Motorventile sind mechanische Komponenten, die in inneren Verbrennungsmotoren verwendet werden, um den Fluss von Flüssigkeit oder Benzin zu und von den Brennkammern oder Zylindern während des gesamten Motorbetriebs zu ermöglichen oder einzuschränken. Funktionell funktionieren sie ähnlich wie viele verschiedene Arten von Ventilen, indem sie den Durchfluss blockieren oder passieren, aber sie können eine grundsätzlich mechanische Vorrichtung sein, die mit verschiedenen Motorkomponenten verbunden ist, die aus Kippfingern bestehen, so dass man sie öffnen und schließen kann in der richtigen Sammlung und mit dem richtigen Timing.
Der Begriff Motorventil kann sich auch auf eine Art Rückschlagventil beziehen, das zur Lufteinspritzung als Teil der Abgasreinigungs- und Abgasrückführungsstrukturen in Kraftfahrzeugen verwendet wird. Diese Art von Motorventil wird in diesem Artikel nicht mehr behandelt.
Motorventile sind für viele Arten von Verbrennungsmotoren üblich, unabhängig davon, ob sie Benzin wie Kraftstoff, Diesel, Kerosin, Flüssigkraftstoff (LNG) oder Propan (LP) ablassen oder nicht. Motortypen reichen durch die Verwendung der Vielzahl von Zylindern, die die Brennkammern sind, die Elektrizität aus der Zündung von Benzin erzeugen. Sie reichen zusätzlich über die Betriebsform (2-Takt oder 4-Takt) und durch die konstruktive Anordnung der Ventile im Motor .
In diesem Artikel wird kurz die Funktionsweise von Motorventilen in gewöhnlichen Verbrennungsmotoren beschrieben sowie Fakten zu den Arten von Ventilen und deren Konstruktion und Materialien vorgestellt. Weitere Fakten zu verschiedenen und anderen Ventiltypen finden Sie in unserem zugehörigen Handbuch Ventile verstehen.
Nomenklatur der Motorventile
Die meisten Motorventile sind aufgrund ihrer Auf- und Abwärtsbewegung als Tellerventile ausgeführt und haben einen konischen Ventilkopf, der zu einem bearbeiteten Ventilsitz passt, um den Durchgang von Flüssigkeiten oder Gasen abzudichten. Sie werden aufgrund der exklusiven Form des Ventilkopfes auch Pilzventile genannt. Abbildung 1 zeigt die Nomenklatur für die außergewöhnlichen Faktoren in einem typischen Motorventil.
Diagramm mit der Nomenklatur eines Sitzventils.
Abbildung 1 – Nomenklatur für ein allgemeines Sitzventil.
Die Hauptfaktoren sind der Ventilschaft und der Ventilkopf. Der Kopf enthält eine Auskehlung, die direkt in eine Sitzfläche führt, die in einer gezielten Position bearbeitet wird, um die Bearbeitung des Ventilsitzes zu erleichtern, zu dem sie in Form gebracht wird. Der Sitz der Ventilfläche am Ventilsitz ist es, der das Ventil gegen Verbrennungsbeanspruchung abdichtet.
Der Ventilschaft verbindet das Ventil mit den mechanischen Elementen im Inneren des Motors, die das Ventil betätigen, indem eine Kraft erzeugt wird, um den Schaft gegen die von einer Ventilfeder bereitgestellte Sitzspannung zu transportieren. Die Haltenut wird benutzt, um den Frühling in der Funktion beizubehalten, und die Spitze des Ventilschafts wird wiederholt mittels eines Kipphebels, des Stößels oder des Hebers in Verbindung gebracht, der das Ventil betätigt.
Motorbetrieb
Vier Stoke- oder 4–Takt-Verbrennungsmotoren verwenden zwei primäre Arten von Ventilen – das Einlassventil und das Auslassventil. Einlassventile werden geöffnet, um das Abdriften eines Luft / Benzin-Gemisches in die Zylinder des Motors vor der Kompression und Zündung zu ermöglichen, während Auslassventile geöffnet werden, um das Ausstoßen von Abgasen aus der Verbrennungstechnik nach der Zündung zu ermöglichen.
