Motor
Zylinderköpfe
Grundwissen zu den Ventilen

Dieser Artikel ist in der Clubzeitschrift des Citroen SM Clubs Deutschland erstmals erschienen. Die Clubzeitschrift erscheint für Mitglieder regelmäßig und beinhaltet stets aktuelle Erlebnisberichte, technische Artikel sowie Informationen über die aktuelle Ersatzteillage. Weitere Informationen auf der Clubseite.



Ein- und Auslassventile sind Präzisionsteile zur Sperrung von Strömungsquerschnitten, die man für die Steuerung des Gaswechsels 4-Takt-Motoren verwendet. Sie sollen den Arbeitsraum des Zylinders nach außen abdichten. Die thermisch nicht so hoch beanspruchten Einlassventile werden durch Umspülung von Frischgasen gekühlt. Auslassventile unterliegen dagegen bei jedem Zünd- und Aushubstakt hohen Belastungen und chemischer Korrosion. Ventile werden deshalb, ihrer Funktion entsprechend, aus unterschiedlichen Werkstoffen hergestellt.

 

Einlassventile

Einlassventile sind von 500°C bis 650°C ausgesetzt. Sie haben einen Durchmesser von 7,85mm. Nur die Einlassventilschäfte erhalten Dichtungen (Goetz WDR 860-1 NWP), diese sind immer bei Reparaturen zu erneuern.

Bei jeder Zylinderkopfüberholung sollten Ventile und Ventilsitze neu eingeschliffen werden, weil der Ventilsitz mit dem Sitz im Ventilkopf eine metallische Abdichtung herstellen muss. Dabei beträgt die Breite des Ventillauflagers 2,5 mm maximal bei den Einlassventilen, der Winkel 90 (45) Grad. Verwendung findet ein induktiv gehärteter Werkstoff.

 

Auslassventile

Die thermisch und chemisch sehr stark beanspruchten Auslassventile erreichen Temperaturen bis zu 1000°C . Da sich normaler Auslassventil-Werkstoff bei diesen Temperaturen verformt, werden Hohlventile verwendet, in welchen eine Natriumfüllung eingebracht ist. Der Hohlraum wird zu etwa 60% des Volumens mit metallischem Natrium gefüllt, das bei 97°C schmilzt und die Wärme vom Teller zum Schaft ableitet. Die Temperatur am Ventilkopf wird dadurch um etwa 80°C bis 120 °C verringert. Das Auslassventil hat einen Durchmesser von 8/85mm. Der Fräswinkel beträgt ebenso 90 (45) Grad, bei einer Breite der Ventilsitzauflage von maximal 2,2mm. Es empfiehlt sich, zwischen Ventilsitz und Sitzring einen Differenzwinkel vorzusehen,, den man so legt, dass die dem Verbrennungsraum zugekehrte Seite durch eine anfängliche Linienberührung abdichtet und den Verbrennungsgasen keinen Durchtritt gestattet.

Achtung : Verbrauchte Hohlventile mit Natriumfüllung dürfen nicht ohne weiteres verschrottet werden (heftige Reaktion mit Wasser).




Schaftende

Ventilschaftenden unterliegen hohen Beanspruchungen durch die Betätigungselemente. Eingeschlagene oder verschlissene Enden bedingen immer den Ventilaustausch (Bruchgefahr). Am Schaftende erkennt der Fachmann auch Drehfehler des Ventils.

 

Abstreifkante

Viele SM-Motoren leiden darunter, dass sich am Teil des Ventilschaftes, der in den Gaskanal hineinragt, so stark Ölkohle absetzt, dass dadurch das Ventil der Führung klemmt und nicht mehr schließt. Es kann dann keine Wärme über den Sitzring abgeführt werden, wodurch das Ventil rasch verbrennt. Der richtige Einbau der Ventilführung ist hier wichtig. Man legt die Führungskante so, dass sie mit dem Gaskanal bündig abschließt, und verengt den Schaftdurchmesser oberhalb der Hohlkehle ( 1/2 Ventilhub).

 

Ventilführung

Ventilführungen sorgen dafür, dass sich die Ventile auf ihrem Sitz zentrieren und ein Teil der Wärme vom Ventilkopf über den Ventilschaft an den Zylinderkopf abgegeben wird. Diese Aufgabe können sie nur dann erfüllen, wenn das richtige Spiel zwischen Führungsbohrung und Ventilschaft besteht. Er darf nicht zu klein sein, damit das Ventil nicht zum Stecken neigt und nicht groß, weil sonst die Wärmeabführung zu gering ist (Richtwert 6 - 9 pro Mille des Schaftdurchmessers). Führungen sollen auf keinen Fall in den Auspuffkanal hineinragen, um zu starkes Aufheizen zu vermeiden, was zu Ölkohleansatz führt (Steckenbleiben). In gleicher Weise ist der Oberflächenbeschaffenheit des Ventilschaftes größte Aufmerksamkeit zu schenken.

 

Ventilspiel

Jeder Motorenfachmann ist sich der Bedeutung eines richtig eingestellten Ventilspiels bewusst. Durch die Änderung des Ventilspiels ergeben sich zwangsläufig auch unterschiedliche Schließzeiten (veränderte Kontaktzeit, in der das Ventil auf dem Zylinderkopfsitz aufliegt). Bei zu großem Ventilspiel kann es zu regelrechtem Zerhämmern der Schaftstirnfläche/Einstellplättchen und zum Ventilbruch im Bereich der Ventilbefestigung kommen.

Weiterhin tritt beim engen Ventilspiel, durch die Nockenform bedingt, eine Verlangsamung der Öffnungs- und Schließzeiten ein.



Außermittige Kennzeichen des Ventilltellers

Wenn vor dem Einbau der Ventile eine Kennzeichnung erfolgen muss, ist unbedingt auf Vermeidung eines Verzuges zu achten. Erfolgt die Kennzeichnung an der Tellerfläche durch außermittiges Einschlagen einer Schlagzahl, tritt mit größter Wahrscheinlichkeit ein Verzug des Tellers ein. Beim Einsatz eines solchen Ventilkegels kommt es zu einer einseitigen Beaufschlagung. Das Ausbrechen einer Tellerpartie oder ein Schaftbruch mögen die Folge sein.


Das Bild zeigt einen Ventilteller mit einer stark außermittig liegenden Schlagzahl. Ein Verzug des Tellers hat hier zu einem örtlichen Ausbruch während des Motorbetriebes geführt.


Ein kleines Ventilspiel (bis Spiel-0) zieht ein rapides Anwachsen der Temperatur bis zu zusätzlich 100°C , insbesondere im Tellerrandbereich des Ventils nach sich, welches häufig zum Durchbrennen des Ventilsitzes führt. Bei Fahrzeuginspektionen werden, falls erforderlich, Ventilspielkorrekturen vorgenommen.


Wenn auch
vom Laien die Wichtigkeit des Ventilspiels richtig eingeschätzt würde, könnte mancher Motorschaden vermieden werden.


Beim Citroen SM sind folgende Werte unbedingt einzuhalten:

Einlassventil: 0,30 – 0,35mm

Auslassventil 0,50 – 0,55mm

 

 

Zusammenfassung

Während jeder SM-Fahrer gewisse Ventilprobleme nicht oder nur bedingt beeinflussen kann (z.B. Heißkorrosion, Narben, Kraftstoffeinfluss, Schmieröleinfluss, Durchbrennen von Hohlventilen, Fluchtfehler, Ventildrehfehler, weite oder enge Ventilführungen), so kann er sehr wohl die viel häufigeren Fehler wie thermische und mechanische Überlastungen (Wasser, Öl, zu kleines Ventilspiel, Überdrehzahlen) und Schaftendbeschädigungen (zu großes Ventilspiel, Überdrehzahlen) jederzeit meiden bzw. durch Kontrollen ausschalten.

Bei Temperaturmessungen an Ventilen hat sich herausgestellt, dass unterschiedliche Kraftstoffe sowie verschiedene Zündzeitpunkte (früh / spät) kaum die Ventiltemperatur beeinflussen. Entscheidend ist ausschließlich die Ventilspieleinstellung. Insbesondere muss der Ventiltrieb so eingestellt sein, dass sich im Betriebszustand das Ventilspiel nicht zur engen Seite hin ändert.

Eine notwendige Zylinderkopfüberholung sollte deshalb einer Qualitätswerkstatt anvertraut werden, welche die notwendigen technischen und personellen Voraussetzungen besitzt. Viele Schäden an Ventilen, Führungen, Sitzen, Federn etc. lassen sich nur im ausgebauten und gereinigten Zustand wahrnehmen.


Zuletzt viel Spaß beim Kontrollieren und notfalls beim Instandsetzen des Zylinderkopfes. Die technischen Details habe ich dem Handbuch der TRW-Thompson entnommen und wurde von Mitarbeitern der Firma Kolben-Seeger unterstützt.


wif