Ventiler

emner:

generelt
materiale
Natriumfyldte ventiler
Ventilstyr
Forskellige typer ventilstyring
Ventilmekanisme med indirekte ventilstyring
Ventilmekanisme med direkte ventilstyring
Juster ventilspillerum
Multi-ventil teknologi
Variabel ventiltiming og ventilløft

overordnet:
Der er ventiler i alle forbrændingsmotorer. Der er altid mindst én indløbs- og én udløbsventil. Disse ventiler drives af en eller flere knastaksler gennem fordelingen og sørger for, at frisk luft kan strømme ind i forbrændingsrummet, luften bliver så fanget under kompression og kan derefter forlade forbrændingsrummet. Strømningen af indløbs- og udstødningsgasserne skal ske med så lidt modstand som muligt.
Materialerne er formet så godt som muligt til dette formål.
Ventilerne er monteret i topstykket. Indløbsventilen er ofte større end udstødningsventilen, fordi der skal så meget blanding som muligt ind i cylinderen. Udstødningsventilen skal være mindre, fordi brændte udstødningsgasser forlader cylinderen efter udstødningsslaget, når stemplet skubber gasserne ud af cylinderen.

Som et eksempel vil vi tage firetakts-processen for en benzinmotor. Under motorens indsugningsslag åbner indsugningsventilen, og ved en indirekte indsprøjtet benzinmotor suges en luft-brændstofblanding ind, og ved en benzinmotor med direkte indsprøjtning suges kun frisk luft ind. . Luften suges ind, fordi stemplet bevæger sig nedad. Den luft, der strømmer ind, optager den plads, der bliver til rådighed. Når stemplet bevæger sig opad igen, vil indløbsventilen lukke. Blandingen af brændstof og luft har nu ingen steder at tage hen og er komprimeret. Dette kaldes kompressionsslaget. Derfor er det vigtigt, at ventilerne lukker ordentligt. Blandingen antændes, når tændrøret producerer en gnist. Stemplet presses derfor ned med en betydelig kraft. Dette kaldes kraftslaget.
Under udstødningsslaget åbner udstødningsventilen, og stemplet bevæger sig opad. De brændte gasser forlader nu cylinderen og går til udstødningen. Når stemplet er i toppen, lukker udstødningsventilen, og indsugningsventilen åbner. Stemplet bevæger sig ned igen, og indsugningsslaget følger. I virkeligheden åbner indløbsventilen lidt tidligere, så indløbs- og udløbsventilerne er åbne samtidigt i kort tid. Dette kaldes "ventiloverlapning". Hastigheden af de brændte gasser, der forlader cylinderen gennem udstødningsventilen, skaber et undertryk, som får indsugningsluften til at blive ekstra tiltrukket. På denne måde kan der strømme mere luft ind i cylinderen, end hvis kun indsugningsventilen åbnede og stemplet bevæges nedad. Fyldningsniveauet er således forbedret.

For en mere detaljeret forklaring af XNUMX-takts processen, se siden "Benzinmotordrift".

materiale:
Ventilerne er tungt belastede. Især udstødningsventilerne, fordi de bliver ekstremt varme og kan ikke køles særlig godt. Indsugningsventilerne afkøles delvist af den kolde sugeluft, der kommer ind i cylinderen. De brændte udstødningsgasser strømmer forbi udstødningsventilerne ved en temperatur på op til 900 grader Celsius. Derfor er udstødningsventiler også lavet af et andet materiale end indsugningsventiler. Indløbsventiler er ofte lavet af kromnikkelstål. Udstødningsventiler er ofte lavet af krom-silicium stål. For at begrænse slid på grund af de høje temperaturforhold er yderkanterne af ventilskiven (tætningsfladen) og ventilstammerne pansret med et lag af hårdmetallegering (stellite). Ventilerne afleder det meste af varmen gennem ventilskiven og ventilspindlen. Natriumfyldte ventiler har endnu bedre varmeafledning.

Natriumfyldte ventiler:
Udstødningsventilerne er hule indeni. Hulrummet er ca. 60% fyldt med natrium. Natrium er et metal, der bliver flydende ved høj temperatur (fra cirka 100 grader Celsius). Når motoren kører, går ventilen ofte op og ned. Natriumet i ventilen bliver hele tiden kastet frem og tilbage og transporterer dermed varmen. Natrium absorberer varme fra ventilskiven og afgiver den til ventilstammen. Med natriumfyldte ventiler kan du opnå et temperaturfald på 80 til 100 grader sammenlignet med ikke-natriumfyldte ventiler.
Indsugningsventiler har ikke brug for dette, fordi de allerede er afkølet af den indkommende luft.

På figuren repræsenterer den grå overflade materialet, og den røde del repræsenterer hulrummet fyldt med natrium.

