Roller Zylinder & Zylinderkopf

Bei Hubkolbenmotoren ist der Zylinder der Arbeitsraum, gleichzeitig führt er den Kolben. Im Gegensatz zu Viertaktmotoren, übernimmt der Zylinder beim Zweitakter auflerdem die Funktion des Gaswechsels, die Zylinderwand ist hier von Einlass-, Auslass- und Überströmkanälen durchbrochen. Der Zylinder steckt mit seinem unteren Ende im Kurbelgehäuse, oben sitzt der Zylinderkopf, bei Zweitaktern manchmal auch Zylinderdeckel genannt. Bei Reihenmotoren sind die Zylinder üblicherweise zu einem Block zusammengegossen. Ein großer Teil der W‰rme wird ¸ber den Zylinder abgeleitet. Der Zylinder ist sicherheitsrelevanter Bauteil für den Betrieb eines Motors. Verschlissene Zylinder können dazu führen, dass die Kompression abnimmt. Infolge dessen kann der Motor unruhig laufen und schwer oder gar nicht mehr anspringen.

Funktion des Zylinders

Gemeinsam mit dem Zylinderkopf und dem Kolben bildet der Zylinder den Arbeits- und Brennraum eines Verbrennungsmotors. Außerdem hat ein Zylinder die Aufgabe, die Kolben bei ihrer Auf- und Abwärtsbewegung zu führen und die beim Verbrennungsvorgang entstehende Wärme an das Kühlsystem weiterzuleiten. Zylinder sind je nach Bauart aus Grauguss oder Aluminium mit jeweils sehr vielen verschiedenen Legierungen erzeugt. Je nach Motorkonstruktion hat der Zylinder entweder direkten Kontakt zum Kühlwasser, metallischen Kontakt zum Motorblock oder er wird fest in den Motorblock eingegossen. Durch die Materialauswahl wird sichergestellt, dass ein guter Wärmetransfer an den Motorblock oder an das Kühlwasser stattfinden kann. Bei laufenden Motoren wird die Zylinderwand mit Motoröl benetzt. Damit wird eine ausreichende Schmierung der im Zylinder auf und ab laufenden Kolben und der Kolbenringe sichergestellt.

Zylinderkopf (4T Motoren)

In einem Zylinderkopf sind die Ventile, die Zündkerze und die Nockenwelle untergebracht. Der Zylinderkopf zählt zu den kompliziertesten Bauteilen des Fahrzeugs, weil verschiedene Elemente in einem Bauteil vereinigt werden müssen. Der Zylinderkopf dichtet den Zylinder nach oben ab. Der Zylinderkopf ist hohen termischen Belastungen ausgesetzt, weil er den Brennraum abschlieflt und die Ein- und Auslassventile aufnimmt. Aus diesem Grund müssen für die Produktion des Zylinderkopfs in der Regel Leichtmetalllegierungen eingesetzt werden, weil diese die Wärme besser ableiten können und somit die thermische Belastung mildern. Nockenwelle, Ein- und Auslassventil und auch die Zündkerzen sind im Zylinderkopf eingebaut. Der Zylinderkopf muss über eine gute Dichtung verfügen. Diese befindet sich zwischen dem Motorblock und dem Zylinderkopf und dichtet den Brennraum und die Wasser- und Ölkanäle ab.

Woran liegt der Unterschied zwischen Zwei- und Viertaktmotoren?

2-Takt Motor:

Der Zweitaktmotor ist ein Kolben-Verbrennungsmotor, der für den thermodynamischen Kreisprozess nur die namensgebenden zwei Takte benötigt.

Der erste Takt: Verdichten und arbeiten

Durch die Aufwärtsbewegung des Kolbens wird das komprimierte Benzin-Luft-Gemisch gezündet und dadurch der Kolben nach unten gedrückt. Dabei verschließt der Kolben den Einlasskanal und das Gemisch wird im Kurbelgehäuse vorverdichtet. Danach wird das Benzin-Luft-Gemisch durch eine Zündkerze gezündet. Jetzt steht das Gemisch im Kurbelgehäuse unter Druck und die Verbrennungsgase werdem aus dem Zylinder entweichen und gedrückt.

Der zweite Takt: Ladungswechsel

Der Kolben bewegt sich wieder nach oben. Der Überströmkanal und der Auslasskanal werden auf dem Weg des Kolbens zum oberen Totpunkt wieder verschlossen, das Gemisch im Zylinder wird komprimiert. Gleichzeitig wird im Kurbelgehäuse frisches Benzin-Luft-Gemisch angesaugt. Für die Spülung muss das Frischgas einen Überdruck besitzen. Um diesen zu schaffen, wird entweder ein Ladelüfter verwendet oder das Kurbelgehäuse wie eine Pumpe benutzt.

4-Takt Motor:

Der Viertaktmotor is ein Verbrennungsmotor, der für den Kreisprozess vier Takte benötigt. Ein Takt ist beim Hubkolbenmotor die Bewegung des Kolbens vom Stillstand in eine Richtung bis zum erneuten Stillstand. Während eines Taktes vollführt die Kurbelwelle eine halbe Umdrehung.

Der erste Takt: Ansaugen

Während des ersten Taktes gibt es im Zylinder einen Unterdruck, damit der Kolben sich in Richtung Kurbelwelle bewegt. Bei der Abwärtsbewegung des Kolbens wird ein Gasgemisch oder Luft durch das Einlassventil in den Zylinder gesaugt. Nachdem der Druckausgleich erfolgt, schließt das Einlassventil sich wieder.

Der zweite Takt: Verdichten

Der Kolben bewegt sich wieder von der Kurbelwelle weg und verdichtet somit das Explosionsgemisch. Zum Zeitpunkt der maximalen Verdichtung wird das Gasgemisch durch einen Funken der Zündkerze zur Explosion gebracht. Die Temperatur und der Druck steigen dadurch sprunghaft an.

Der dritte Takt: Arbeiten

Durch diesen großen Druck wird der Kolben in Richtung Kurbelwelle gedrückt. Der Kolben bewegt sich in Richtung des unteren Totpunktes. Mit Hilfe einer Pleuelstange wird die geradlinige Bewegung des Kolbens auf die Kurbelwelle übertragen. In drittem Takt erhält der Kolben seinen gesamten Schwung um sowohl die Kurbelwelle anzutreiben als auch die anderen Takte zu ermöglichen.

Der vierte Takt: Aussaugen

Wenn der Kolben den unteren Totpunkt erreicht hat, beginnt der letzte Takt. Mit der Aufwärtsbewegung des Kolbens wird das Abgas aus dem Zylinder geschoben. Bevor der Kolben den oberen Totpunkt erreicht und bevor das Auslassventil geschlossen hat, wird das Einlassventil geöffnet. Am Ende des vierten Taktes kommt es zur so genannten Ventilüberschneidung. Das Einlassventil wird geöffnet, bevor der Kolben den oberen Totpunkt erreicht und bevor das Auslassventil geschlossen hat. Das Auslassventil schließt erst kurz nachdem der Kolben den oberen Totpunkt erreicht hat.

Typologie

Die Verbrennungsmotoren und ihre Zylinderköpfe lassen sich nach den folgenden Merkmalen klassifizieren:

- Zweitaktmotoren (ohne Ventile) oder Viertaktmotoren (mit Ventilen) - Ottomotoren (mit Zündkerzen) oder Dieselmotoren (ohne Zündkerzen, stattdessen Einspritzdüsen) - Saugmotoren (mit Vergaser) oder Einspritzmotoren (ohne Vergaser) - Einfache oder doppelte Nockenwellen - Untenliegende oder obenliegende Nockenwelle