Venttiilit

Aiheet:

Yleinen
materiaali
Natriumilla täytetyt venttiilit
Venttiiliohjaimet
Eri tyyppiset venttiiliohjaukset
Venttiilimekanismi epäsuoralla venttiiliohjauksella
Venttiilimekanismi suoralla venttiiliohjauksella
Säädä venttiilin välystä
Moniventtiilitekniikka
Säädettävä venttiilin ajoitus ja venttiilin nosto

yleinen:
Jokaisessa polttomoottorissa on venttiilejä. On aina vähintään yksi tulo- ja yksi poistoventtiili. Näitä venttiilejä ohjaa yksi tai useampi nokka-akseli jakelun läpi ja varmistavat, että raitista ilmaa pääsee virtaamaan palotilaan, ilma jää sitten puristuksen aikana loukkuun ja voi sitten poistua palotilasta. Tulo- ja pakokaasujen virtauksen tulee tapahtua mahdollisimman pienellä vastuksella.
Materiaalit on muotoiltu mahdollisimman hyvin tätä tarkoitusta varten.
Venttiilit on asennettu sylinterinkanteen. Imuventtiili on usein suurempi kuin pakoventtiili, koska mahdollisimman paljon seosta on päästävä sylinteriin. Pakoventtiilin tulee olla pienempi, koska palaneet pakokaasut poistuvat sylinteristä pakotahdin jälkeen, kun mäntä työntää kaasut ulos sylinteristä.

Esimerkkinä otamme bensiinimoottorin nelitahtisen prosessin. Moottorin imuiskun aikana imuventtiili aukeaa ja epäsuorasti ruiskutetussa bensiinimoottorissa imetään ilma-polttoaineseosta ja suoraruiskutusbensiinimoottorissa vain raitista ilmaa. . Ilma imeytyy sisään, koska mäntä liikkuu alaspäin. Sisään virtaava ilma vie käytettävissä olevan tilan. Kun mäntä liikkuu jälleen ylöspäin, imuventtiili sulkeutuu. Polttoaineen ja ilman seoksella ei nyt ole minnekään mennä ja se puristuu. Tätä kutsutaan puristusiskuksi. Siksi on tärkeää, että venttiilit sulkeutuvat kunnolla. Seos syttyy, kun sytytystulppa tuottaa kipinän. Tästä syystä mäntä painetaan alas huomattavalla voimalla. Tätä kutsutaan tehoiskuksi.
Pakotahdin aikana pakoventtiili avautuu ja mäntä liikkuu ylöspäin. Palaneet kaasut poistuvat nyt sylinteristä ja menevät pakoputkeen. Kun mäntä on ylhäällä, poistoventtiili sulkeutuu ja imuventtiili avautuu. Mäntä liikkuu jälleen alas ja imuisku seuraa sitä. Todellisuudessa tuloventtiili aukeaa hieman aikaisemmin, jolloin tulo- ja poistoventtiilit ovat auki samanaikaisesti lyhyen aikaa. Tätä kutsutaan "venttiilien päällekkäisyydeksi". Palavien kaasujen nopeus, joka poistuu sylinteristä pakoventtiilin kautta, muodostaa alipaineen, mikä saa imuilman vetämään lisää. Näin sylinteriin pääsee enemmän ilmaa kuin jos vain imuventtiili avautuisi ja mäntä liikkuisi alaspäin. Näin täyttöaste paranee.

Katso tarkempi selitys nelitahtisesta prosessista sivulta "Bensiinimoottorin toiminta".

materiaali:
Venttiilit ovat raskaasti kuormitettuja. Varsinkin pakoventtiilit, koska ne kuumenevat äärimmäisen hyvin eikä niitä voi jäähdyttää kovin hyvin. Imuventtiilit jäähtyvät osittain sylinteriin tulevalla kylmällä imetyllä ilmalla. Palaneet pakokaasut virtaavat pakoventtiilien ohi jopa 900 celsiusasteen lämpötilassa. Siksi myös pakoventtiilit on valmistettu eri materiaalista kuin imuventtiilit. Tuloventtiilit on usein valmistettu kromonikkeliteräksestä. Pakoventtiilit on usein valmistettu kromi-piiteräksestä. Korkeiden lämpötilojen aiheuttaman kulumisen rajoittamiseksi venttiililevyn ulkoreunat (tiivistepinta) ja venttiilin varret on panssaroitu karbidiseoksella (stellite). Venttiilit haihduttavat suurimman osan lämmöstä venttiililevyn ja venttiilin varren kautta. Natriumtäytteisillä venttiileillä on vielä parempi lämmönpoisto.