Ventilguider:
Ventilerne bevæger sig op og ned i topstykket. Der skal være en god tætning mellem ventilen og topstykket, så der ikke kan strømme olie fra topstykket, langs ventilspindlen til en indsugnings- eller udstødningspassage. Der er altid en lille oliefilm mellem ventilen og ventilstyret til smøring. Ventilstyret er vist med orange på figuren.

Hvis der kommer blå røg ud af udstødningen, kan det være et resultat af defekte ventilstyr. Det kan være, at ventilstyrene er blevet bredere (se billedet nedenfor), så ventilen endda har slør i topstykket. I denne situation kan olie lække forbi ventilen ind i indsugnings- eller udstødningspassagen. I toppen af ventilføringen er der udefrakommende lufttryk, eller nogle gange endda overtryk på grund af et højere krumtaphustryk. I bunden af ventilstyret strømmer gasserne til udstødningsmanifolden, hvilket giver en vakuumeffekt. Det øger lækagen, fordi olien så at sige suges ned langs ventilspindlen. Når olien kommer ind i udstødningsmanifolden, forbrændes den ikke. Olien opvarmes, hvilket får den til delvist at fordampe. Dette kan resultere i, at der kommer blå røg ud af udstødningen.

Ventilføringer kan ofte udskiftes separat. For at gøre dette skal topstykket skilles ad og ventilen fjernes fra topstykket. Ventilstyrene kan derefter udskiftes. Ventilstyrene kan ikke udskiftes separat på alle topstykker. Genfremstillingsvirksomheder har ofte en løsning på dette. Spørg om mulighederne for at udskifte ventilstyrene hos et velrenommeret eftersynsfirma.

Forskellige typer ventilstyring:
Ventilerne kan betjenes på forskellige måder. Billedet nedenfor viser fem forskellige versioner. Disse forskellige versioner og justeringsmetoderne diskuteres længere på denne side.

A: Indirekte ventilstyring med vippearme.
B: Direkte ventilstyring med rullemodstandsvippe.
C: Direkte ventilstyring med hydrauliske ventiljusteringer.
D: Direkte ventilstyring med vippearme og flere ventiler pr. cylinder.
E: Direkte ventilstyring med hydrauliske ventilløftere og flere ventiler pr. cylinder.

For motorer uden hydrauliske ventilløftere (A, B og D) er det nødvendigt med jævne mellemrum at kontrollere ventilafstanden. Mere om dette i kapitlet "Justering af ventilspillerum" på denne side. På motorer med hydrauliske ventilløftere er justering af ventilafstanden hverken nødvendig eller mulig; hydraulikcylindrene er fyldt med olie, som fjerner overskydende slør.

Ventilmekanisme med indirekte ventilstyring:
Før i tiden var motorer udstyret med et underliggende knastaksel. I dag er personbilsmotorer kun udstyret med en overliggende knastaksel. Konstruktionen med den underliggende knastaksel er ved at forsvinde. Ulempen ved denne konstruktion er, at disse motorer ikke kan klare høje hastigheder, fordi der er meget masse mellem knastaksel og ventil. Ved høje hastigheder vil der opstå for meget slør, og ventilen vil ikke længere åbne og lukke på de rigtige tidspunkter.
Krumtapakslen driver vha en lille tandkæde eller rem til den underliggende knastaksel (se billedet nedenfor). Knastakslen skubber ventilløfteren og stødstangen lige op. Den højre side af vippearmen er skubbet op. Vippearmen 'tumler' rundt om vippearmens aksel og skubber venstre side ned. Dette tvinger ventilen nedad mod kraften fra ventilfjederen. Når knastakslen drejes yderligere, presser ventilfjederen ventilen lukket, og vippearmen vender tilbage til sin udgangsposition.

Ventilmekanisme med direkte ventilstyring:
Den overliggende knastaksel bruges kun i personbiler i dag. Knastakslen placeres derefter i cylinderhovedet. Fordelen ved motorer med overliggende knastaksel er, at de kan klare højere hastigheder end med en underliggende knastaksel.

På det venstre billede ovenfor kan du se, at ventilen er lukket, fordi ventilfjederen presser ventilen lukket, og knastakslen roterer med uret. På det højre billede er knastakslen snoet, hvilket får knasten til at skubbe ventilen ned. Fjederen er nu komprimeret og skubber ventilen ned. Når knastakslen er blevet drejet yderligere, vil ventilfjederen skubbe ventilen opad igen. Ventilfjederen udøver et modtryk på ca. 20 kg.

