Ventiler

Emner:

Algemeen
materiale
Natriumfylte ventiler
Ventilføringer
Ulike typer ventilstyring
Ventilmekanisme med indirekte ventilstyring
Ventilmekanisme med direkte ventilstyring
Juster ventilklaringen
Multi-ventil teknologi
Variabel ventiltiming og ventilløft

generelle:
Det er ventiler i hver forbrenningsmotor. Det er alltid minst én innløps- og én utløpsventil. Disse ventilene drives av en eller flere kamaksler gjennom fordelingen og sørger for at frisk luft kan strømme inn i forbrenningsrommet, luften blir da fanget under kompresjon og kan deretter forlate forbrenningsrommet. Strømmen av innløps- og avgassene må skje med minst mulig motstand.
Materialene er formet så godt som mulig for dette formålet.
Ventilene er montert i sylinderhodet. Innløpsventilen er ofte større enn eksosventilen, fordi så mye blanding som mulig skal inn i sylinderen. Eksosventilen bør være mindre, fordi brente eksosgasser forlater sylinderen etter eksosslaget, når stempelet skyver gassene ut av sylinderen.

Som et eksempel skal vi ta firetaktsprosessen til en bensinmotor. Under motorens innsugningsslag åpnes inntaksventilen og ved en indirekte injisert bensinmotor suges det inn en luft-drivstoffblanding, og ved en direkteinnsprøytet bensinmotor suges det kun frisk luft inn. . Luften suges inn fordi stempelet beveger seg nedover. Luften som strømmer inn tar opp plassen som blir tilgjengelig. Når stempelet beveger seg oppover igjen, vil innløpsventilen stenge. Blandingen av drivstoff og luft har nå ingen steder å gå og er komprimert. Dette kalles kompresjonsslaget. Derfor er det viktig at ventilene stenger ordentlig. Blandingen antennes når tennpluggen produserer en gnist. Stempelet presses derfor ned med en betydelig kraft. Dette kalles kraftslaget.
Under eksosslaget åpnes eksosventilen og stempelet beveger seg oppover. De brente gassene forlater nå sylinderen og går til eksosen. Når stempelet er på toppen, stenger eksosventilen og inntaksventilen åpnes. Stempelet beveger seg ned igjen og inntaksslaget følger. I realiteten åpner innløpsventilen litt tidligere, slik at innløps- og utløpsventilene er åpne samtidig en kort stund. Dette kalles "ventiloverlapping". Hastigheten til de brente gassene som forlater sylinderen gjennom eksosventilen skaper et undertrykk, som gjør at inntaksluften trekkes ekstra til. På denne måten kan mer luft strømme inn i sylinderen enn om bare inntaksventilen åpnet og stempelet flyttet nedover. Fyllingsnivået er dermed forbedret.

For en mer detaljert forklaring av firetaktsprosessen, se siden "Bensinmotordrift".

materiale~~POS=HEADCOMP:
Ventiler er tungt belastet. Spesielt eksosventilene, fordi de blir ekstremt varme og kan ikke kjøles særlig godt. Inntaksventilene kjøles delvis av den kalde sugeluften som kommer inn i sylinderen. De brente avgassene strømmer forbi eksosventilene ved en temperatur på opptil 900 grader Celsius. Derfor er også eksosventiler laget av et annet materiale enn inntaksventiler. Innløpsventiler er ofte laget av kromnikkelstål. Eksosventiler er ofte laget av krom-silisiumstål. For å begrense slitasje på grunn av de høye temperaturforholdene er de ytre kantene på ventilskiven (tetningsflaten) og ventilstammene pansret med et lag av karbidlegering (stellitt). Ventilene sprer mesteparten av varmen gjennom ventilskiven og ventilstammen. Natriumfylte ventiler har enda bedre varmeavledning.

Natriumfylte ventiler:
Eksosventiler er hule innvendig. Hulrommet er omtrent 60 % fylt med natrium. Natrium er et metall som blir flytende ved høy temperatur (fra ca. 100 grader Celsius). Når motoren går, går ventilen ofte opp og ned. Natriumet i ventilen kastes hele tiden frem og tilbake og transporterer dermed varmen. Natriumet absorberer varme fra ventilskiven og frigjør den til ventilstammen. Med natriumfylte ventiler kan du oppnå et temperaturfall på 80 til 100 grader sammenlignet med ikke-natriumfylte ventiler.
Inntaksventiler trenger ikke dette, fordi de allerede er avkjølt av den innkommende luften.

På figuren representerer den grå overflaten materialet og den røde delen representerer hulrommet fylt med natrium.

Ventilføringer:
Ventilene beveger seg opp og ned i sylinderhodet. Det må være god tetning mellom ventilen og sylinderhodet, slik at det ikke kan strømme olje fra sylinderhodet, langs ventilstammen til en innløps- eller eksospassasje. Det er alltid en liten oljefilm mellom ventilen og ventilføringen for smøring. Ventilføringen er vist i oransje på figuren.

Hvis blå røyk kommer ut av eksosen, kan det være et resultat av defekte ventilføringer. Det kan være at ventilføringene har blitt bredere (se bildet under) slik at ventilen til og med har slark i sylinderhodet. I denne situasjonen kan olje lekke forbi ventilen inn i innløpet eller eksospassasjen. På toppen av ventilføringen er det utvendig lufttrykk, eller noen ganger til og med overtrykk på grunn av høyere veivhustrykk. I bunnen av ventilføringen strømmer gassene til eksosmanifolden, som gir en vakuumeffekt. Dette øker lekkasjen fordi oljen så å si suges ned langs ventilstammen. Når oljen kommer inn i eksosmanifolden, blir den ikke brent. Oljen varmes opp, noe som får den til å fordampe delvis. Dette kan føre til at blå røyk kommer ut av eksosen.

Ventilføringer kan ofte skiftes separat. For å gjøre dette må sylinderhodet demonteres og ventilen fjernes fra sylinderhodet. Ventilføringene kan da skiftes ut. Ventilføringene kan ikke skiftes separat på alle sylinderhoder. Reproduserende selskaper har ofte en løsning på dette. Spør om mulighetene for å bytte ventilføringer hos et velrenommert overhalingsfirma.

Ulike typer ventilkontroll:
Ventilene kan betjenes på forskjellige måter. Bildet nedenfor viser fem forskjellige versjoner. Disse forskjellige versjonene og metodene for justering diskuteres videre på denne siden.

A: Indirekte ventilstyring med vippearmer.
B: Direkte ventilstyring med rullemotstandsvipper.
C: Direkte ventilstyring med hydrauliske ventiljusteringer.
D: Direkte ventilstyring med vippearmer og flere ventiler per sylinder.
E: Direkte ventilstyring med hydrauliske ventilløftere og flere ventiler per sylinder.

For motorer uten hydrauliske ventilløftere (A, B og D), er det nødvendig å kontrollere ventilklaringen med jevne mellomrom. Mer om dette i kapittelet "Justere ventilklaring" på denne siden. På motorer med hydrauliske ventilløftere er det verken nødvendig eller mulig å justere ventilklaringen; de hydrauliske sylindrene er fylt med olje som fjerner overflødig slør.

Ventilmekanisme med indirekte ventilstyring:
Tidligere var motorer utstyrt med et underliggende kamaksel. I dag er personbilmotorer kun utstyrt med en overliggende kamaksel. Konstruksjonen med den underliggende kamakselen forsvinner. Ulempen med denne konstruksjonen er at disse motorene ikke tåler høye hastigheter fordi det er mye masse mellom kamaksel og ventil. Ved høye hastigheter vil det oppstå for mye slør og ventilen vil ikke lenger åpne og lukke til riktig tid.
Veivakselen driver ved hjelp av en liten registerkjede eller belte til den underliggende kamakselen (se bildet nedenfor). Kamakselen skyver ventilløfteren og skyvestangen rett opp. Høyre side av vippearmen skyves opp. Vippearmen 'tumler' rundt vippearmens aksel og skyver venstre side ned. Dette tvinger ventilen nedover mot kraften fra ventilfjæren. Når kamakselen roteres videre, presser ventilfjæren ventilen lukket og vippearmen går tilbake til utgangsposisjonen.

Ventilmekanisme med direkte ventilkontroll:
Den overliggende kamakselen brukes kun i personbiler i dag. Kamakselen plasseres deretter i sylinderhodet. Fordelen med motorer med overliggende kamaksel er at de tåler høyere hastigheter enn med underliggende kamaksel.

På det venstre bildet over kan du se at ventilen er stengt fordi ventilfjæren presser ventilen lukket og kamakselen roterer med klokken. På det høyre bildet er kamakselen vridd, noe som får kammen til å presse ventilen ned. Fjæren er nå komprimert, og presser ventilen ned. Når kamakselen er dreid videre, vil ventilfjæren skyve ventilen oppover igjen. Ventilfjæren utøver et mottrykk på ca. 20 kg.

Bildet viser en skjematisk fremstilling av en ventil med en ventilfjær. Her kan du tydelig se hvilken del ventilen hviler på ventilens lukkeflate på ventilsetet. Øverst er fjærsetet (den delen hvor kammen på kamakselen skyver ventilen ned) med ventilnøkkelen og ventilfjæren under. Ventilnøkkelen fungerer som feste for ventilen. For å fjerne ventilen fra sylinderhodet, må ventilnøklene fjernes. Ved demontering skal fjærsetet skyves ned mot kraften fra ventilfjæren (spesialverktøy finnes for dette). Ventilen vil da være fri til å bevege seg. Ved å fjerne de to ventilnøklene med en magnet mellom fjærsetet og ventilstammen, kan ventilen fjernes fra sylinderhodet nedenfra.
Under installasjonen må man sørge for at riktig ventil installeres på nytt på riktig sted. Disse kan ikke byttes. Når en ny ventil er installert, må den slipes med spesiell slipepasta. Etter sliping vil ventilen tette godt. Den nye ventilen kan deretter skyves gjennom ventilstammeføringen og ventilnøklene settes tilbake på plass. Ventilfjæren kan da løsnes igjen.

Juster ventilklaring:
Det må alltid være et visst spill mellom kamakselen og vippearmen eller toppen av ventilen. Denne klaringen gir materialet mulighet til å utvide seg. Spillet skal ikke være for stort; ventilen åpner da mindre langt og i kortere tid. Hvis klaringen er for stor, vil det ta lengre tid før kamakselen åpner ventilen og ventilen vil stenge tidligere. Spillet skal heller ikke være for lite; ventilen åpnes da tidligere og stenges senere. Ventilen er da åpen for lenge hver gang. Tiden som ventilen er stengt er derfor kortere; det er en sjanse for at ventilen ikke kan spre varmen til ventilsetet på sylinderhodet og derfor overopphetes. Ventilen kan da brenne.

I dag er nesten alle personbiler utstyrt med hydrauliske ventilløftere. Imidlertid er det fortsatt produsenter som utvikler motorer som krever justering av ventilklaring. I biler fra 90-tallet var bruken av hydrauliske ventilløftere slett ikke selvfølge. Så det er fortsatt mange kjøretøy som kjører rundt der ventilklaringen må kontrolleres med jevne mellomrom og justeres om nødvendig. Fabrikkdataene viser ofte hvor mange kjørelengder dette bør gjøres (ofte alle større vedlikeholdstjenester). Det er to forskjellige konstruksjoner for justering av ventilklaringen; ved hjelp av shims og ved å justere eksentriske bolter. Disse er begge beskrevet nedenfor.
Når ventilene justeres, bør du ikke bare starte når som helst. Vær nøye med det punktet når ventilene er satt til å "tumle". Tumling betyr at kamakselen nettopp har stengt eksosventilene og er i ferd med å åpne inntaksventilene. Når sylinder 1 tumler betyr det at den er i begynnelsen av inntaksslaget. Stempelet til sylinder 1 er da på toppen. Sylinder 1 og 4 er alltid i samme høyde når det gjelder høyde (akkurat som 2 og 3 er i samme høyde, se bildet under). Fordi avfyringsrekkefølgen er 1-3-4-2 (husk arbeidsdiagrammet), betyr det at sylinder 4 er i begynnelsen av kraftslaget. Etter sylinder 4 er det tur til sylinder 2 og deretter sylinder 3.

Bildet nedenfor viser stempelet til sylinder 1 i BPD. Knastene er pekt nedover; inntaksventilene har akkurat stengt og eksosventilene er i ferd med å åpne seg. I det øyeblikket kan ventilene til sylinder 4 justeres; kammene der er pekt oppover.

Ventilklaringen måles med en såkalt "følemåler". Følemåleren inneholder metallstrimler i forskjellige størrelser, hver med en verdi på 0,05 mm tykkere enn den andre. Ved å skyve et antall strips mellom kamakselen og ventilen kan du sjekke hvor mye slark det er. Den aktuelle stripen må ikke skyves for lett gjennom; ventilklaringen er da større enn verdien av stripen. Hvis stripen ikke passer eller er veldig tung og setter seg fast, er stripen for tykk. Motstand kan merkes når stripen flyttes mellom dem.

Justering av ventilklaring ved hjelp av shims:
Tykkelsen på mellomlegget, også kalt "shim", bestemmer ventilklaringen i dette tilfellet. På bildet nedenfor er mellomlegget indikert i rødt. Ved å erstatte mellomlegget med et tykkere, vil ventilklaringen reduseres. Det er da mindre plass mellom kamakselen og mellomlegget. Under bildet er det forklart hvordan ventilklaringen skal justeres. For å justere ventilene må kammen til den aktuelle ventilen peke oppover, som vist på figuren under. Når kammen er vridd, blir det tatt feil mål. Når du justerer ventilene til en firesylindret motor, må følgende handlinger tas:

Veksle sylinder 1 = Juster ventilene til sylinder 4.
Veksle sylinder 2 = Juster ventilene til sylinder 3.
Veksle sylinder 3 = Juster ventilene til sylinder 2.
Veksle sylinder 4 = Juster ventilene til sylinder 1.

For eksempel kan fabrikkverdien for ventilklaringen ovenfor være 0,35 mm. Det må derfor være et mellomrom på 0,35 mm mellom shim og kamaksel når kammen pekes oppover. Avstanden mellom de to delene kan måles med følemåleren. Hvis 0,35 mm-listen går veldig lett gjennom uten å føle motstand, betyr dette at avstanden mellom ventilen og kamakselen er større enn 0,35 mm. I så fall er ventilklaringen for stor. Hvis en 0,45 mm følelist nesten ikke passer i mellom fordi det må brukes mye kraft for å presse den inn, er denne stripen for tykk. Selve sløret er da mellom 0,35 og 0,45 mm. For å være på den sikre siden kan en 0,40 mm stripe skyves mellom. Hvis den starter, men kan flyttes frem og tilbake (motstand kan merkes), så kan du være sikker; ventilklaringen er 0,40 mm i stedet for de foreskrevne 0,35 mm.

Fordi ventilklaringen er for stor, må det monteres et tykkere mellomlegg. Størrelsene er ofte oppgitt på shimsene. Les i så fall verdien av mellomlegget som er for tynt. Det vil si for eksempel 2,75 mm.
Ventilklaringen er for stor; mellomlegget må være 0,05 mm tykkere enn det som er montert, nemlig 2,75 mm. Når en shim på (2,75 + 0,05) = 2,80 mm er installert, er ventilklaringen korrekt. Installer i så fall 2,80 mm mellomlegg, drei veivakselen to omdreininger slik at de riktige ventilene vipper igjen og kontroller ventilklaringen igjen.

Det finnes ofte spesielle demonteringsverktøy for enkelt å skifte mellomleggene. Et eksempel på dette kan sees på bildet.

Justering av ventilklaring ved hjelp av justerbare eksenter:
Et ofte brukt system er den justerbare eksentrikken. Justeringsskruen kan bare dreies når låsemutteren er løsnet en kvart omdreining. Når justeringsskruen deretter dreies, vil avstanden mellom ventilstammen og vippearmen umiddelbart øke eller minske. Ved deretter å stramme låsemutteren, låses justeringsskruen igjen.

Også her må selvfølgelig ventilene til riktig sylinder først settes til å vippe! Ved å kjenne mellom ventilstammen og vippearmen med en følemåler av riktig tykkelse (dvs. samme verdi som fabrikkverdien), kan det fastslås om ventilklaringen er for stor, for liten eller riktig. Ved å vri på justeringsskruen og hele tiden flytte følemåleren mellom den, kan man finne riktig posisjon til justeringsskruen der ventilklaringen er riktig. Trekk deretter til låsemutteren og kontroller at klaringen fortsatt er den samme. Det er en god sjanse for at justeringsskruen blir litt vridd ved tiltrekking av låsemutteren med mindre et spesialverktøy spesifisert av produsenten brukes.

Multiventilteknologi:
Hver firetaktsmotor har minst 1 inntaksventil og 1 eksosventil. Kraftigere og mer økonomiske motorer har ofte 2 innsugsventiler og 2 eksosventiler. Noen typer har 2 innløpsventiler og 1 eksosventil, eller 3 innløpsventiler og 1 eksosventil.
Det er to hovedfordeler med å bruke flere ventiler, nemlig:

Ventilene vil ha en noe mindre diameter, noe som fører til lavere masse (mindre vekt) per ventil. Den største fordelen med dette er at ventilene ikke flyter ved høye motorhastigheter. Flyteventiler betyr at når motoren går på høyt turtall (f.eks. 5000 rpm) åpnes og lukkes ventilene så raskt at ventilfjærene ikke lenger rekker å trykke ventilen lukket. Ventilen stenger derfor ikke helt på ventilsetet. Dette kan resultere i at stemplet treffer ventilen, eller at ventilen overopphetes fordi den ikke lenger kan overføre varme til ventilsetet. De flere ventilene gjør ventilene lettere og gir ventilfjærene nok tid til å stenge ventilen.
Den lavere massen per ventil gjør at ventilene kan lukkes raskere. Dette gjør det mulig å bruke variabel ventiltiming, hvorved posisjonen til kamakselen endres ved et bestemt motorturtall eller belastning.

Variabel ventiltiming og ventilløft:
Moderne motorer bruker ofte variabel ventiltiming. Noen motorprodusenter bruker også variabel ventilløft (inkludert BMW). Disse kapitlene er beskrevet separat på sidene: