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  Ventile
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Aufgabe

Einen oder mehrere Kanäle so zu öffnen, dass der Zylinder optimal mit Luft (Dieselmotor) oder Kraftstoff-Luft-Gemisch (Ottomotor) versorgt wird und verbranntes Gemisch den Zylinder möglichst vollständig und mit geringen Verlusten verlässt. In den übrigen Takten sollen sie den Zylinderraum gegenüber dem Ansaug- bzw. Abgaskanal abdichten.

Funktion

Vom Nocken der Nockenwelle übertragen Tassenstößel, Stößelstangen, Kipphebel oder Schwinghebel die Kraft auf das Ventil und öffnen es, bevor der Kolben den unteren (Auslaßventil) oder den oberen Totpunkt (Einlaßventil) erreicht. Dadurch werden die Gase so frühzeitig wie möglich zum Ein- oder Ausströmen angeregt. Eine oder zwei Ventilfedern schließen das Ventil nach dem Totpunkt. Die Gase können nachströmen.
Der Öffnungsquerschnitt der Einlassseite ist meist größer als der auf der Auslaßseite, weil Druck effektiver ist als Unterdruck. Ein Ventil besteht aus Schaft und Teller. Am Teller ist eine Fase von 45° eingefräst, in Sonderfällen auch mit kleinerem Winkel. In jedem Fall passt sie genau zum Gegenstück, dem Ventilsitz, der meist als Ring im Zylinderkopf eingeschrumpft ist. Ventile können nicht nur im Schaft, sondern auf im Teller hohl sein.

Art des EinsatzesTemperatur
Auslassseite - Benzinmotor600 - 850°C
Auslassseite - Dieselmotor800 - 1050°C
Einlassseite - beide Motorartenca. 500°C

Werkstoffe

Die Temperaturen erreichen also bis zu 1050°C. Bei Maximaldrehzahl werden Ventile über 50 Mal in der Sekunde geöffnet und wieder geschlossen. Beim Schließen wird das Ventil am oberen Ende des Schaftes gezogen und knallt mit seinem Teller auf den Ventilsitz. Dabei wirkt eine Kraft von etwa 200 N, bei sportlichen Motoren auch bedeutend mehr. Zu den mechanischen Problemen der Längung kommen noch chemische z.B durch Korrosion hinzu. Einlaßventile bestehen deshalb aus Chrom-Silizium-Stahl. Der Ventilschaft kann zusätzlich verchromt sein. Beim Auslaßventil sind der Teller aus Chrom-Mangan-Stahl und der Schaft aus Chrom-Nickel-Stahl. Verschleißbeanspruchte Stellen sind gehärtet. Z.T. ist der Schaft von Auslaßventilen hohl und mit Natrium gefüllt.
Der Ventilsitz und das Schaftende sind wegen der hohen Beanspruchung mit Hartmetall gepanzert. Spezielle Gummi-Kunststoffkappen an den Ventilschäften verhindern, dass Motoröl in die Gaskanäle eindringt.

Ventilfeder

Der Ventilfeder kommt im Ventiltrieb eine wichtige Aufgabe zu. Sie ist für das vollständige Schließen des Ventils verantwortlich. Dabei darf sie nicht zu kräftig ausgelegt werden, belastet sie doch die Nockenbahnen und/oder den entsprechenden Roll- bzw. Gleitreibungspartner. Ist sie aber zu schwach ausgelegt, so hebt der Ventiltrieb ab, es kommt bei höheren Motordrehzahlen zum gefürchteten Ventilflattern. Dabei kann sogar der Kolben auf seinem Weg nach OT gegen ein nicht mehr rechtzeitig schließendes Ventil schlagen und umfangreiche Schäden verursachen.
Je größer die Massen im Ventiltrieb, desto mehr bleibt an Arbeit für die Ventilfedern übrig. Diese ist bei obenliegender(n) Nockenwelle(n) noch gering. Oben in Bild 4 ist ein besonders problematischer Fall dargestellt. Ein (in diesem Fall V8-Motor) mit untenliegender Nockenwelle soll als Rennversion auf Drehzahlen von über 75001/min gebracht werden. Dies wird mit zwei oder drei ineinander liegenden Ventilfedern erreicht. Dadurch ist zusätzlich etwas Sicherheit vor einem Ventil/Kolben-Crash und durch gestufte Wirkung ein nicht so heftiges Schließen möglich.

Wichtig

Ventile ohne Ventilspielausgleich müssen in regelmäßigen Intervallen mit der Fühlerlehre nachgestellt werden. Dazu dürfen die Nocken das Ventil nicht betätigen. Ein bestimmtes Ventilspiel ist bei nachstellbaren Ventilen nötig, damit diese sicher schließen. Zu großes Spiel führt zu Leistungsverlust und Geräuschen im Ventiltrieb, zu geringes zum Verbrennen des Ventiltellers, weil das Ventil keinen Kontakt mehr zum kühlenden Zylinderkopf hat. Beim Benzinmotor kann sogar ein Motorbrand ausgelöst werden, wenn heißes, zündfähiges Gemisch in die Ansaugkanäle gelangt.






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