Im normalen Betrieb ist eine Kurbelwelle innerhalb des Motors, an der die Kolben befestigt sind, mit einer Nockenwelle als Teil einer Ventiltriebanordnung für den Motor verbunden. Die Bewegung der Kurbelwelle überträgt die Bewegung über eine Steuerkette, einen Zahnriemen oder einen anderen Getriebemechanismus auf die Nockenwelle. Das Timing und die Ausrichtung zwischen der Position der Kurbelwelle (die die Position des Kolbens im Zylinder festlegt) und der Position der Nockenwelle (die die Platzierung der Ventile für den Zylinder bestimmt) ist nicht nur für die Spitzenleistung des Motors wichtig, sondern auch, um Störungen zwischen Kolben und Ventilen bei Motoren mit übermäßiger Kompression zu vermeiden.
Im Ansaugzyklus dreht der Kolben des Verbrauchszylinders beim Öffnen des Verbrauchsventils nach unten. Die Kolbenbewegung erzeugt eine schlechte Spannung, die es ermöglicht, die Luft / Kraftstoff-Kombination in den Zylinder zu ziehen. Kurz nachdem der Kolben die niedrigste Funktion im Zylinder erreicht hat (Rückseite und Mitte genannt), schließt das Verbrauchsventil. Im Kompressionszyklus wird das Einlassventil geschlossen, um den Zylinder abzudichten, da der Kolben innerhalb des Zylinders zur höchsten Funktion (genannt Pinnacle-Center) ansteigt, die das Luft / Gas-Gemisch in geringem Maße komprimiert. Diese Kompressionsbewegung dient dazu, dem Kolben eine bessere Belastung zu bieten, während der Kraftstoff gezündet wird, und zusätzlich das Gemisch vorzuwärmen, um eine effiziente Verbrennung des Kraftstoffs zu unterstützen. Im Leistungszyklus wird die Luft / Kraftstoff-Kombination gezündet, wodurch eine Explosion entsteht, die den Kolben in die unterste Position zurückdrückt und die durch Verbrennen des Luft / Benzin-Gemisches ausgelöste chemische Elektrizität in die Drehbewegung der Kurbelwelle überträgt. Beim Abgaszyklus steigt der Kolben innerhalb des Zylinders wieder nach oben, während das Verbrauchsventil geschlossen bleibt und das Auslassventil jetzt geöffnet ist. Der mittels des Kolbens erzeugte Druck hilft, die Abgase durch das Auslassventil aus dem Zylinder in den Abgaskrümmer zu drücken. An den Auspuffkrümmer angeschlossen sind die Abgaskrümmer, ein Satz von Rohren, die einen Schalldämpfer enthält, um akustische Geräusche zu verringern, und ein Katalysatorsystem, um Emissionen aus der Motorverbrennung zu verwalten. Sobald der Kolben die Spitze des Zylinders innerhalb des Abgaszyklus erreicht, beginnt das Auslassventil zu schließen und das Verbrauchsventil beginnt sich zu öffnen, wodurch das System erneut gestartet wird. Beachten Sie, dass die Zylinderbelastung beim Verbrauch dazu beiträgt, das Einlassventil geöffnet zu halten, und der hohe Druck innerhalb des Kompressionszyklus es ermöglicht, beide Ventile geschlossen zu halten.
Bei Motoren mit mehr als einem Zylinder wiederholen sich die identischen vier Zyklen in jedem der Zylinder, jedoch nacheinander, damit der Motor seine Stärke unter Beweis stellt und Geräusche und Vibrationen minimiert. Die Sequenzierung von Kolbenbewegung, Ventilbewegung und Zündung erfolgt durch die richtige mechanische Konstruktion und das elektrische Timing der Zündsignale zu den Zündkerzen, die das Luft / Kraftstoff-Aggregat zünden.
Motorventilbewegung
Die Bewegung der Motorventile wird mit Hilfe der Nockenwelle des Motors geschoben, die eine Reihe von Nocken oder Nocken enthält, die dazu dienen, eine lineare Bewegung des Ventils aus der Drehung der Nockenwelle zu erzeugen. Die Anzahl der Nockenkeulen auf der Nockenwelle entspricht der Anzahl der Ventile im Motor. Wenn sich die Nockenwelle im Zylinderkopf befindet, wird der Motor als obenliegende Nockenwelle (OHC) bezeichnet; Während sich die Nockenwelle im Motorblock befindet, wird der Motor als obenliegendes Ventil (OHV) bezeichnet. Unabhängig von der Motoranordnung erfolgt die Primärbewegung der Motorventile über den Nockenantrieb im Gegensatz zu einem Heber oder Stößel, der einen Druck bereitstellt, der gegen den Ventilschaft drückt und die Ventilfeder komprimiert, wodurch die Federspannung aufgehoben wird, die das Ventil in der geschlossenen Position fortsetzt. Diese Bewegung des Ventilschafts hebt das Ventil vom Sitz im Zylinderkopf ab und öffnet das Ventil. Sobald sich die Nockenwelle weiterdreht und der Nockenlappen wirkt, damit das Exzenterbauteil nun nicht ohne Verzögerung in Kontakt mit dem Stößel steht, schließt die Federspannung das Ventil, weil der Ventilschaft am zentrischen Teil des Nockenlappens abfährt.
Die Aufrechterhaltung des richtigen Ventilspiels zwischen Ventilschaft und Kipphebel oder Nocken ist für den ordnungsgemäßen Betrieb der Ventile äußerst wichtig. Es wird ein gewisser Mindestabstand angestrebt, um die Vergrößerung von Stahlelementen zu ermöglichen, wenn die Motortemperatur zu einem bestimmten Zeitpunkt im Betrieb ansteigt. Spezifische Abstandswerte reichen von Motor zu Motor, und das Versäumnis, den richtigen Abstand einzuhalten, hat extreme Auswirkungen auf den Motorbetrieb und die Gesamtleistung. Wenn das Ventilspiel einfach zu groß ist, öffnen sich die Ventile später als optimal und können sich schneller schließen, was die Gesamtleistung des Motors und das Motorgeräusch verringern kann. Wenn das Ventilspiel einfach zu klein ist, schließen sich die Ventile nicht mehr vollständig, was zu einer fehlenden Kompression führen kann. Hydraulische Ventilheber sind selbstkompensierend und können die Notwendigkeit von Ventilspieländerungen aufschieben.
Moderne Verbrennungsmotoren können je nach Konstruktion und Software ein einzigartiges Ventilprogramm zylindergerecht einsetzen. Kleinere Motoren, wie sie in Rasenmähern verwendet werden, können auch ein einzelnes Verbrauchsventil und ein Auslassventil haben. Größere Automotoren zusammen mit Vier-, 6- oder Achtzylindermotoren können 4 Ventile je nach Zylinder oder gelegentlich 5 verwenden.
Motorventilwerkstoffe
Motorventile sind eine der Komponenten in Verbrennungsmotoren, die besonders beansprucht werden. Der Wunsch nach zuverlässigem Motorbetrieb schreibt vor, dass Motorventile in der Lage sein müssen, einer wiederholten und ununterbrochenen Einwirkung von hohen Temperaturen, hohem Druck aus der Brennkammer und mechanischen Belastungen und Belastungen aus der Motordynamik standzuhalten.
Die Verbrauchsventile von Verbrennungsmotoren werden aufgrund der Kühlergebnisse des mit Hilfe des Ventils im Laufe des Verbrauchszyklus durchströmenden Luft/Benzin-Aggregats deutlich weniger thermisch belastet. Auslassventile sind zum Vergleich höheren thermischen Druckbereichen ausgesetzt, indem sie sich während des gesamten Abgaszyklus des Motors innerhalb des Abgaswegs befinden. Darüber hinaus bedeutet die Tatsache, dass das Auslassventil während des Auslasszyklus geöffnet ist und jetzt nicht in Kontakt mit dem Zylinderkopf steht, dass die kleinere thermische Masse der Verbrennungsfläche und des Ventilkopfs eine größere Fähigkeit für eine schnelle Temperaturänderung aufweist.
Einlassventile werden aufgrund ihrer niedrigeren Betriebstemperaturen typischerweise aus Materialien hergestellt, die Chrom-, Nickel- oder Wolframmetall enthalten. Die Auslassventile mit höherer Temperatur können auch hitzebeständigere Metalle zusammen mit Nichrom‑, Silizium-Chrom- oder Kobalt-Chrom-Legierungen verwenden.
Ventilflächen, die höheren Temperaturen ausgesetzt sind, werden gelegentlich durch Verschweißen von Stellit, einer Legierung aus Kobalt und Chrom, mit der Ventilfläche langlebiger gemacht.
Andere Gewebearten, die zur Herstellung von Motorventilen verwendet werden, bestehen aus Edelstahl, Titan und Tribaloy-Legierungen.
Ventilhersteller
Darüber hinaus können Beschichtungen und Oberflächenveredelungen aufgebracht werden, um die mechanischen Eigenschaften zu verbessern und die Eigenschaften der Motorventile zu verbessern. Beispiele hierfür sind Verchromung, Phosphatierung, Nitridbeschichtung und Drallveredelung