Automatisches Auslassventil

Eine schlechte Verbrennung führt nicht nur zu einem Anstieg der Abgastemperatur, sondern führt auch zur Kohlenstoffbildung im Brennraum. Der Anstieg der Abgastemperatur verschlechtert die Arbeitsumgebung des Auslassventils und andere Vermischungsbedingungen können das Durchbrennen des Ventils weiter verschlimmern. Ein Teil des Kohlenstoffs im Brennraum wird mit dem Abgas ausgetragen, er kann sich jedoch ähnlich wie die oben genannten Partikel an der Dichtfläche des Auslassventils und des Ventilsitzes festsetzen. Insbesondere wenn die Heiztemperatur von Schweröl nicht gut kontrolliert wird, erschwert seine hohe Viskosität die Zerstäubung des in den Zylinder eingespritzten Kraftstoffs. Eine durch Verschleiß am Kolben der Hochdruck-Ölpumpe verursachte Rückverlagerung der Verbrennung kann zu einer schlechten Verbrennung und damit zu einer Verunreinigung der Dichtflächen des Auslassventils und des Ventilsitzes durch Kohlenstoffablagerungen führen. Darüber hinaus können sich Verunreinigungen im Kraftstoff auf dem Auslassventilteller und dem Ventilsitzdichtkegel ablagern und eine mit Kohlenstoffpartikeln vermischte Glasschicht bilden, die immer härter und spröder wird. Diese Mischung kann Natriumsulfat, Calciumsulfat, Eisenoxid und andere Substanzen enthalten. Wenn die Dicke dieser Glasschicht zu groß wird, können sich beim Schließen des Gasventils unter der Aufprallkraft Risse bilden. Nach wiederholten Stößen können diese Risse zum Abblättern führen, wodurch ein Hochtemperatur-Gasstrahlkanal entsteht und das Gasventil durchbrennt.

Wenn in den Brennraum eintretendes Öl mit nicht brennbaren Verunreinigungspartikeln vermischt wird, können diese Partikel zusammen mit dem Abgas den Zylinder verlassen. Beim Auslassvorgang besteht die Möglichkeit, dass sie sich beim Schließen des Ventils an der Dichtfläche des Auslassventils und am Ventilsitz festsetzen. Dadurch kann das Auslassventil nicht vollständig schließen. Der Durchmesser der festsitzenden Partikelverunreinigungen kann mit der Ventilöffnung übereinstimmen. Obwohl die Partikelverunreinigungen, die durch die Düse des Kraftstoffinjektors in die Brennkammer gelangen können, relativ gering sind, kann die explosionsartige Verbrennung in der Brennkammer einen sehr hohen Druck erzeugen, der dazu führt, dass Verbrennungsgas mit hoher Temperatur durch die kleine Ventilöffnung austritt. Zu diesem Zeitpunkt kann die Temperatur des austretenden Verbrennungsgases etwa 2000 Grad erreichen, was viel höher ist als die Temperatur des Abgases, das während des Ausstoßhubs über die Dichtfläche des Auslassventils strömt. Während das Dichtflächenmaterial des Auslassventils der normalen Abgaserosion standhalten kann, kann es der Erosion durch Verbrennungsgase mit hohem Druck und hoher Temperatur nicht standhalten, was zu einem schnellen Durchbrennen des Auslassventils führt. Dies gilt insbesondere dann, wenn das Ventil mit extrem harten Partikeln wie Aluminiumoxid und Siliziumoxid in Schweröl verklebt ist. Da der Dichtkegel eines gewöhnlichen Auslassventils bei Betriebstemperatur nicht sehr hart ist, können durch den Aufprall des geschlossenen Ventils harte Verbrennungsproduktpartikel in der Dichtfläche verankert werden, wodurch Löcher entstehen. Sobald diese Vertiefungen die Dichtfläche durchdringen, kommt es zu Luftleckagen, die zum Durchbrennen des Ventils führen.

Derzeit enthalten minderwertige Kraftstoffe, die üblicherweise auf dem Schifffahrtsmarkt verwendet werden, große Mengen an Vanadium, Natrium und Schwefel. Bei der Verbrennung bilden Elemente wie Schwefel, Vanadium und Natrium Schwefeloxide, Vanadiumpentoxid und Natriumoxid (die chemische Zusammensetzung dieser Oxide hängt vom Sauerstoffüberschuss und der Verbrennungstemperatur ab). Diese Oxide können miteinander und mit Kalzium im Schmieröl reagieren und Salze mit niedrigem Schmelzpunkt wie Natriumsulfat, Kalziumsulfat und Natriumvanadat bilden. Diese Salzmischungen haben im Allgemeinen Schmelzpunkte um 535 Grad und sind stark korrosiv. Wenn die Temperatur eines Bauteils 550 Grad übersteigt, können die Vanadium- und Natriumverbindungen schmelzen und an der Oberfläche haften. Wenn das Auslassventil aufgrund verschiedener Faktoren bei Temperaturen von 550 Grad oder mehr betrieben wird, können sich diese Verbindungen in flüssiger Form auf dem Ventilteller und -sitz sowie auf der Übergangsfläche zwischen Ventilschaft und Ventiloberfläche ablagern. An diesem Punkt kann sogar sehr korrosionsbeständiger Hartlegierungsstahl korrodieren. Die Folge dieser Korrosion ist die Bildung von Grübchen am Dichtkegel. Sobald sich diese Vertiefungen verbinden und die Dichtfläche durchdringen, können sie zu Luftlecks und Verbrennungen am Ventil führen. Darüber hinaus können sich bei Bildung von Lochfraß an der Dichtfläche von Ventil und Ventilsitz korrosive Lösungen ablagern, die die Bildung von Lochfraß beschleunigen. Da diese Korrosion bei hohen Temperaturen auftritt, spricht man von „Hochtemperaturkorrosion“, wobei Vanadium als besonders schädliches Element dafür verantwortlich ist.

Der Viertakt-Dieselmotor, der Schweröl verwendet, ist mit einem Mechanismus ausgestattet, der es dem Auslassventil ermöglicht, sich bei jedem Öffnen und Schließen automatisch um einen bestimmten Winkel zu drehen. Diese Rotation trägt dazu bei, auf der Dichtfläche haftende Partikel und Kohlenstoffablagerungen zu entfernen und so eine Ansammlung zu verhindern. Wenn der Drehmechanismus ausfällt und sich das Auslassventil während des Betriebs nicht weiter drehen kann oder wenn die Drehung nicht mit dem Schließhub übereinstimmt, kann das Auslassventil schnell durchbrennen, was seine Lebensdauer erheblich verkürzt.

Die Gesamtqualität des Ventils kann sich auch auf seine Leistung und Lebensdauer auswirken.

Durch unsachgemäßes Schleifen des Auslassventils und des Ventilsitzes kann es zu Luftlecks an deren Dichtflächen kommen.