Natriumilla täytetyt venttiilit:
Pakokaasuventtiilit ovat sisällä onttoja. Ontto tila on noin 60 % täytetty natriumilla. Natrium on metalli, joka muuttuu nestemäiseksi korkeassa lämpötilassa (noin 100 celsiusasteesta alkaen). Kun moottori on käynnissä, venttiili menee usein ylös ja alas. Venttiilissä oleva natrium heittelee jatkuvasti edestakaisin ja kuljettaa siten lämpöä. Natrium imee lämpöä venttiililevystä ja luovuttaa sen venttiilin karaan. Natriumtäytteisillä venttiileillä voit saavuttaa 80-100 asteen lämpötilapudotuksen natriumtäytteisiin venttiileihin verrattuna.
Imuventtiilit eivät tätä tarvitse, koska ne jäähdytetään jo tulevalla ilmalla.

Kuvassa harmaa pinta edustaa materiaalia ja punainen osa natriumilla täytettyä onteloa.

Venttiiliohjaimet:
Venttiilit liikkuvat ylös ja alas sylinterin kannessa. Venttiilin ja sylinterinkannen välillä tulee olla hyvä tiiviste, jotta öljyä ei pääse valumaan sylinterin kannesta venttiilin karaa pitkin imu- tai pakokanavaan. Venttiilin ja venttiiliohjaimen välissä on aina pieni öljykalvo voitelua varten. Venttiilin ohjain näkyy kuvassa oranssina.

Jos pakoputkesta tulee sinistä savua, se voi johtua viallisista venttiiliohjaimista. Voi olla, että venttiilinohjaimet ovat leventyneet (katso kuva alla) niin, että venttiilissä on jopa välystä sylinterin kannessa. Tässä tilanteessa öljyä voi vuotaa venttiilin ohi imu- tai pakokanavaan. Venttiiliohjaimen yläosassa on ulkoilmanpaine, tai joskus jopa ylipaine korkeammasta kampikammion paineesta johtuen. Venttiiliohjaimen alaosassa kaasut virtaavat pakosarjaan, mikä saa aikaan alipainevaikutuksen. Tämä lisää vuotoa, koska öljy ikään kuin imetään alas venttiilin karaa pitkin. Kun öljy tulee pakosarjaan, se ei pala. Öljy kuumennetaan, jolloin se osittain haihtuu. Tämän seurauksena pakoputkesta voi tulla sinistä savua.

Venttiiliohjaimet voidaan usein vaihtaa erikseen. Tätä varten sylinterinkansi on irrotettava ja venttiili irrotettava sylinterin kannesta. Venttiiliohjaimet voidaan tämän jälkeen vaihtaa. Venttiiliohjaimia ei voi vaihtaa erikseen kaikissa sylinterikannissa. Uudelleenvalmistusyrityksillä on tähän usein ratkaisu. Kysy venttiiliohjaimien vaihtomahdollisuuksista arvostetulta huoltoyritykseltä.

Erilaiset venttiilin ohjaustyypit:
Venttiilejä voidaan käyttää eri tavoin. Alla olevassa kuvassa on viisi eri versiota. Näitä eri versioita ja säätömenetelmiä käsitellään tarkemmin tällä sivulla.

V: Epäsuora venttiilin ohjaus vipuvarrella.
B: Suora venttiilin ohjaus rullajarruvivuilla.
C: Suora venttiiliohjaus hydraulisilla venttiilisäätimillä.
D: Suora venttiilin ohjaus vipuvarrella ja useilla venttiileillä sylinteriä kohden.
E: Suora venttiiliohjaus hydraulisilla venttiilinnostimilla ja useilla venttiileillä sylinteriä kohden.

Moottoreissa, joissa ei ole hydrauliventtiileitä (A, B ja D), venttiilivälys on tarkistettava säännöllisesti. Tästä lisää tämän sivun luvussa "Venttiilivälyksen säätö". Hydraulisilla venttiilinnostimilla varustetuissa moottoreissa venttiilivälyksen säätäminen ei ole tarpeen eikä mahdollista; hydraulisylinterit on täytetty öljyllä, joka poistaa ylimääräisen välyksen.

Venttiilimekanismi epäsuoralla venttiiliohjauksella:
Aiemmin moottorit varustettiin pohjalla nokka-akseli. Nykyään henkilöautojen moottorit on varustettu vain yläpuolisella nokka-akselilla. Rakenne alla olevalla nokka-akselilla on katoamassa. Tämän rakenteen haittana on, että nämä moottorit eivät kestä suuria nopeuksia, koska nokka-akselin ja venttiilin välillä on paljon massaa. Suurilla nopeuksilla syntyy liikaa välystä, eikä venttiili enää aukea ja sulkeudu oikeisiin aikoihin.
Kampiakseli käyttää pieni jakoketju tai hihna alla olevaan nokka-akseliin (katso kuva alla). Nokka-akseli työntää venttiilin nostoa ja työntötankoa suoraan ylöspäin. Keinuvarren oikea puoli on työnnetty ylös. Vipuvarsi "pyörtyy" keinuvivun akselin ympäri työntäen vasenta puolta alaspäin. Tämä pakottaa venttiilin alaspäin venttiilijousen voimaa vastaan. Kun nokka-akselia pyöritetään edelleen, venttiilin jousi painaa venttiilin kiinni ja keinuvipu palaa alkuasentoonsa.

Venttiilimekanismi suoralla venttiiliohjauksella:
Yläpuolista nokka-akselia käytetään nykyään vain henkilöautoissa. Nokka-akseli asetetaan sitten sylinterinkanteen. Yläpuolisella nokka-akselilla varustettujen moottoreiden etuna on, että ne kestävät suurempia nopeuksia kuin alla olevalla nokka-akselilla.

Yllä olevasta vasemmasta kuvasta näet, että venttiili on kiinni, koska venttiilin jousi painaa venttiiliä kiinni ja nokka-akseli pyörii myötäpäivään. Oikeassa kuvassa nokka-akseli on vääntynyt, jolloin nokka painaa venttiiliä alas. Jousi on nyt puristettu ja painaa venttiiliä alas. Kun nokka-akselia on käännetty edelleen, venttiilijousi työntää venttiiliä jälleen ylöspäin. Venttiilin jousi tuottaa noin 20 kg vastapainetta.

Kuvassa on kaavamainen esitys venttiilistä, jossa on venttiilijousi. Tästä näet selvästi, minkä osan päällä venttiili lepää venttiilin istukan venttiilin sulkupinnalla. Yläosassa on jousen istukka (osa, jossa nokka-akselin nokka työntää venttiiliä alas) venttiilin avain ja venttiilin jousi alla. Venttiiliavain toimii venttiilin kiinnikkeenä. Venttiilin irrottamiseksi sylinterin kannesta venttiilin avaimet on poistettava. Purkamisen yhteydessä jousen istukka on painettava alas venttiilijousen voimaa vastaan (tätä varten on saatavilla erikoistyökaluja). Venttiili pääsee tällöin liikkumaan vapaasti. Irrottamalla kaksi venttiilin avainta magneetilla jousen istukan ja venttiilin varren välistä, venttiili voidaan irrottaa sylinterinkannen alapuolelta.
Asennuksen aikana on huolehdittava siitä, että oikea venttiili asennetaan takaisin oikeaan paikkaan. Näitä ei saa vaihtaa. Kun uusi venttiili asennetaan, se on hiottava erityisellä hiomapastalla. Hionnan jälkeen venttiili tiivistyy hyvin. Uusi venttiili voidaan sitten liu'uttaa venttiilivarren ohjaimen läpi ja asettaa venttiilikiilat takaisin paikoilleen. Venttiilin jousi voidaan sitten löysätä uudelleen.

Säädä venttiilin välystä:
Nokka-akselin ja keinuvivun tai venttiilin yläosan välillä on aina oltava tietty välys. Tämä välys antaa materiaalille mahdollisuuden laajentua. Näytelmän ei pitäisi olla liian suuri; venttiili avautuu silloin vähemmän ja lyhyemmäksi ajaksi. Jos välys on liian suuri, kestää kauemmin, ennen kuin nokka-akseli työntää venttiiliä auki ja venttiili sulkeutuu nopeammin. Peli ei myöskään saa olla liian pieni; venttiili avataan sitten aikaisemmin ja suljetaan myöhemmin. Tällöin venttiili on auki liian kauan joka kerta. Venttiilin sulkemisaika on siten lyhyempi; on mahdollista, että venttiili ei voi haihduttaa lämpöään sylinterinkannen venttiilin istukkaan ja siksi ylikuumenee. Venttiili voi sitten palaa.

