Über die Ventile gelangen beim Verbrennungsmotor auf der einen Seite das Luftgasgemisch in den Brennraum und auf der anderen Seite die Verbrennungsrückstände in den Auspuffkrümmer.
Damit dies funktioniert, werden die Ventile im geschlossenen Zustand fest von Ventilfedern im Ventilsitz des Brennraums ‘verankert’. Drückt eine Nockenwelle von oben über einen Hebel, Stößel oder Ähnliches auf das Ventil, öffnet sich der Ventilteller und das frische bzw. verbrauchte Luft-Gasgemisch kann ein- bzw. ausströmen.
Ventilsteuerung
Gesteuert werden die Öffnungs- und Schließzeiten der Ventile in Abhängigkeit von der Stellung der Kurbelwelle üblicherweise über Steuerketten. Hierbei werden sie von Nockenwellen direkt oder via Schlepp- oder Kipphebel oder einem Tassenstößel geöffnet und von starken Federn wieder geschlossen und geschlossen gehalten.
Ventilspiel
Warum brauchen die Ventile Spiel? Weil sie sich bei Hitze ausdehnen und länger werden. Ist kein Spiel da, schließt ein Ventil nicht mehr richtig, wird nicht mehr gekühlt (Hitzestau am Ventilsitz) und verbrennt.
Auslassventile können bspw. extrem heiß werden (bis zu 800°C) und ihre Wärme nur im geschlossenen Zustand über den Ventilsitz an den Zylinderkopf abgeben.
Eingestellt werden Ventile über Shims (Unterlegplättchen) udn Hebel. Bei manchen (eher seltenen) Motorradmotoren gibt es Hydrostößel, die das Spiel automatisch ausgleichen.
Ventilüberschneidung
Das ist der Moment, in dem Einlass und Auslass kurzzeitig gleichzeitig offen stehen, um den Gaswechsel durch kinetische Energie zu unterstützen.
Steuerkette
Gebaut als Rollen- oder Zahnkette treibt die Steuerkette von der Kurbelwelle ausgehend die Nockenwelle zur Steuerung der Ventile an. Ein relativ langlebiger Spannmechanismus sorgt hierbei für eine straffe Kettenführung. Verschleißt der Kettenspanner, muss er nachjustiert oder ausgetauscht werden. Nachteilig ist ebenso ein Verschleiß der Kette selbst, die sich wie Antriebsketten mit der Zeit längt.
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Desmodromik
Ventilsteuerung, bei der Ein- wie Auslassventile ohne Federn über Nocken und Hebel direkt von der Nockenwelle geöffnet und geschlossen werden. Die Technik ist eher im Rennsport verbreitet, unter anderem, weil das Ventilspiel sehr viel genauer eingestellt werden kann.
Desmoquattro
Von Ducati verwendete, aufwändige Form der desmodromischen Ventilsteuerung für Straßenmaschinen, die ebenso aufwändigen (und teuren) Wartungsaufwand nach sich zieht. Hier schließt ein zusätzlicher Kipphebel über eine eigene Nocke das Ventil.
Gegenüberstellung Zwei- und Viertakter
Zweitakter
1. Takt
Der Kolben rauscht nach unten und komprimiert dort im (abgeschlossenen!) Kurbelgehäuse das Luftgasgemisch (Vorverdichtung). Auf seinem Weg legt er ferner einen Überstromkanal frei, wodurch über ihm das vorverdichtete Gemisch in den Zylinder und gleichzeitig die im vorigen Takt verbrannten Gase in den Auslasskanal gedrückt werden.
2. Takt
Nach Erreichen des unteren Totpunkts bewegt sich der Kolben wieder nach oben und verdichtet dabei das Frischgas endgültig. Gleichzeitig wird auf dem Weg nach oben der Einlasskanal geöffnet, so dass neues Frischgas ins Kurbelgehäuse gesaugt wird. Hat der Kolben seine Endposition erreicht (oberer Totpunkt, OT), zündet der Motor und presst den Kolben wieder nach unten.
Gut zu wissen: Da das Kurbelgehäuse vom Rest des Motors abgeschottet ist, aber trotzdem über bewegliche Teile verfügt, müssen diese irgendwie geschmiert werden. Dies geschieht über das dem Kraftstoff beigefügt Öl, das während des Einsaugens und der Vorverdichtung praktisch überallhin verteilt wird. Deshalb siehst du an den Tanken immer Zweiradbesitzer abseits der üblichen Tanksäulen ihr spezielles Gemisch in den Tank pumpen. Ausnahmen bilden hier CCI-Modelle (CCI = Cylinder and Crankshaft Injection, Zylinder- und Kurbelwellen-Einspritzung), bei denen das Schmieröl gesondert zugeführt wird.
Viertakter
1. Takt
Der Kolben rauscht vom oberen Totpunkt (OT) ausgehend nach unten und saugt auf seinem Weg zum unteren Totpunkt (UT) das Luft-Gasgemisch durch das zu diesem Zeitpunkt geöffnete Einlassventil in den Brennraum. Hat er den UT erreicht, schließt sich das Einlassventil (oder mehrere, je nach Bauart).
2. Takt
Auf dem Weg zurück nach oben verdichtet (komprimiert) der Kolben das Gemisch.
3. Takt
Kurz vor Erreichen des oberen Totpunkts zündet die Maschine das komprimierte Gemisch und der Verbrennungsdruck zwingt den Kolben wieder nach unten; das Einlassventil bleibt aber geschlossen.
4. Takt
Nach Erreichen des unteren Totpunkts öffnet sich das Auslassventil, so dass der Kolben auf dem Weg zurück zum oberen Totpunkt (und zurück zum 1. Takt) das Abgas in den Auspuffkrümmer drückt.
FAQ
Das ist der gefährlichste Zustand. Wenn der Motor heiß wird, dehnt sich das Ventil aus. Ist das Spiel zu gering, schließt das Ventil nicht mehr vollständig. Die Folge: Kompressionsverlust und – noch schlimmer – das Ventil kann seine Hitze nicht mehr an den Ventilsitz abgeben und verbrennt innerhalb kürzester Zeit.
Das hört man meistens durch ein deutliches TTickern’ oder Klappern aus dem Zylinderkopf. Es ist weniger gefährlich als zu geringes Spiel, führt aber zu Leistungsverlust, da das Ventil später öffnet und früher schließt (geringerer Gasdurchsatz) und die Mechanik mechanisch stärker belastet wird.
Das hängt stark vom Motor ab. Moderne Japaner haben oft Intervalle von 24.000 oder 42.000 km. Ältere luftgekühlte Motoren oder Hochleistungsmotoren verlangen oft schon alle 6.000 bis 12.000 km nach einer Kontrolle. Das Handbuch ist hier Gesetz.
Bei der Desmodromik wird das Ventil nicht durch eine Feder, sondern durch einen zweiten Kipphebel zwangsgeschlossen. Das verhindert Ventilflattern bei extrem hohen Drehzahlen, wo Federn mechanisch an ihre Grenzen kommen würden.
Bei Motoren mit Einstellschrauben (Kipphebel) ist das mit einer Fühlerlehre gut machbar. Bei Motoren mit ‘Shims’ (kleinen Distanzplättchen) kann das entsprechend ebenfalls gut klappen, bei vielen Modellen müssen aber die Nockenwellen ausgebaut werden.
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