Billedet viser en skematisk fremstilling af en ventil med en ventilfjeder. Her kan du tydeligt se, på hvilken del ventilen hviler på ventilsædets ventillukkeflade. Øverst er fjedersædet (den del, hvor knastakslens knast skubber ventilen ned) med ventilkilen og ventilfjederen nedenunder. Ventilnøglen tjener som montering til ventilen. For at fjerne ventilen fra topstykket skal ventilnøglerne fjernes. Ved demontering skal fjedersædet skubbes ned mod ventilfjederens kraft (dertil fås specialværktøj). Ventilen vil derefter være fri til at bevæge sig. Ved at fjerne de to ventilnøgler med en magnet mellem fjedersædet og ventilspindlen, kan ventilen fjernes fra topstykket nedefra.
Under installationen skal man sørge for, at den korrekte ventil geninstalleres på det korrekte sted. Disse må ikke byttes. Når en ny ventil monteres, skal den slibes med speciel slibepasta. Efter slibning vil ventilen tætne godt. Den nye ventil kan derefter skydes gennem ventilstammeføringen og ventilnøglerne sættes på plads igen. Ventilfjederen kan derefter afspændes igen.

Juster ventilspillerum:
Der skal altid være et vist spil mellem knastakslen og vippearmen eller toppen af ventilen. Denne frigang giver materialet mulighed for at udvide sig. Skuespillet skal ikke være for stort; ventilen åbner så mindre langt og i kortere tid. Hvis frigangen er for stor, vil det tage længere tid for knastakslen at skubbe ventilen åben, og ventilen vil lukke hurtigere. Skuespillet skal heller ikke være for lille; ventilen åbnes så tidligere og lukkes senere. Ventilen er så åben for længe hver gang. Den tid, hvor ventilen er lukket, er derfor kortere; der er en chance for, at ventilen ikke kan afgive sin varme til ventilsædet på topstykket og derfor overophedes. Ventilen kan derefter brænde.

I dag er næsten alle personbiler udstyret med hydrauliske ventilløftere. Der er dog stadig producenter, der udvikler motorer, der kræver justering af ventilafstand. I biler fra 90'erne var brugen af hydrauliske ventilventiler slet ikke selvindlysende. Så der er stadig masser af køretøjer, der kører rundt, hvor ventilafstanden skal kontrolleres med jævne mellemrum og justeres om nødvendigt. Fabriksdata angiver ofte det kilometertal, som dette skal gøres ved (ofte enhver større vedligeholdelsesservice). Der er to forskellige konstruktioner til justering af ventilspillerum; ved hjælp af shims og ved at justere excentriske bolte. Disse er begge beskrevet nedenfor.
Når ventilerne justeres, skal du ikke bare starte på et hvilket som helst tidspunkt. Vær omhyggelig opmærksom på det punkt, hvor ventilerne er indstillet til at "tumle". Tumling betyder, at knastakslen lige har lukket udstødningsventilerne og er ved at åbne indsugningsventilerne. Når cylinder 1 vælter, betyder det, at den er i begyndelsen af indsugningsslaget. Stemplet i cylinder 1 er så øverst. Cylinder 1 og 4 er altid i samme højde mht. højde (ligesom 2 og 3 er i samme højde, se billedet nedenfor). Fordi affyringsrækkefølgen er 1-3-4-2 (husk arbejdsdiagrammet), betyder det, at cylinder 4 er i begyndelsen af kraftslaget. Efter cylinder 4 er det tur til cylinder 2 og derefter cylinder 3.

Billedet nedenfor viser stemplet på cylinder 1 i BPD. Ørene peger nedad; indsugningsventilerne er lige lukket, og udstødningsventilerne er ved at åbne. På det tidspunkt kan cylinder 4's ventiler justeres; knasterne der peger opad.

Ventilafstanden måles med en såkaldt "følemåler“. Følemåleren indeholder forskellige størrelser af metalstrimler, hver med en værdi på 0,05 mm tykkere end den anden. Ved at skubbe et antal strimler mellem knastakslen og ventilen kan du tjekke, hvor meget slør der er. Den pågældende strimmel må ikke skubbes for let igennem; ventilafstanden er da større end værdien af strimlen. Hvis strimlen ikke passer eller er meget tung og sætter sig fast, så er strimlen for tyk. Modstand kan mærkes, når strimlen flyttes mellem dem.

Justering af ventilspillerum ved hjælp af shims:
Tykkelsen af shim, også kaldet "shim", bestemmer ventilafstanden i dette tilfælde. På billedet nedenfor er shim angivet med rødt. Ved at udskifte mellemlægget med et tykkere, vil ventilafstanden falde. Der er så mindre plads mellem knastakslen og shim. Under billedet er det forklaret, hvordan ventilafstanden skal justeres. For at justere ventilerne skal den pågældende ventils knast pege opad, som vist på nedenstående figur. Når knasten er snoet, tages der forkerte mål. Når du justerer ventilerne på en firecylindret motor, skal følgende handlinger udføres:

Skift cylinder 1 = Juster ventiler på cylinder 4.
Skift cylinder 2 = Juster ventiler på cylinder 3.
Skift cylinder 3 = Juster ventiler på cylinder 2.
Skift cylinder 4 = Juster ventiler på cylinder 1.