Nykyään lähes kaikki henkilöautot on varustettu hydraulisilla venttiilinnostimilla. Kuitenkin valmistajat kehittävät edelleen moottoreita, jotka vaativat venttiilivälyksen säätöä. 90-luvun autoissa hydraulisten venttiilinnostimien käyttö ei ollut lainkaan itsestään selvää. Ajoneuvoja siis ajelee edelleen runsaasti, jossa venttiilivälys on tarkastettava säännöllisesti ja tarvittaessa säädettävä. Tehdastiedoissa luetellaan usein ajokilometrit, joilla tämä tulisi tehdä (usein jokainen suuri huoltopalvelu). Venttiilin välyksen säätöön on kaksi erilaista rakennetta; välilevyjen avulla ja säätämällä epäkeskopultteja. Nämä molemmat on kuvattu alla.
Kun venttiilejä säädetään, sinun ei pitäisi aloittaa vain mistään kohdasta. On kiinnitettävä erityistä huomiota kohtaan, jolloin venttiilit asetetaan "pysähdysasentoon". Tyhjennys tarkoittaa, että nokka-akseli on juuri sulkenut pakoventtiilit ja on avaamassa imuventtiilit. Kun sylinteri 1 pyörii, se tarkoittaa, että se on imuiskun alussa. Sylinterin 1 mäntä on tällöin ylhäällä. Sylinterit 1 ja 4 ovat aina samalla korkeudella (kuten 2 ja 3 ovat samalla korkeudella, katso alla oleva kuva). Koska laukaisujärjestys on 1-3-4-2 (muista työkaavio), se tarkoittaa, että sylinteri 4 on voimatahdin alussa. Sylinterin 4 jälkeen on sylinterin 2 ja sitten sylinterin 3 vuoro.

Alla olevassa kuvassa näkyy BPD:n sylinterin 1 mäntä. Korvakkeet on suunnattu alaspäin; imuventtiilit ovat juuri sulkeutuneet ja pakoventtiilit ovat aukeamassa. Tällä hetkellä sylinterin 4 venttiilejä voidaan säätää; siellä olevat nokat osoittavat ylöspäin.

Venttiilin välys mitataan ns.rakotulkki". Rakutulkki sisältää erikokoisia metalliliuskoja, joista jokainen on 0,05 mm paksumpi kuin toinen. Liu'utamalla useita liuskoja nokka-akselin ja venttiilin väliin voit tarkistaa, kuinka paljon välystä on. Kyseistä nauhaa ei saa työntää liian helposti läpi; venttiilivälys on tällöin suurempi kuin nauhan arvo. Jos nauha ei sovi tai se on erittäin painava ja juuttuu, nauha on liian paksu. Vastus saattaa tuntua, kun nauhaa siirretään niiden välissä.

Venttiilin välyksen säätö välilevyillä:
Välilevyn paksuus, jota kutsutaan myös "välilevyksi", määrää tässä tapauksessa venttiilivälyksen. Alla olevassa kuvassa välilevy on merkitty punaisella. Kun välilevy vaihdetaan paksumpaan, venttiilivälys pienenee. Tällöin nokka-akselin ja välilevyn väliin jää vähemmän tilaa. Kuvan alla on selitetty, miten venttiilivälystä tulee säätää. Venttiilien säätämistä varten kyseisen venttiilin nokan tulee osoittaa ylöspäin alla olevan kuvan mukaisesti. Kun nokka on vääntynyt, mittaukset ovat vääriä. Nelisylinterisen moottorin venttiileitä säädettäessä on suoritettava seuraavat toimenpiteet:

Kytke sylinteri 1 = Säädä sylinterin 4 venttiilejä.
Kytke sylinteri 2 = Säädä sylinterin 3 venttiilejä.
Kytke sylinteri 3 = Säädä sylinterin 2 venttiilejä.
Kytke sylinteri 4 = Säädä sylinterin 1 venttiilejä.

Esimerkiksi yllä olevan venttiilivälyksen tehdasarvo voi olla 0,35 mm. Välilevyn ja nokka-akselin väliin tulee siis jäädä 0,35 mm tilaa, kun nokka on suunnattu ylöspäin. Kahden osan välinen tila voidaan mitata rakotulkilla. Jos 0,35 mm:n nauha menee läpi erittäin helposti tuntematta vastusta, tämä tarkoittaa, että venttiilin ja nokka-akselin välinen etäisyys on suurempi kuin 0,35 mm. Tällöin venttiilivälys on liian suuri. Jos 0,45 mm:n rakotulkkinauha tuskin mahtuu väliin, koska sen työntämiseen on käytettävä paljon voimaa, tämä nauha on liian paksu. Todellinen välys on tällöin 0,35 - 0,45 mm. Varmuuden vuoksi väliin voidaan liu'uttaa 0,40 mm nauha. Jos se käynnistyy, mutta sitä voidaan liikuttaa edestakaisin (vastusta voi tuntua), voit olla varma; venttiilivälys on 0,40 mm määrätyn 0,35 mm:n sijaan.

Koska venttiilivälys on liian suuri, on asennettava paksumpi välilevy. Koot on usein ilmoitettu välilevyissä. Lue siinä tapauksessa liian ohuen välilevyn arvo. Eli esimerkiksi 2,75 mm.
Venttiilin välys on liian suuri; välilevyn tulee olla 0,05 mm paksumpi kuin asennettuna, eli 2,75 mm. Kun on asennettu välilevy (2,75 + 0,05) = 2,80 mm, venttiilivälys on oikea. Asenna siinä tapauksessa 2,80 mm välilevy, käännä kampiakselia kaksi kierrosta niin, että oikeat venttiilit keinuvat taas ja tarkista venttiilivälys uudelleen.

Usein on olemassa erityisiä purkutyökaluja, joiden avulla välilevyt on helppo vaihtaa. Esimerkki tästä näkyy kuvassa.

Venttiilin välyksen säätö säädettävillä epäkeskeillä:
Usein käytetty järjestelmä on säädettävä epäkesko. Säätöruuvia voidaan kääntää vasta, kun lukkomutteria on löysätty neljänneskierroksen verran. Kun säätöruuvia sitten käännetään, venttiilivarren ja keinuvivun välinen tila kasvaa tai pienenee välittömästi. Tämän jälkeen lukkomutteria kiristämällä säätöruuvi lukittuu uudelleen.

Tässäkin oikean sylinterin venttiilit on tietysti ensin asetettava kiertoon! Tunnustelemalla venttiilin varren ja vipuvarren väliin oikean paksuisella rakotulkilla (eli sama arvo kuin tehdasarvo), voidaan määrittää, onko venttiilin välys liian suuri, liian pieni vai oikea. Säätöruuvia kiertämällä ja rakotulkkia jatkuvasti liikuttamalla sen välissä saadaan selville säätöruuvin oikea asento, jossa venttiilin välys on oikea. Kiristä sitten lukkomutteri ja tarkista, että välys on edelleen sama. On hyvä mahdollisuus, että säätöruuvia kiertyy hieman lukkomutteria kiristäessä, ellei käytetä valmistajan määrittelemää erikoistyökalua.

Moniventtiilitekniikka:
Jokaisessa nelitahtisessa moottorissa on vähintään 1 imuventtiili ja 1 pakoventtiili. Tehokkaammissa ja taloudellisemmissa moottoreissa on usein 2 imuventtiiliä ja 2 pakoventtiiliä. Joissakin tyypeissä on 2 tuloventtiiliä ja 1 pakoventtiili tai 3 imuventtiiliä ja 1 pakoventtiili.
Useiden venttiilien käytöllä on kaksi pääetua, nimittäin:

Venttiileillä on hieman pienempi halkaisija, mikä johtaa pienempään massaan (vähemmän painoon) per venttiili. Suurin etu tässä on, että venttiilit eivät kellu suurilla moottorin kierrosnopeuksilla. Kelluvat venttiilit tarkoittavat sitä, että moottorin käydessä suurella nopeudella (esim. 5000 rpm) venttiilit avautuvat ja sulkeutuvat niin nopeasti, että venttiilin jousilla ei enää ole aikaa painaa venttiiliä kiinni. Venttiili ei siksi sulkeudu kokonaan venttiilin istukkaan. Tämä voi johtaa siihen, että mäntä osuu venttiiliin tai venttiili ylikuumenee, koska se ei voi enää siirtää lämpöä venttiilin istukkaan. Useat venttiilit tekevät venttiileistä kevyempiä ja antavat venttiilin jousille tarpeeksi aikaa sulkea venttiili.
Pienempi massa venttiiliä kohti mahdollistaa venttiilien sulkeutumisen nopeammin. Tämä mahdollistaa säädettävän venttiilin ajoituksen, jolloin nokka-akselin asentoa muutetaan tietyllä moottorin kierrosluvulla tai kuormituksella.

Säädettävä venttiilin ajoitus ja venttiilin nosto:
Nykyaikaisissa moottoreissa käytetään usein muuttuvaa venttiilin ajoitusta. Jotkut moottorinvalmistajat käyttävät myös säädettävää venttiilin nostoa (mukaan lukien BMW). Nämä luvut on kuvattu erikseen sivuilla: