Jeder Verbrennungsmotor enthält einen Zylinderkopf (Zylinderkopf) – ein wichtiger Teil, der zusammen mit dem Kolbenkopf einen Brennraum bildet und eine wichtige Rolle für den Betrieb einzelner Systeme des Triebwerks spielt.Lesen Sie in diesem Artikel alles über Zylinderköpfe, deren Typen, Design, Anwendbarkeit, Wartung und Reparatur.
Was ist ein Zylinderkopf?
Der Zylinderkopf (Zylinderkopf) ist eine Verbrennungsmotoreinheit, die oben am Zylinderblock montiert ist.
Der Zylinderkopf ist eines der Hauptteile des Verbrennungsmotors, er gewährleistet dessen Funktion und bestimmt seine wesentlichen Leistungsmerkmale.Doch dem Kopf sind mehrere Funktionen anvertraut:
• Bildung von Brennkammern – im unteren Teil des Kopfes, der sich direkt über dem Zylinder befindet, entsteht (teilweise oder vollständig) eine Brennkammer, deren volles Volumen gebildet wird, wenn der OT-Kolben erreicht ist;
• Zufuhr von Luft oder Kraftstoff-Luft-Gemisch zum Brennraum – die entsprechenden Kanäle (Einlass) befinden sich im Zylinderkopf;
• Ableitung der Abgase aus den Brennräumen – die entsprechenden Kanäle (Auspuff) werden im Zylinderkopf hergestellt;
• Kühlung des Aggregats – im Zylinderkopf befinden sich Kanäle des Wassermantels, durch die das Kühlmittel zirkuliert;
• Gewährleistung der Funktion des Gasverteilungsmechanismus (Zeitsteuerung) – im Kopf (mit allen zugehörigen Teilen – Buchsen, Sitze) befinden sich Ventile, die die Einlass- und Auslasskanäle entsprechend den Motorhüben öffnen und schließen.Auch die gesamte Steuereinheit kann sich am Kopf befinden – die Nockenwelle(n) mit ihren Lagern und Zahnrädern, der Ventiltrieb, Ventilfedern und andere zugehörige Teile;
• Schmierung der Steuerteile – im Kopf sind Kanäle und Behälter angebracht, durch die das Öl zu den Oberflächen der reibenden Teile fließt;
• Sicherstellung des Betriebs des Kraftstoffeinspritzsystems (bei Diesel- und Einspritzmotoren) und/oder des Zündsystems (bei Benzinmotoren) – Kraftstoffinjektoren und/oder Zündkerzen mit zugehörigen Teilen (sowie Dieselglühkerzen) sind an der montiert Kopf;
• Dient als Karosserieteil zur Montage verschiedener Komponenten – Ansaug- und Abgaskrümmer, Sensoren, Rohre, Halterungen, Rollen, Abdeckungen und andere.
Aufgrund des breiten Funktionsumfangs werden hohe Anforderungen an den Zylinderkopf gestellt und seine Konstruktion kann recht komplex sein.Auch heutzutage gibt es viele Arten von Köpfen, in denen die beschriebene Funktionalität auf die eine oder andere Weise implementiert ist.
Arten von Zylinderköpfen
Die Zylinderköpfe unterscheiden sich im Design, in der Art und Lage des Brennraums, im Vorhandensein und in der Art der Steuerzeiten sowie im Zweck und einigen Merkmalen.
Zylinderköpfe können eine von vier Ausführungen haben:
• Gemeinsamer Kopf für alle Zylinder bei Reihenmotoren;
• Gemeinsame Köpfe für eine Zylinderreihe in V-förmigen Motoren;
• Separate Köpfe für mehrere Zylinder von Mehrzylinder-Reihenmotoren;
• Einzelne Zylinderköpfe in Ein-, Zwei- und Mehrzylinder-Reihen-, V-förmigen und anderen Motoren.
Die wichtigsten Arten von Brennkammern von Verbrennungsmotoren
Bei herkömmlichen 2- bis 6-Zylinder-Reihenmotoren werden meist gemeinsame Zylinderköpfe zur Abdeckung aller Zylinder verwendet.Bei V-förmigen Motoren werden beide Zylinderköpfe einer Zylinderreihe gemeinsam und einzelne Köpfe für jeden Zylinder verwendet (z. B. verwenden Achtzylinder-KAMAZ 740-Motoren separate Köpfe für jeden Zylinder).Separate Zylinderköpfe von Reihenmotoren werden deutlich seltener verwendet, meist deckt ein Kopf 2 oder 3 Zylinder ab (bei Sechszylinder-Dieselmotoren MMZ D-260 sind beispielsweise zwei Köpfe verbaut – einer für 3 Zylinder).Einzelne Zylinderköpfe werden bei leistungsstarken Reihendieselmotoren (z. B. bei Altai A-01-Dieselmotoren) sowie bei Aggregaten besonderer Bauart (Boxer-Zweizylinder, Stern etc.) eingesetzt.Und natürlich können bei Einzylindermotoren nur einzelne Köpfe verwendet werden, die auch die Funktionen eines luftgekühlten Kühlers übernehmen.
Je nach Lage der Brennkammer gibt es drei Arten von Köpfen:
• Mit einer Brennkammer im Zylinderkopf – in diesem Fall wird ein Kolben mit flachem Boden oder mit einem Verdränger verwendet;
• Mit einer Brennkammer im Zylinderkopf und im Kolben – in diesem Fall befindet sich ein Teil der Brennkammer im Kolbenkopf;
• Mit einer Brennkammer im Kolben – in diesem Fall ist die Unterseite des Zylinderkopfes flach (es können jedoch Aussparungen für den Einbau von Ventilen in geneigter Position vorhanden sein).
Gleichzeitig können Brennkammern unterschiedliche Formen und Konfigurationen haben: kugelförmig und halbkugelförmig, hüftförmig, keilförmig und halbkeilförmig, flachoval, zylindrisch, komplex (kombiniert).
Entsprechend dem Vorhandensein von Steuerteilen sind die Hauptteile der Einheit:
• Ohne Steuerzeiten – Köpfe von Mehrzylinder-Niederventilmotoren und Einzylinder-Zweitaktmotoren ohne Ventil;
• Bei Ventilen, Kipphebeln und zugehörigen Komponenten – Motorköpfen mit einer unteren Nockenwelle – befinden sich alle Teile oben am Zylinderkopf;
• Bei vollständiger Steuerung – Nockenwelle, Ventiltrieb und Ventile mit dazugehörigen Teilen – befinden sich alle Teile im oberen Teil des Kopfes.
Schließlich lassen sich die Köpfe je nach Verwendungszweck in viele Typen einteilen – für Diesel-, Benzin- und Gasaggregate, für langsamlaufende und erzwungene Motoren, für wassergekühlte und luftgekühlte Verbrennungsmotoren usw. In all diesen Fällen Zylinderköpfe weisen bestimmte Konstruktionsmerkmale auf – Abmessungen, das Vorhandensein von Kühl- oder Rippenkanälen, die Form der Brennkammern usw. Aber im Allgemeinen ist das Design aller dieser Köpfe grundsätzlich gleich.
Zylinderkopfdesign
Abschnitt des Zylinderkopfes
Konstruktiv ist der Zylinderkopf ein massives Gussteil aus einem Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit – heute werden meist Aluminiumlegierungen, Weißguss und einige andere Legierungen verwendet.Alle darin befindlichen Teile der Systeme sind im Kopf ausgebildet – Einlass- und Auslasskanäle, Ventillöcher (in sie sind Ventilführungsbuchsen eingepresst), Brennkammern, Ventilsitze (diese können aus härteren Legierungen bestehen), Auflageflächen für die Montage Steuerteile, Vertiefungen und Montagegewindelöcher zum Einbau von Kerzen und/oder Düsen, Kühlsystemkanäle, Schmiersystemkanäle. Wenn der Kopf für einen Motor mit einer obenliegenden Nockenwelle vorgesehen ist, wird auf seiner Oberseite ein Bett zum Verlegen der Welle gebildet (durch die Liner).
An den Seitenflächen des Zylinderkopfes sind Füllflächen zur Montage der Ansaug- und Abgaskrümmer ausgebildet.Der Einbau dieser Teile erfolgt durch Dichtungen, die Luft- und Abgaslecks ausschließen.Bei modernen Motoren erfolgt die Montage dieser und anderer Komponenten am Kopf mittels Stehbolzen und Muttern.
Auf der Unterseite des Zylinderkopfes ist eine Füllfläche zur Montage am Block angebracht.Um die Dichtheit der Brennräume und Kanäle des Kühlsystems zu gewährleisten, befindet sich zwischen Zylinderkopf und Gehäuse eine Dichtung.Die Abdichtung kann mit herkömmlichen Dichtungen aus Paronit, gummibasierten Materialien etc. erfolgen, in den letzten Jahren kommen jedoch zunehmend sogenannte Metallpakete zum Einsatz – Verbunddichtungen auf Kupferbasis mit Kunststoffeinlagen.
Der obere Teil des Kopfes wird mit einem Deckel (gestanztes Metall oder Kunststoff) mit Öleinfüllstutzen und Stopfen verschlossen.Die Montage des Deckels erfolgt durch die Dichtung.Die Abdeckung schützt die Steuerteile, Ventile und Federn vor Schmutz und Beschädigung und verhindert außerdem das Austreten von Öl während der Fahrt.
Zylinderkopfdesign
Die Montage des Zylinderkopfes am Block erfolgt mittels Stehbolzen oder Bolzen.Bei Aluminiumblöcken sind Bolzen vorzuziehen, da sie eine zuverlässige Klemmung am Kopf gewährleisten und die Lasten gleichmäßig auf den Blockkörper verteilen.
Die Zylinderköpfe luftgekühlter Motoren (Motorräder, Motorroller und andere) haben Rippen an der Außenfläche – das Vorhandensein von Rippen vergrößert die Oberfläche des Kopfes erheblich und sorgt so für eine wirksame Kühlung durch den entgegenkommenden Luftstrom.
Fragen der Wartung, Reparatur und des Austauschs des Zylinderkopfs
Der Zylinderkopf und die darauf montierten Komponenten sind erheblichen Belastungen ausgesetzt, die zu starkem Verschleiß und Ausfall führen.Fehlfunktionen des Kopfes selbst sind in der Regel selten - das sind verschiedene Verformungen, Risse, Korrosionsschäden usw. Zum Austausch sollten Sie einen Kopf desselben Typs und derselben Katalognummer auswählen, da das Teil sonst einfach nicht passt Ort (ohne Änderungen).
Am häufigsten treten Ausfälle des Zylinderkopfes in den darauf installierten Systemen auf – Steuerzeiten, Schmierung usw. Normalerweise handelt es sich hierbei um den Verschleiß von Ventilsitzen und -buchsen, den Ventilen selbst, Antriebsteilen, Nockenwellen usw. In all diesen Fällen werden defekte Teile ersetzt oder repariert.In einer Werkstatt sind jedoch einige Reparaturen schwierig durchzuführen, beispielsweise sind das Ein- und Auspressen der Ventilführungsbuchsen, das Läppen von Ventilsitzen und andere Arbeiten nur mit einem Spezialwerkzeug möglich.
Besonderes Augenmerk sollte auf den korrekten Einbau des Zylinderkopfes gelegt werden.Es ist wichtig zu bedenken, dass es sich bei der Zylinderkopfdichtung um eine Einwegdichtung handelt. Sie muss ausgetauscht werden, wenn der Kopf demontiert wird. Ein erneuter Einbau dieses Teils ist nicht akzeptabel.Beim Einbau des Zylinderkopfes ist auf die richtige Reihenfolge beim Anziehen der Befestigungselemente (Bolzen oder Bolzen) zu achten: Normalerweise beginnt die Arbeit in der Mitte des Kopfes mit der Bewegung zu den Rändern hin.Durch diese Straffung wird die Belastung des Kopfes gleichmäßig verteilt und unzulässige Verformungen werden verhindert.
Während des Betriebs des Fahrzeugs sollte die Wartung des Kopfes und der darin befindlichen Systeme gemäß den Anweisungen und Empfehlungen des Herstellers durchgeführt werden.Bei rechtzeitiger Wartung und Reparatur arbeiten der Zylinderkopf und der gesamte Motor zuverlässig und effizient.
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 21. August 2023