For eksempel kan fabriksværdien af ovenstående ventilafstand være 0,35 mm. Der skal derfor være et mellemrum på 0,35 mm mellem shim og knastaksel, når knasten peger opad. Mellemrummet mellem de to dele kan måles med følemåleren. Hvis 0,35 mm strimlen går meget let igennem uden at mærke modstand, betyder det, at afstanden mellem ventilen og knastakslen er større end 0,35 mm. I så fald er ventilafstanden for stor. Hvis en 0,45 mm følestrimmel næppe passer ind imellem, fordi der skal udøves meget kraft for at skubbe den ind, er denne strimmel for tyk. Det faktiske slør er da mellem 0,35 og 0,45 mm. For at være på den sikre side kan en 0,40 mm strimmel skubbes ind imellem. Hvis den starter, men kan flyttes frem og tilbage (kan mærkes modstand), så kan du være sikker; ventilafstanden er 0,40 mm i stedet for de foreskrevne 0,35 mm.

Fordi ventilafstanden er for stor, skal der installeres et tykkere mellemlæg. Størrelserne er ofte angivet på shimsene. Aflæs i så fald værdien af det mellemlæg, der er for tyndt. Det vil sige for eksempel 2,75 mm.
Ventilafstanden er for stor; mellemlægget skal være 0,05 mm tykkere end det der er monteret, nemlig 2,75 mm. Når en shim på (2,75 + 0,05) = 2,80 mm er installeret, er ventilafstanden korrekt. I så fald skal du installere 2,80 mm mellemlægget, dreje krumtapakslen to omdrejninger, så de korrekte ventiler vipper igen, og kontrollere ventilafstanden igen.

Der er ofte specielle demonteringsværktøjer til nemt at udskifte shimsene. Et eksempel på dette kan ses på billedet.

Justering af ventilspillerum ved hjælp af justerbare excenter:
Et ofte brugt system er den justerbare excentriske. Justeringsskruen kan først drejes, når låsemøtrikken er løsnet en kvart omgang. Når justeringsskruen derefter drejes, vil mellemrummet mellem ventilspindlen og vippearmen straks øges eller mindskes. Ved derefter at stramme låsemøtrikken låses justeringsskruen igen.

Også her skal den korrekte cylinders ventiler naturligvis først indstilles til at skifte! Ved at mærke mellem ventilspindlen og vippearmen med en følemåler af den korrekte tykkelse (dvs. samme værdi som fabriksværdien), kan det afgøres, om ventilafstanden er for stor, for lille eller korrekt. Ved at dreje justeringsskruen og hele tiden flytte følemåleren imellem sig, kan den korrekte position af justeringsskruen findes, hvor ventilafstanden er korrekt. Spænd derefter låsemøtrikken og kontroller derefter, at afstanden stadig er den samme. Der er en god chance for, at justeringsskruen drejes en smule, når låsemøtrikken spændes, medmindre der anvendes et specialværktøj specificeret af producenten.

Multi-ventil teknologi:
Hver firetaktsmotor har mindst 1 indsugningsventil og 1 udstødningsventil. Kraftigere og økonomiske motorer har ofte 2 indsugningsventiler og 2 udstødningsventiler. Nogle typer har 2 indløbsventiler og 1 udstødningsventil eller 3 indløbsventiler og 1 udstødningsventil.
Der er to hovedfordele ved at bruge flere ventiler, nemlig:

Ventilerne vil have en noget mindre diameter, hvilket medfører en lavere masse (mindre vægt) pr. ventil. Den største fordel ved dette er, at ventilerne ikke flyder ved høje motorhastigheder. Flydende ventiler betyder, at når motoren kører med høj hastighed (f.eks. 5000 rpm) åbner og lukker ventilerne så hurtigt, at ventilfjedrene ikke længere når at trykke ventilen lukket. Ventilen lukker derfor ikke helt på ventilsædet. Dette kan resultere i, at stemplet rammer ventilen, eller at ventilen overophedes, fordi den ikke længere kan overføre varme til ventilsædet. De mange ventiler gør ventilerne lettere og giver ventilfjedrene nok tid til at lukke ventilen.
Den lavere masse pr. ventil gør det muligt for ventilerne at lukke hurtigere. Dette gør det muligt at anvende variabel ventiltiming, hvorved positionen af knastakslen ændres ved en bestemt motorhastighed eller belastning.

Variabel ventiltiming og ventilløft:
Moderne motorer bruger ofte variabel ventiltiming. Nogle motorproducenter bruger også variabel ventilløft (inklusive BMW). Disse kapitler er beskrevet separat på siderne: