Ventile
Das Kraftstoff/Luft-Gemisch tritt durch die Einlassventilöffnungen in die Zylinder ein, und verbrannte Gase werden durch die Auslassventilöffnungen ausgestoßen. Der Kopf jedes Ventils öffnet und schließt diese Zylinderanschlüsse. Die in Flugzeugtriebwerken verwendeten Ventile sind vom herkömmlichen Tellertyp. Die Ventile werden auch nach ihrer Form typisiert und wegen ihrer Ähnlichkeit mit der Form dieser Pflanzen entweder Pilz oder Tulpe genannt. Abbildung zeigt verschiedene Formen und Typen dieser Ventile.
Ventilkonstruktion
Die Ventile in den Zylindern eines Flugzeugtriebwerks sind hohen Temperaturen, Korrosion und Betriebsbelastungen ausgesetzt; Daher muss die Metalllegierung in den Ventilen all diesen Faktoren standhalten können. Da Einlassventile bei niedrigeren Temperaturen arbeiten als Auslassventile, können sie aus Chromnickelstahl hergestellt werden. Auslassventile bestehen normalerweise aus Nichrom-, Silchrom- oder Kobalt-Chrom-Stahl, da diese Materialien viel hitzebeständiger sind.
Der Ventilkopf hat eine geschliffene Fläche, die bei geschlossenem Ventil gegen den geschliffenen Ventilsitz im Zylinderkopf abdichtet. Die Stirnfläche des Ventils wird normalerweise auf einen Winkel von entweder 30° oder 45° geschliffen. Bei einigen Motoren ist die Einlassventilfläche auf einen Winkel von 30° und die Auslassventilfläche auf einen 45°-Winkel geschliffen. Ventilflächen werden häufig durch die Anwendung eines Materials namens Stellit haltbarer gemacht. Etwa 1/16 Zoll dieser Legierung wird an die Ventilfläche geschweißt und auf den richtigen Winkel geschliffen. Stellit ist beständig gegen Hochtemperaturkorrosion und widersteht auch Stößen und Verschleiß, die mit dem Ventilbetrieb verbunden sind. Einige Motorhersteller verwenden eine Nichrom-Beschichtung auf den Ventilen. Dies dient dem gleichen Zweck wie das Stellit-Material.
Der Ventilschaft dient als Pilot für den Ventilkopf und läuft in der dafür im Zylinderkopf eingebauten Ventilführung. Der Ventilschaft ist oberflächengehärtet, um Verschleiß zu widerstehen. Der Hals ist der Teil, der die Verbindung zwischen Kopf und Stiel bildet. Die Spitze des Ventils ist gehärtet, um dem Schlag des Ventilkipphebels beim Öffnen des Ventils standzuhalten. Eine bearbeitete Nut am Schaft in der Nähe der Spitze nimmt die Spaltring-Schaftschlüssel auf. Diese Schaftkeile bilden einen Sicherungsring, um die Sicherungsscheibe der Ventilfeder an Ort und Stelle zu halten.
Einige Einlass- und Auslassventilschäfte sind hohl und teilweise mit metallischem Natrium gefüllt. Dieses Material wird verwendet, weil es ein hervorragender Wärmeleiter ist. Das Natrium schmilzt bei etwa 208 °F und die Hin- und Herbewegung des Ventils zirkuliert das flüssige Natrium, wodurch es Wärme vom Ventilkopf zum Ventilschaft abführen kann, wo sie durch die Ventilführung zum Zylinderkopf und den Kühlrippen abgeleitet wird . Somit kann die Betriebstemperatur des Ventils um bis zu 300° bis 400°F reduziert werden. Unter keinen Umständen darf eine mit Natrium gefüllte Klappe aufgeschnitten oder einer Behandlung unterzogen werden, die zum Platzen führen kann. Kontakt des Natriums in diesen Ventilen mit der Außenluft führt zu einem Brand oder einer Explosion mit möglichen Personenschäden.
Die am häufigsten verwendeten Einlassventile haben massive Schäfte und der Kopf ist entweder flach oder tulpenförmig. Einlassventile für Motoren mit geringer Leistung sind normalerweise flachköpfig. Bei einigen Motoren kann das Einlassventil vom Tulpentyp sein und einen kleineren Schaft als das Auslassventil haben, oder es kann dem Auslassventil ähnlich sein, aber einen massiven Schaft und Kopf haben. Obwohl diese Ventile ähnlich sind, sind sie nicht austauschbar, da die Flächen der Ventile aus unterschiedlichem Material bestehen. Das Einlassventil hat normalerweise eine flache Fräsung an der Spitze, um es zu identifizieren.
Ventilbetätigungsmechanismus
Damit ein Hubkolbenmotor ordnungsgemäß funktioniert, muss jedes Ventil zur richtigen Zeit öffnen, für die erforderliche Zeit offen bleiben und zur richtigen Zeit schließen. Einlassventile werden geöffnet, kurz bevor der Kolben den oberen Totpunkt erreicht, und Auslassventile bleiben nach dem oberen Totpunkt geöffnet. Zu einem bestimmten Zeitpunkt sind also beide Ventile gleichzeitig geöffnet (Ende des Ausstoßtaktes und Beginn des Ansaugtaktes). Diese Ventilüberschneidung ermöglicht einen besseren volumetrischen Wirkungsgrad und senkt die Zylinderbetriebstemperatur. Diese Zeitsteuerung der Ventile wird durch den Ventilbetätigungsmechanismus gesteuert und wird als Ventilzeitsteuerung bezeichnet.
Der Ventilhub (Abstand, um den das Ventil von seinem Sitz abgehoben wird) und die Ventildauer (Zeitdauer, während der das Ventil offen gehalten wird) werden beide durch die Form der Nocken bestimmt. Typische Nocken sind in Abbildung dargestellt. Der Teil des Nockens, der den Ventilbetätigungsmechanismus sanft in Bewegung setzt, wird als Rampe oder Stufe bezeichnet. Die Rampe ist auf jeder Seite des Nockens bearbeitet, um zu ermöglichen, dass der Kipphebel leichter in Kontakt mit der Ventilspitze kommt und somit die Stoßbelastung reduziert wird, die andernfalls auftreten würde. Der Ventilbetätigungsmechanismus besteht aus einem Nockenring oder einer Nockenwelle mit Nocken, die gegen eine Nockenrolle oder einen Nockenstößel arbeiten. Der Nockenstößel drückt eine Schubstange und eine Kugelpfanne und betätigt einen Kipphebel, der wiederum das Ventil öffnet. Quellen,
Nockenringe
Der Ventilmechanismus eines Sternmotors wird je nach Anzahl der Zylinderreihen von einem oder zwei Nockenringen betätigt. Bei einem einreihigen Sternmotor wird ein Ring mit einer doppelten Nockenbahn verwendet. Eine Bahn betätigt die Einlassventile, die andere die Auslassventile. Der Nockenring ist ein kreisförmiges Stück Stahl mit einer Reihe von Nocken oder Nocken auf der Außenfläche. Die Oberfläche dieser Nocken und der Raum zwischen ihnen (auf dem die Nockenrollen laufen) wird als Nockenbahn bezeichnet. Wenn sich der Nockenring dreht, bewirken die Nocken, dass die Nockenrolle den Stößel in der Stößelführung anhebt, wodurch die Kraft durch die Stößelstange und den Kipphebel übertragen wird, um das Ventil zu öffnen. Bei einem einreihigen Sternmotor befindet sich der Nockenring normalerweise zwischen dem Propelleruntersetzungsgetriebe und dem vorderen Ende des Leistungsteils. Bei einem zweireihigen Sternmotor
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Der Nockenring ist konzentrisch mit der Kurbelwelle montiert und wird von der Kurbelwelle mit einer reduzierten Drehzahl über die Nocken-Zwischenantriebszahnradanordnung angetrieben. Der Nockenring hat zwei parallele Sätze von Nocken, die um den Außenumfang herum beabstandet sind, ein Satz (Nockenbahn) für die Einlassventile und der andere für die Auslassventile. Die verwendeten Nockenringe können sowohl an den Einlass- als auch an den Auslassspuren vier oder fünf Nocken aufweisen. Der Zeitpunkt der Ventilereignisse wird durch den Abstand dieser Nasen und die Geschwindigkeit und Richtung bestimmt, mit der die Nockenringe in Bezug auf die Geschwindigkeit und Richtung der Kurbelwelle angetrieben werden. Die Methode zum Antreiben des Nockens variiert bei verschiedenen Motormarken. Der Nockenring kann sowohl am Innen- als auch am Außenumfang mit Zähnen ausgeführt sein. Wenn das Untersetzungsrad mit den Zähnen an der Außenseite des Rings kämmt, der nocken dreht sich in drehrichtung der kurbelwelle. Wird der Ring von innen angetrieben, dreht sich der Nocken entgegen der Kurbelwelle.
Ein Nocken mit vier Nocken kann entweder bei einem Siebenzylinder- oder einem Neunzylindermotor verwendet werden. Beim Siebenzylinder dreht es sich in die gleiche Richtung wie die Kurbelwelle und beim Neunzylinder entgegengesetzt zur Kurbelwellendrehung. Beim Neunzylindermotor beträgt der Zylinderabstand 40° und die Zündfolge 1-3-5-7-9-2-4-6-8. Das bedeutet, dass zwischen den Zündimpulsen ein Abstand von 80° besteht. Der Abstand der vier Nocken des Nockenrings beträgt 90°, was größer ist als der Abstand zwischen den Impulsen. Daher ist es, um ein richtiges Verhältnis von Ventilbetrieb und Zündreihenfolge zu erhalten, erforderlich, den Nocken entgegen der Kurbelwellendrehung anzutreiben. Bei Verwendung des Viernasennockens beim Siebenzylindermotor ist der Abstand zwischen den Zündungen der Zylinder größer als der Abstand der Nockennasen. Deswegen,
Nockenwelle
Der Ventilmechanismus eines Gegenmotors wird durch eine Nockenwelle betätigt. Die Nockenwelle wird von einem Zahnrad angetrieben, das mit einem anderen an der Kurbelwelle angebrachten Zahnrad zusammenpasst. Die Nockenwelle dreht sich immer mit halber Kurbelwellendrehzahl. Wenn sich die Nockenwelle dreht, bewirken die Nocken, dass die Stößelbaugruppe in der Stößelführung ansteigt und die Kraft durch die Stößelstange und den Kipphebel überträgt, um das Ventil zu öffnen.
Stößelbaugruppe
Die Stößelbaugruppe besteht aus: 1. einem zylindrischen Stößel, der in einer Stößelführung hinein- und herausgleitet, die in einem der Kurbelgehäuseabschnitte um den Nockenring installiert ist; 2. Eine Stößelrolle, die der Kontur des Nockenrings und der Nocken folgt; 3. Eine Stößelkugelpfanne oder eine Schubstangenpfanne; und 4. eine Stößelfeder.
Die Funktion der Stößelbaugruppe besteht darin, die Drehbewegung des Nockens in eine hin- und hergehende Bewegung umzuwandeln und diese Bewegung auf die Schubstange, den Kipphebel und dann auf die Ventilspitze zu übertragen, wodurch das Ventil zum richtigen Zeitpunkt geöffnet wird. Der Zweck der Stößelfeder besteht darin, das Spiel zwischen dem Kipphebel und der Ventilspitze auszugleichen, um die Stoßbelastung beim Öffnen des Ventils zu verringern. Durch den Stößel wird ein Loch gebohrt, damit Motoröl zu den hohlen Stößelstangen fließen kann, um die Kipphebelbaugruppen zu schmieren.
Solide Heber/Stößel
Bei massiven Stößeln oder Nockenstößeln muss das Ventilspiel im Allgemeinen manuell durch Einstellen einer Schraube und einer Kontermutter eingestellt werden. Das Ventilspiel ist erforderlich, um sicherzustellen, dass das Ventil genügend Spiel im Ventiltrieb hat, um vollständig zu schließen. Diese Einstellung oder Inspektion war ein kontinuierlicher Wartungspunkt, bis hydraulische Heber verwendet wurden.
Hydraulische Ventilstößel/Heber
Einige Flugzeugtriebwerke enthalten hydraulische Stößel, die das Ventilspiel automatisch auf Null halten, wodurch die Notwendigkeit eines Ventilspiel-Einstellmechanismus entfällt. Ein typischer Hydrostößel (spielfreier Ventilstößel) ist in Abbildung dargestellt.
Wenn das Motorventil geschlossen ist, befindet sich die Fläche des Stößelkörpers (Nockenstößel) auf dem Grundkreis oder der Rückseite des Nockens. Die leichte Kolbenfeder hebt den hydraulischen Kolben an, so dass sein äußeres Ende die Stößelstangenbuchse berührt und einen leichten Druck darauf ausübt, wodurch jegliches Spiel im Ventilgestänge beseitigt wird. Wenn sich der Kolben nach außen bewegt, bewegt sich das Kugelrückschlagventil von seinem Sitz. Öl aus der Vorratskammer, die direkt mit dem Motorschmiersystem verbunden ist, strömt nach und füllt die Druckkammer. Wenn sich die Nockenwelle dreht, drückt der Nocken den Stößelkörper und den hydraulischen Stößelzylinder nach außen. Dadurch wird das Kugelrückschlagventil auf seinen Sitz gedrückt; somit wirkt der in der Druckkammer eingeschlossene Ölkörper als Polster. Während des Intervalls, in dem das Motorventil von seinem Sitz abgehoben ist, Zwischen Plunger und Zylinderbohrung tritt eine vorbestimmte Leckage auf, die jede Expansion oder Kontraktion im Ventiltrieb kompensiert. Unmittelbar nach dem Schließen des Motorventils fließt die zum Füllen der Druckkammer erforderliche Ölmenge aus der Vorratskammer ein und bereitet einen weiteren Betriebszyklus vor.
Hydraulische Ventilstößel werden normalerweise zum Zeitpunkt der Überholung eingestellt. Sie werden trocken (ohne Schmierung) zusammengebaut, das Spiel überprüft und die Einstellungen werden normalerweise unter Verwendung von Schubstangen unterschiedlicher Länge vorgenommen. Es wird ein minimales und maximales Ventilspiel festgelegt. Jede Messung zwischen diesen Extremen ist akzeptabel, aber etwa die Hälfte zwischen den Extremen ist erwünscht. Hydraulische Ventilstößel erfordern weniger Wartung, sind besser geschmiert und arbeiten leiser als die Typen mit Schraubeneinstellung.
Druckstange
Die rohrförmige Stößelstange überträgt die Hubkraft vom Ventilstößel auf den Schlepphebel. Eine Kugel aus gehärtetem Stahl wird über oder in jedes Ende des Rohrs gepresst. Ein Kugelende passt in die Buchse des Kipphebels. In einigen Fällen befinden sich die Kugeln auf dem Stößel und dem Kipphebel und die Buchsen auf der Schubstange. Die röhrenförmige Form wird wegen ihrer Leichtigkeit und Stärke verwendet. Es lässt das unter Druck stehende Motorschmieröl durch die Hohlstange und die gebohrten Kugelenden fließen, um die Kugelenden, das Kipphebellager und die Ventilschaftführung zu schmieren. Die Schubstange ist in einem rohrförmigen Gehäuse eingeschlossen, das sich vom Kurbelgehäuse zum Zylinderkopf erstreckt und als Schubstangenrohre bezeichnet wird.
Kipphebel
Die Kipphebel übertragen die Hubkraft von den Nocken auf die Ventile. Kipphebelbaugruppen werden von einem Gleit-, Rollen- oder Kugellager oder einer Kombination davon getragen, das als Drehpunkt dient. Im Allgemeinen liegt ein Ende des Arms an der Schubstange an und das andere an dem Ventilschaft. Ein Ende des Kipphebels ist manchmal geschlitzt, um eine Stahlrolle aufzunehmen. Das gegenüberliegende Ende ist entweder mit einer geteilten Klemme mit Gewinde und einem Verriegelungsbolzen oder einem Gewindeloch konstruiert. Der Arm kann eine Einstellschraube zum Einstellen des Spiels zwischen dem Kipphebel und der Ventilschaftspitze aufweisen. Die Schraube kann auf das angegebene Spiel eingestellt werden, um sicherzustellen, dass das Ventil vollständig schließt.
Ventilfedern
Jedes Ventil wird durch zwei oder drei Schraubenfedern geschlossen. Wenn eine einzelne Feder verwendet würde, würde sie bei bestimmten Geschwindigkeiten vibrieren oder schwanken. Um diese Schwierigkeit zu beseitigen, werden an jedem Ventil zwei oder mehr Federn (ineinander) installiert. Jede Feder schwingt bei einer anderen Motordrehzahl, und es ergibt sich eine schnelle Dämpfung aller Federstoßschwingungen während des Motorbetriebs. Zwei oder mehr Federn reduzieren auch die Gefahr einer Schwäche und eines möglichen Versagens durch Bruch aufgrund von Hitze und Metallermüdung. Die Federn werden durch geteilte Sperren an Ort und Stelle gehalten, die in der Aussparung des oberen Ventilfederhalters oder der Unterlegscheibe installiert sind und in eine Nut eingreifen, die in den Ventilschaft eingearbeitet ist. Die Funktion der Ventilfedern besteht darin, das Ventil zu schließen und das Ventil sicher auf dem Ventilsitz zu halten.
