vidět, na kterou část ventil dosedá na uzavírací plochu ventilu sedla ventilu. Nahoře je sedlo pružiny (část, kde vačka vačkového hřídele tlačí ventil dolů) s klíčem ventilu a pružinou ventilu vespod. Klíč ventilu slouží jako upevnění ventilu. Pro sejmutí ventilu z hlavy válců je nutné vyjmout klíče ventilů. Při demontáži je třeba sedlo pružiny zatlačit dolů proti síle pružiny ventilu (k tomu jsou k dispozici speciální nástroje). Ventil se pak bude moci volně pohybovat. Vyjmutím dvou ventilových klíčů s magnetem mezi sedlem pružiny a dříkem ventilu lze ventil sejmout zespodu z hlavy válce.
Při instalaci je třeba dbát na to, aby byl správný ventil znovu nainstalován na správné místo. Tyto nelze vyměnit. Při instalaci nového ventilu je nutné jej obrousit speciální brusnou pastou. Po broušení bude ventil dobře těsnit. Nový ventil lze poté protáhnout vodítkem dříku ventilu a klíče ventilu vrátit na místo. Ventilová pružina se pak může opět uvolnit.

Nastavení vůle ventilů:
Mezi vačkovým hřídelem a vahadlem nebo horní částí ventilu musí být vždy určitá vůle. Tato vůle dává materiálu možnost expandovat. Hra by neměla být příliš velká; ventil se pak otevírá méně daleko a na kratší dobu. Pokud je vůle příliš velká, bude trvat déle, než vačkový hřídel zatlačí ventil na otevření a ventil se uzavře dříve. Hra by také neměla být příliš malá; ventil je pak otevřen dříve a uzavřen později. Ventil je pak pokaždé otevřen příliš dlouho. Doba, po kterou je ventil uzavřen, je proto kratší; existuje možnost, že ventil nemůže odvádět své teplo do sedla ventilu hlavy válců a proto se přehřívá. Ventil pak může hořet.

V dnešní době jsou téměř všechny osobní automobily vybaveny hydraulickými zdviháky ventilů. Stále však existují výrobci vyvíjející motory, které vyžadují seřízení ventilové vůle. U vozů z 90. let nebylo použití hydraulických zdvihátek ventilů vůbec samozřejmé. Stále tedy jezdí spousta vozidel, kde je třeba pravidelně kontrolovat a v případě potřeby upravovat vůli ventilů. Tovární údaje často uvádějí počet najetých kilometrů, při kterých by to mělo být provedeno (často každý větší servis). Existují dvě různé konstrukce pro nastavení vůle ventilu; pomocí podložek a seřizovacích excentrických šroubů. Oba jsou popsány níže.
Když se nastavují ventily, neměli byste začít v žádném bodě. Opatrnou pozornost je třeba věnovat bodu, kdy jsou ventily nastaveny na „převalování“. Otočení znamená, že vačkový hřídel právě uzavřel výfukové ventily a chystá se otevřít ventily sací. Když se válec 1 otáčí, znamená to, že je na začátku sacího zdvihu. Píst válce 1 je pak nahoře. Válec 1 a 4 jsou vždy ve stejné výšce, pokud jde o výšku (stejně jako 2 a 3 jsou ve stejné výšce, viz obrázek níže). Protože pořadí střelby je 1-3-4-2 (pamatujte si pracovní schéma), znamená to, že válec 4 je na začátku silového zdvihu. Po válci 4 přichází na řadu válec 2 a poté válec 3.

Obrázek níže ukazuje píst válce 1 v BPD. Výstupky směřují dolů; sací ventily se právě uzavřely a výfukové ventily se chystají otevřít. V tomto okamžiku mohou být ventily válce 4 seřízeny; vačky tam míří nahoru.

Ventilová vůle se měří pomocí tzv.spároměr“. Spároměr obsahuje různé velikosti kovových pásků, každý o hodnotě o 0,05 mm silnější než druhý. Posunutím několika proužků mezi vačkový hřídel a ventil můžete zkontrolovat, jak velká je vůle. Dotyčný proužek se nesmí protlačit příliš snadno; ventilová vůle je pak větší než hodnota proužku. Pokud pásek nesedí nebo je velmi těžký a zasekává se, je pásek příliš silný. Při pohybu pásku mezi nimi může být cítit odpor.

Nastavení vůle ventilů pomocí podložek:
Tloušťka podložky, nazývaná také „podložka“, v tomto případě určuje vůli ventilu. Na obrázku níže je podložka označena červeně. Výměnou podložky za silnější se vůle ventilu zmenší. Mezi vačkovým hřídelem a podložkou je pak méně místa. Pod obrázkem je vysvětleno, jak by měla být nastavena vůle ventilu. Pro nastavení ventilů musí vačka příslušného ventilu směřovat nahoru, jak je znázorněno na obrázku níže. Když je vačka zkroucená, jsou provedena nesprávná měření. Při seřizování ventilů čtyřválcového motoru je třeba provést následující kroky:

Přepínací válec 1 = Nastavte ventily válce 4.
Přepínací válec 2 = Nastavte ventily válce 3.
Přepínací válec 3 = Nastavte ventily válce 2.
Přepínací válec 4 = Nastavte ventily válce 1.

Například tovární hodnota výše uvedené vůle ventilu může být 0,35 mm. Proto musí být mezi podložkou a vačkovým hřídelem mezera 0,35 mm, když vačka směřuje nahoru. Prostor mezi oběma částmi lze měřit spároměrem. Pokud proužek 0,35 mm prochází velmi snadno bez pocitu odporu, znamená to, že vzdálenost mezi ventilem a vačkovým hřídelem je větší než 0,35 mm. V tomto případě je vůle ventilu příliš velká. Pokud se mezi ně téměř nevejde pásek 0,45mm spároměru, protože je třeba vynaložit velkou sílu na jeho zatlačení, je tento pásek příliš tlustý. Skutečná vůle je pak mezi 0,35 a 0,45 mm. Pro jistotu lze mezi ně zasunout pásek 0,40 mm. Pokud se spustí, ale dá se pohybovat tam a zpět (může být cítit odpor), můžete si být jisti; ventilová vůle je 0,40 mm místo předepsaných 0,35 mm.

Protože je vůle ventilu příliš velká, musí být instalována silnější podložka. Velikosti jsou často uvedeny na podložkách. V takovém případě odečtěte hodnotu příliš tenké podložky. To je například 2,75 mm.
Ventilová vůle je příliš velká; podložka musí být o 0,05 mm tlustší než ta, která se montuje, konkrétně 2,75 mm. Když je nainstalována podložka (2,75 + 0,05) = 2,80 mm, je vůle ventilu správná. V takovém případě namontujte podložku 2,80 mm, otočte klikovým hřídelem o dvě otáčky tak, aby se správné ventily znovu kývaly a znovu zkontrolujte vůli ventilů.

Často existují speciální demontážní nástroje pro snadnou výměnu podložek. Příklad toho lze vidět na obrázku.

Nastavení vůle ventilů pomocí nastavitelných excentrů:
Často používaným systémem je nastavitelný excentr. Seřizovacím šroubem lze otočit až po uvolnění pojistné matice o čtvrt otáčky. Při následném otočení seřizovacího šroubu se prostor mezi dříkem ventilu a vahadlem okamžitě zvětší nebo zmenší. Následným utažením pojistné matice se seřizovací šroub opět zajistí.

I zde je samozřejmě nutné nejprve nastavit ventily správného válce na přepínání! Pohmatem mezi dříkem ventilu a vahadlem spároměrem správné tloušťky (tedy stejné hodnoty jako tovární hodnota) lze určit, zda je vůle ventilu příliš velká, příliš malá nebo správná. Otáčením seřizovacího šroubu a neustálým posouváním spároměru mezi ním lze nalézt správnou polohu seřizovacího šroubu tam, kde je správná vůle ventilu. Poté utáhněte pojistnou matici a poté zkontrolujte, zda je vůle stále stejná. Je velká šance, že se seřizovací šroub při utahování pojistné matice mírně pootočí, pokud není použit speciální nástroj určený výrobcem.

Víceventilová technologie:
Každý čtyřtaktní motor má minimálně 1 sací ventil a 1 výfukový ventil. Výkonnější a hospodárnější motory mají často 2 sací ventily a 2 výfukové ventily. Některé typy mají 2 vstupní ventily a 1 výfukový ventil nebo 3 vstupní ventily a 1 výfukový ventil.
Použití více ventilů má dvě hlavní výhody, a to:

Ventily budou mít poněkud menší průměr, což vede k nižší hmotnosti (menší hmotnosti) na ventil. Největší výhodou toho je, že ventily při vysokých otáčkách motoru neplavou. Plovoucí ventily znamenají, že když motor běží ve vysokých otáčkách (např. 5000 ot./min), ventily se otevírají a zavírají tak rychle, že pružiny ventilů již nestihnou ventil zavřít. Ventil se tedy na sedle ventilu zcela neuzavře. To může mít za následek náraz pístu do ventilu nebo přehřátí ventilu, protože již nemůže přenášet teplo do sedla ventilu. Díky více ventilům jsou ventily lehčí a poskytují ventilovým pružinám dostatek času k uzavření ventilu.
Nižší hmotnost na ventil umožňuje rychlejší uzavření ventilů. To umožňuje aplikovat variabilní časování ventilů, přičemž poloha vačkového hřídele se mění při určitých otáčkách nebo zatížení motoru.

Variabilní časování ventilů a zdvih ventilů:
Moderní motory často používají variabilní časování ventilů. Někteří výrobci motorů také používají variabilní zdvih ventilů (včetně BMW). Tyto kapitoly jsou popsány samostatně na stránkách: