Der Motor eines Kraftfahrzeugs setzt sich aus einer Vielzahl von Komponenten zusammen. Zu seinen komplexesten Bestandteilen gehört zweifelsohne der Zylinderkopf. Das aufwendig konstruierte Gussteil sitzt oben auf dem Motor und schließt nach unten hin den Verbrennungsraum ab. Den Spalt zwischen Zylinderkopf und Motor schließt die Zylinderkopfdichtung. Je nachdem ob es sich um einen Ottomotor oder ein Dieselaggregat handelt, unterscheidet sich der Aufbau des Zylinderkopfes.
Aufbau eines Zylinderkopfes
Aufgrund des komplexen Aufbaus ist der Zylinderkopf eines der teuersten Teile des Kfz-Motors. Er besteht meist aus sehr widerstandsfähigen Leichtmetallen oder Aluminiumlegierungen. Da er während des Verbrennungsvorgangs hohen Temperaturen und Kräften ausgesetzt ist, wird er oft direkt mit dem unter ihm liegenden Kurbelwellengehäuse verankert. Nach oben hin ist er mit einem Ventildeckel (Zylinderkopfdeckel) verschlossen. Die Lücke zwischen den beiden Bauteilen füllt die Ventildeckeldichtung. Welche Komponenten ein Zylinderkopf in sich vereint, hängt von der Treibstoffart des Autos ab.
In der Regel besteht ein Zylinderkopf aus den folgenden Komponenten:
– Ein- und Auslassventile: Über sie saugen Dieselfahrzeuge Luft und Benziner ein Luft-Kraftstoffgemisch an. Gleichzeitig werden Abgase zur Abgasanlage transportiert.
– Einlass- und Auslasskanäle: Sie lassen das aufgenommene Luft- bzw. das Luft-Kraftstoffgemisch in die Zylinder gelangen und Abgas entweichen.
– Nockenwelle(n): Sie öffnen und schließen die Ventile. Für den Antrieb der Nockenwelle(n) sorgt oft eine von der Kurbelwelle angetriebene Steuerkette.
– Einspritzventile: Sie haben in Ottomotoren die Aufgabe, den Kraftstoff in die Brennkammern einzuspritzen.
– Einspritzdüsen: Sie kommen in Dieselmotoren zum Einsatz, um den Kraftstoff in die Brenn- oder Vorkammern einzuspritzen.
– Zündkerzen: Die Zündkerzen (Benziner) beziehungsweise Glühkerzen (Diesel) haben die Aufgabe, die Verbrennung des Kraftstoffes zu initiieren (Benziner) oder als Kaltstarthilfe (Diesel) zu fungieren.
Die Aufgaben des Zylinderkopfes
Die Aufgabe des Zylinderkopfes besteht in erster Linie darin, den Brennraum des Motors nach oben hin abzuschließen und eine permanente Versorgung des Aggregats mit Luft und Kraftstoff sicherzustellen. Dazu muss er luftdicht mit dem unteren Teil des Motors abschließen, was die Zylinderkopfdichtung gewährleistet.
Zudem sorgen Kanäle, über die dem Motor Öl zugeführt wird, für eine konstante Schmierung in den Zylindern. Ohne diese ist ein reibungsloser Betrieb des Motors nicht möglich. Gleichzeitig stellen wasserführende Kanäle (bei wassergekühlten Motoren) sicher, dass das Aggregat während der Kraftstoffverbrennung nicht überhitzt.
Mögliche Defekte und ihre Ursachen
Der komplexe Aufbau und die vielfältigen Aufgaben machen Zylinderköpfe anfällig für Defekte. Eines der häufigsten Probleme ist eine undichte Zylinderkopfdichtung. Infolge von Verschleiß kann es bei der Kopfdichtung zu undichten Stellen kommen. Diese machen sich durch einen Leistungsverlust und aus dem Motor austretendes Öl bemerkbar. Eine Weiterfahrt mit defekter Zylinderkopfdichtung ist nicht möglich, da das Risiko für einen Motorschaden besteht.
Durch die hohen Temperaturen, die starken Vibrationen bei laufendem Motor und die generell sehr hohe Belastung kann es an dem Material des Zylinderkopfes zu feinsten Rissen kommen. Schäden wie dieser können eine Instandsetzung des Zylinderkopfes erforderlich machen, die mit umfangreichen Arbeiten an dem Motorbauteil verbunden sind. In der Regel muss das Aggregat in seine Einzelteile zerlegt und der Zylinderkopf nach der Reparatur plan geschliffen werden. Nur so ist gewährleistet, dass der Kopf anschließend wieder mit dem unteren Teil des Motors abschließt. Ein Austausch des Zylinderkopfes ist nur selten nötig. Oft betreffen die Defekte an Zylinderköpfen austauschbare Teile wie beispielsweise Ventile, die sich im Rahmen einer Reparatur wechseln lassen.
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