Auto Technik Lexikon - Technik und Treibstoffe

Zylinderkopf

Der Zylinderkopf beherbergt die wesentlichen Steuerelemente für die Gaswechselvorgaenge in Verbrennungsmotoren.

Verbrennungsmotoren und ihre Zylinderkoepfe gliedern sich nach mehreren Kriterien:

• Zweitaktmotoren (ohne Ventile) oder Viertaktmotoren (mit Ventilen).
• Ottomotoren (mit Zündkerzen) oder Dieselmotoren (ohne Zündkerzen).
• Saugmotoren (mit Vergaser) oder Einspritzmotoren (ohne Vergaser).
• untenliegende oder obenliegende Nockenwelle.
• einfache oder doppelte Nockenwelle.

Bestandteile

Einlassventile: Durch sie wird entweder Luft (bei Einspritzmotoren) oder das vom Vergaser erzeugte Luft-Kraftstoff-Gemisch angesaugt. Da dieses kalt ist, sind die Einlassventile nicht so hohen Temperaturen ausgesetzt wie die Auslassventile.

Auslassventile: Durch diese entweicht das Abgas in die Abgasleitung, umgangssprachlich auch Auspuff genannt. Sie sind entsprechend hohen Temperaturen ausgesetzt.

Nockenwelle(n): Bei Motoren mit einfacher obenliegender Nockenwelle (OHC = overhead camshaft) oder doppelter obenliegender Nockenwelle (DOHC = double overhead camshaft) beherbergt der Zylinderkopf auch eine oder zwei Nockenwellen. Diese oeffnen und schliessen die Ventile und werden hierzu beispielsweise mit einer Steuerkette von der Kurbelwelle angetrieben. Die Drehzahl einer Nockenwelle ist immer halb so gross wie die der Kurbelwelle, da es sich um einen Viertaktmotor handelt.

Zündkerzen: Bei Viertaktmotoren geben diese bei jeder zweiten Kurbelwellen-Umdrehung einen Zuendfunken ab. Bei Zweitaktmotoren bei jeder Kurbelwellen-Umdrehung. Eine seltene Sonderform sind glaeserne, also durchsichtige Zündkerzen, die ermöglichen, anhand der Farbe der Verbrennung zu beurteilen, inwieweit der Motor intakt und richtig eingestellt ist.

Lage der Einspritzdüsen: Bei Diesel-Direkt-Einspritzmotoren spritzen sie direkt in den Brennraum und sind entsprechend hohen Drücken und Temperaturen ausgesetzt. Bei Vorkammer- oer Wirbelkammer-Dieselmotoren spritzen sie in die Kammer ein und sind relativ hohen Drücken ausgesetzt. Demgegenueber liegen sie bei konventionellen Benziner- Einspritzmotoren im kuehlen Ansaugrohr und sind durch die Einlassventile vom Brennraum getrennt. Bei neueren Benziner-Direkteinspritzern hingegen sitzen sie im Zylinderkopf, spritzen direkt in den Verbrennungsraum ein und sind dort höheren Temperaturen und der Verkokungsgefahr ausgesetzt.

Konstruktive Merkmale

Ein Verbrennungsvorgang in einem Zylinder uebt auf den Zylinderkopf dieselbe Kraft aus wie auf den Kolben. Deshalb ist der Zylinderkopf sehr hohen Kraeften ausgesetzt, die ihn nach aussen druecken. Er ist aus diesem Grund oft nicht am Zylinder, sondern direkt am Kurbelwellengehaeuse festgeschraubt, mit langen Zugankern bzw. Stehbolzen, die durch entsprechende Bohrungen durch die Zylinder hindurch gefuehrt sind, und spannt den dazwischenliegenden Zylinder so fest ein, dass der Motor trotz elastischer Schwingungen dicht bleibt. Besitzt der Motor einen Motorblock, so wird der Zylinderkopf oft mittels Dehnschrauben befestigt, die nur einmal verwendet werden dürfen. Es ist sehr wichtig, bei der Montage einen Drehmomentschluessel zu nehmen, um das vorgeschriebene Anzugsmoment dieser hoch belasteten Schraubenverbindung genau einzuhalten. Auch ist peinlich genau die festgelegte Vorgehensweise bzgl. Verschraubungs-Reihenfolge, Drehmoment-Stufungen und eventueller Kontrollpflicht nach Zeitablauf zu beachten.

Die beweglichen Teile sind in den oelkreislauf einbezogen. Das Schmierdruckoel kann dabei durch die Zylinderkopfdichtung geleitet werden oder durch eine seperate oelleitung. Zum Schutz gegen oelaustritt genuegt ein einfacher duennwandiger Zylinderkopfdeckel mit Gummi- oder Korkdichtung.

Bei untenliegender Nockenwelle sind die Kipphebel der Ventile im allgemeinen über Stossstangen, die parallel zu den Zylindern verlaufen und eine Axialbewegung übertragen, mit der ausserhalb des Zylinderkopfes gelegenen Nockenwelle verbunden. Obenliegende Nockenwellen werden entweder durch eine Steuerkette oder Zahnriemen angetrieben. Seltener werden Stirnradkaskaden oder auch am Zylinder laengslaufende Wellen mit Kegelradantrieben, genannt 'Koenigswellen', verwendet.

Es gibt auch bei Viertaktern sehr einfache Zylinderkoepfe: bei Motoren mit seitlich liegenden Ventilen (SV-Anordnung, "Side Valves"). Diese Zylinderkoepfe ähneln in ihrer flachen Bauweise Zweitakter-Koepfen, da die Ventilanordnung hier Bestandteil der Zylinder und nicht des Zylinderkopfes sind. SV-Motoren sind aber lange bereits nicht mehr Stand der Technik, auch wenn sie vereinzelt (Russland, Volksrepublik China) noch neu gebaut werden.

Zylinderkoepfe von Schiffsmotoren sind oft mit einer begehbaren Galerie umgeben, um bequem daran arbeiten zu können, und sind mit Druck- und Temperatursensoren ausgestattet, die die Zylinderkoepfe in das Informationssystem einbinden, mit dem die Maschine vom PC aus fernueberwacht und -gesteuert wird.

Typische Arbeiten am Zylinderkopf

ueberpruefen der Zündkerzen: Reinigen, Elektrodenabstand puefen, Farbe pruefen. Die Farbe muss hellbraun sein. Hellgrau bis weiss deutet auf ein zu mageres Gemisch hin, schwarz und russig auf ein zu fettes.

Ventilspiel einstellen: Entweder mit entsprechenden Einstellschrauben oder mit geschliffenen Unterlags- Plaettchen passender Dicke ("Shims") (mittlerweile oft durch Hydrostoessel entbehrlich)

Ventile einschleifen (nur selten noetig, nur bei altem, verschlissenem Motor)

Erneuern der Zylinderkopfdichtung

Erneuern des Kettenspanners der Steuerkette

Kompressionspruefung: Anstelle der Zündkerze wird eine Druckmessvorrichtung eingesetzt. Damit lässt sich beurteilen, inwieweit der Zylinder verschlissen ist und beispielsweise ein uebermasskolben noetig wird, um ihn wieder dicht zu bekommen. Eine Kompressionspruefung kann beim Kauf eines Gebrauchtfahrzeugs sinnvoll sein.