Kolben-Grundlagen: Vollständiger Leitfaden für Ingenieure und Interessierte

Was ist ein Kolben?

Ein Kolben ist ein wesentliches Bauteil von Hubkolbenmotoren, Hubkolbenpumpen, Gasverdichtern, Hydraulikzylindern und Pneumatikzylindern.

Er ist Bestandteil der Brennkammer eines Schiffsdieselmotors und wandelt die Gaskräfte durch Hubbewegung in mechanische Leistung um.

Er bildet den unteren Teil der Brennkammer.

Aus Sicht der Schifffahrt:

Ein Kolben ist ein Bauteil von Schiffsdieselmotoren, das den unteren Teil der Brennkammer bildet und die im Brennraum entstehende Energie über die Kurbelwelle nach außen leitet – sei es für den Propellerantrieb oder zum Antrieb eines Generators bei kleineren Anlagen.

Allgemein kann man sagen:

Es ist ein scheiben- oder zylinderförmiges Bauteil, das dicht und beweglich in einem Zylinder läuft, um dort Fluide (Luft, Wasser) zu verdichten oder zu fördern, oder um die Energie eines einströmenden/expandierenden Fluids (Druckluft, Verbrennungsgase, Dampf) in eine geradlinige Bewegung umzuwandeln, die über die Pleuelstange meist in eine Drehbewegung überführt wird.

Unterschied zwischen 2-Takt- und 4-Takt-Motor

Funktion des Kolbens

Der Kolben ist bewegliches, integrales Bauteil des Verbrennungsmotors, im Zylinderlauf laufend und durch Kolbenringe gasdicht abgedichtet.

1. Er dichtet die Brennkammer (Zylinderlauf) ab, damit die Verbrennung im geschlossenen Raum stattfindet (er bildet den unteren Brennkammerteil).

2. Kraft-/Energieübertragung

A. Im Verbrennungsmotor leitet er die Kraft aus der Gasausdehnung im Zylinder über Kolbenbolzen und/oder Pleuelstange an die Kurbelwelle weiter (Umwandlung chemischer Energie in mechanische Energie).

B. Bei manchen Motoren (2-Takt) dient der Kolben gleichzeitig als Ventil, indem er Zylinderöffnungen freigibt und abdeckt.

C. In Hubkolbenpumpen ist die Funktion umgekehrt: Kraft von der Kurbelwelle auf den Kolben zur Verdichtung und Förderung des Fluids.

Was tut ein Kolben?

Er überträgt chemische Energie über die Pleuelstange an die Kurbelwelle, bildet den unteren Brennkammerteil, dichtet den Zylinderlauf ab und leitet Wärme über die Kolbenringe an den Lauf ab.

In jedem Verbrennungs-/Dieselmotor laufen vier Prozesse ab: Ansaugen, Verdichten, Arbeiten, Ausstoßen. Diese vier Prozesse werden durch den Kolben ausgeführt.

Man kann sagen: Er ermöglicht die Kraftstoffverbrennung.

Wie funktioniert ein Kolben?

Detaillierte Erklärung für 2-Takt- und 4-Takt-Motoren.

4-Takt-Motor

1. Ansaugung: Kolben bewegt sich abwärts, Einlassventil öffnet, Ladeeintritt und Kraftstoffeinspritzung.

2. Verdichtung: Durch Kurbelwellendrehung bewegt sich Kolben aufwärts (beide Ventile geschlossen), verdichtet Luft-Kraftstoff-Gemisch. Bei Erreichen der Zündtemperatur erfolgt Verbrennung.

3. Arbeit/Expansion: Bei Verbrennung dehnt sich das Gas aus, drückt Kolben abwärts.

4. Ausstoß: Endphase: Kolben bewegt sich durch Kurbelwelle aufwärts (Auslassventil offen), drückt Abgase in den Auspuffkrümmer.

Alle Prozesse laufen kontinuierlich ab (100- bis 1000-mal pro Minute).

2-Takt-Motor

Im 2-Takt-Motor laufen alle Verbrennungsprozesse in zwei Takten ab.

1. Ansaugung/Verdichtung: Kolben so gestaltet, dass beim Hub Ansaugung und gleichzeitige Verdichtung von Luft und Kraftstoff erfolgt.

2. Arbeit/Ausstoß: Kolben geht abwärts und stößt gleichzeitig Abgase in den Auspuffkrümmer aus.

Alle Teile des Dieselmotors

Bodenplatte, A-Rahmen, Zugschrauben, Zylinderdeckel, Zylinderlauf, Kolbenbolzen, Pleuelstange, Kreuzkopf-Führung und Führungsschuh.

Verschiedene Kolbentypen

Generell gibt es zwei Kolbenbauarten für Verbrennungsmotoren.

1. Kreuzkopfkolben: Besteht aus Kolbenboden (Crown), Rock (Skirt) und Kolbenstange, die mit dem Kreuzkopf verbunden ist zur Aufnahme der Seitenkräfte in die Motorstruktur.

In großen 2-Takt-Motoren erzeugt die Pleuelbewegung zwei Kräfte:

a. Axial

b. Transversal

Große Langsamläufer benötigen daher zusätzliche Abstützung der Seitenkräfte am Kolben – sie nutzen typischerweise Kreuzkopfkolben.

2. Kofferkolben (Trunk Piston): Verfügt über einen verlängerten Rock zur Aufnahme der Seitenkräfte, verbunden mit der Pleuelstange über ein kleines Endlager (Gudgeon Pin).

Relativ zum Durchmesser sind Kofferkolben lang. Sie fungieren sowohl als Kolben als auch als zylindrischer Kreuzkopf. Durch den Knickwinkel der Pleuelstange wirkt eine Seitenkraft an der Zylinderwand. Ein längerer Rock unterstützt dies.

Zusätzlich zu den Ringen zwischen Kolbenbolzen und Boden haben die meisten Kofferkolben – besonders bei Dieselmotoren – eine Nut für einen Ölabstreifring unterhalb des Kolbenbolzens.

Nach Kronenform:

1. Flachkolben: Einfache flache Krone, leicht herzustellen. Meist in Ottomotoren, selten in Zündstrahldieselmotoren.

2. Konkav: Eingewölbte Kronenstruktur. Hauptsächlich in Dieselmotoren.

3. Konvex: Erhöhte Kugelform, hohe Leistung, verbessert Gasaustausch und Führungsfunktion. In 2-Takt-Ottomotoren von Motorrädern üblich.

Konstruktionswerkstoffe

Materialien müssen ähnliche Eigenschaften wie Zylinderlauf und -deckel aufweisen.

1. Steifigkeit für hohen Druck: Der Boden muss hohe Gaslasten aufnehmen und an die Kolbenstange weiterleiten.

2. Hohe mechanische Festigkeit und Ermüdungsfestigkeit: Lange Ermüdungslebensdauer bei wechselnden mechanischen/thermischen Belastungen; Oberfläche extrem heißen Verbrennungsgasen gefolgt von kühler Scavenge-Luft pro Zyklus ausgesetzt.

3. Niedriger Ausdehnungskoeffizient: Metall muss Hochtemperaturkriechen, Korrosion und Erosion widerstehen, Wärme gut leiten, aber thermische Ausdehnung begrenzen, um Arbeitsluftspalte zu Lauf und Ringen zu erhalten.

4. Hohe Oberflächeneigenschaften: Härte und Korrosionsbeständigkeit.

5. Korrekt geformter Rock für gleichmäßige Lagerung im Betrieb.

6. Laufruhe.

Verwendete Materialien:

Material und Design hängen von Motornennleistung, Größe, Drehzahl und Brennstoff ab.

Häufigste Materialien:

1. Grauguss

2. Aluminiumlegierungen

Grauguss für mäßig beanspruchte Motoren mit Kolbengeschwindigkeit < 6 m/s. Früher Universalmaterial wegen hervorragender Verschleißfestigkeit, Ausdehnungskoeffizient und Fertigungseignung.

Aluminiumlegierungen für Kolbengeschwindigkeiten > 6 m/s. Gewichtsreduzierung an Hubteilen machte Aluminium unverzichtbar. Für gleiche Festigkeit ist größere Wanddicke nötig, wodurch der Gewichtsvorteil teilweise verloren geht. Aluminium ist Guss in Festigkeit und Verschleiß unterlegen; höherer Ausdehnungskoeffizient erfordert größere Laufspielräume zur Vermeidung von Festfressen.

Wärmeleitfähigkeit von Aluminium ist ca. dreimal so hoch wie bei Guss. Kombiniert mit der für Festigkeit nötigen größeren Dicke läuft ein Aluminiumkolben bei deutlich niedrigeren Temperaturen (200–250 °C vs. 400–450 °C).

Dadurch bildet sich kein verkohltes Öl auf der Kolbenunterseite, der Kurbelgehäuse bleibt sauberer. Diese Kühlungseigenschaft wird heute als ebenso wertvoll wie die Leichtigkeit angesehen; Kolben werden manchmal dicker als für Festigkeit nötig ausgelegt, um die Kühlung zu verbessern.

Bauteile eines Kolbens

Kolbenmerkmale umfassen:

1. Kolbenboden / Krone (Head/Crown)
2. Stege (Lands)
3. Ringnuten (Ring Grooves)
4. Ölbohrungen (Oil Holes)
5. Trennstege (Separating Webs)
6. Kolbenbolzen-/Gudgeon-Pin-Bohrung
7. Kolbenrock (Piston Skirt)

1. Kolbenboden / Krone

Auch Kolbenkopf oder -kuppel genannt. Dieser Teil kontaktiert direkt die Verbrennungsgase und erreicht extrem hohe Temperaturen. Zur Vermeidung von Schmelzen werden Speziallegierungen (u. a. Stahllegierungen) verwendet.

Der Kolbenboden besitzt meist Kanäle und Kavitäten, die einen Drall (Swirl) erzeugen und die Verbrennung verbessern. Verschiedene Kolbenkopfformen werden in unterschiedlichen Motoren eingesetzt. Die Wahl hängt von erwarteter Leistung und Motortyp ab.

Der Kopf ist die obere Fläche (zum Zylinderdeckel hin), die während des Betriebs enormen Kräften und Hitze ausgesetzt ist.

Funktionen des Kolbenbodens

Die Krone bildet die Fläche, die Drücke, Temperaturen und Spannungen der expandierenden Gase aufnimmt. Zweck:

• Drall erzeugen für gleichmäßige Verbrennung und Klopfregelung.
• Als Wärmebarriere zwischen Brennkammer und unteren Kolbenteilen wirken.
• Druckspitzen durch Klopfen im Zylinder aufnehmen.
• Zünddruck in Abwärtskraft umwandeln – an Kolbenstange weiterleiten.
• Druckwellen durch gelegentliches Klopfen aushalten.

2. Stege (Lands)

Ringstege sind die beiden parallelen Flächen der Ringnuten, die als Dichtflächen für die Kolbenringe dienen.

Am Umfang des Kolbenoberteils sind Nuten für die Kolbenringe eingeschnitten. Die Bänder zwischen den Nuten heißen „Stege“. Sie tragen die Ringe gegen den Gasdruck.

Die Stege führen die Ringe, sodass sie sich frei drehen können. Die tragenden Stege leiten die Explosionskraft direkt von der Krone zu den Kolbenbolzenaufnahmen. Stege entlasten die Ringnuten von großen Lasten.

3. Ringnuten

Eine Ringnut ist ein eingearbeiteter Bereich zur Aufnahme eines Kolbenrings, umlaufend am Kolbenumfang.

4. Kolbenringe

Kolbenringe sind gespaltene Ringe, die in die Nuten des Kolbens eingesetzt werden. Im typischen PKW-Motor sind es meist 3 Ringe pro Kolben; Anzahl variiert, es kann auch nur ein Ring sein. Die Ringstege sind die Flächen zwischen den Ringen. Die Nutprofile sind so gestaltet, dass die Ringposition gehalten wird – man hört oft von „konischem Haus“.

Das Spaltdesign der Kolbenringe bietet Vorteile: Federwirkung hält den korrekten Ringstoß; Montage wird erleichtert. Für konstante Federkraft unter Hitze, Last, Druck werden meist Guss oder Stahl als Ringmaterial bevorzugt.

Funktion der Kolbenringe

Hauptfunktion: Abdichtung der Brennkammer und Regelung des Schmierölverbrauchs. Zudem leiten sie Wärme an den Zylinderlauf ab. Meist drei Ringe: zwei obere Kompressionsringe, ein unterer Ölabstreifring.

• Kompressionsring: Oben, nearest Brennkammer. Auch Dichtring, Gasring, Druckring genannt. Verhindert Gasverlust in Kurbelgehäuse. Leitet Wärme von Kolben an Zylinderlaufwand ab.
• Abstreif-/Wischerring: Zwischen Kompressions- und Ölring. Konische Fläche, Doppelfunktion: Brennkammer abdichten und Öl von Zylinderwand abwischen.
• Ölabstreifring (Ölsteuerring): Unterster Ring, besteht aus zwei dünnen Flächen mit Löchern ringsum. Schlitze führen Öl zurück in Ölsumpf. Funktion: Überschüssiges Öl von Zylinderwänden entfernen bei Hubbewegung.

Kolbenbolzen / Gudgeon Pin

Eine Kolbenbolzenbohrung ist ein Loch in der Kolbenseite, senkrecht zur Kolbenbewegung, das den Kolbenbolzen aufnimmt.

Ein Kolbenbolzen ist ein hohler Schaft, der das kleine Ende der Pleuelstange verbindet.

Auch Handgelenkbolzen oder Gudgeon Pin genannt. Der Bolzen sitzt hohl oder massiv im Rockbereich. Die Pleuelstange schwenkt auf diesem Bolzen, gehalten in der Kolbenbuchse. Für Zugfestigkeit meist aus Legierungsstahl, passgenau für das Kolbenlager gefertigt. Durch Bohrungen in der Pleuelstange wird Öl zum Handgelenkbolzen geführt, Reibung wird reduziert.

Montagearten des Kolbenbolzens variieren in drei Kategorien:

1. Frei drehbar in Kolben und Pleuelstange,
2. In Pleuelstange geklemmt,
3. Starr an Kolbenaufnahmen befestigt.

Funktionen des Kolbenbolzens / Gudgeon Pins

Der Kolbenbolzen bildet die Verbindungs- bzw. Schwenkachse zwischen Pleuelstange und Kolben. Er bietet Lagerunterstützung und ermöglicht die Hin- und Herbewegung.

Die drei Montagearten ergeben folgende Bolzentypen:

• Feststehender/fixierter Bolzen: Am Kolben über Schraube befestigt; Pleuel schwenkt auf dem Bolzen.
• Halbschwebend: In der Pleuelstange mittig befestigt, Enden bewegen sich frei in Kolbenbuchse und Aufnahmen.
• Vollschwebend: Bolzen weder an Bolzen noch Pleuel befestigt. Stattdessen durch Stopfen, Clips oder Sprengringe an Kolbenaufnahmen gesichert. Bolzen kann an Aufnahmen und Pleuel oszillieren.

Kolbenrock (Piston Skirt)

Der Rock ist der dem Kurbelwellenbereich zugewandte Kolbenteil, der den Kolben beim Lauf in der Zylinderbohrung führt.

Manche Rocks haben Ausnehmungen zur Massenreduzierung und für Kurbelwellen-Gegengewichte.

Rocks kommen in 2- und 4-Takt-Motoren vor, mit unterschiedlichen Funktionen.

In großen Kreuzkopf-2-Taktern mit Umströmspülung sind Rocks kurz und wirken als Führung zur Stabilisierung der Kolbenposition im Zylinderlauf.

Rocks bestehen meist aus Grauguss.

Hinweis: Rockdurchmesser wird meist etwas größer als Kolbendurchmesser gehalten, um Laufschäden durch Kolbenbewegung zu vermeiden. Auf dem Rock sitzen Bronzeringe, die beim Einlaufen neuer Motoren helfen und bei Bedarf getauscht werden können.

Bei 2-Taktern mit Umlauf- oder Querstromspülung sind Rocks etwas größer, da sie Scavenge- und Auslassöffnungen im Zylinderlauf verdecken.

In 4-Takt-/Kofferkolbenmotoren besitzt der Rock die Aufnahme für den Kolbenbolzen, der Leistung an das kleine Ende überträgt. Da keine Kreuzkopf-Führungen vorhanden sind, leitet der Rock den Seitenhub aus dem Pleuelwinkel an die Zylinderlaufwand ab.

Zwei Haupttypen von Kolbenrocks:

• Vollrock (Full Skirt): Auch Massivrock genannt. Rohrförmig, üblich in großen IC-Motoren, z. B. 2-Takt-Schiffsdiesel.
• Gleitrock (Slipper Skirt): Bei Motorrädern und PKW. Teile des Rocks ausgespart, nur Flächen an Vorder- und Rückseite der Zylinderwand. Vorteil: Gewichtsreduzierung und minimierte Kontaktfläche.

8. Kolbenstange

Kolbenspiel (Piston Clearance)

Kolben sind im Durchmesser kleiner als die Zylinderbohrung. Der Spalt zwischen Kolben und Zylinderwand heißt Kolbenspiel.

Alternativ: Kolbenspiel ist der Spalt zwischen Kolben und Metallzylinder, um Schäden durch übermäßige thermische Ausdehnung bei der Verbrennung zu vermeiden. Auch „Kolben-zur-Bohrung-Spiel“ genannt.

Gründe für die Notwendigkeit des Spiels:

1. Raum für Schmierfilm zwischen Kolben und Zylinderwand zur Reibungsminderung.
2. Verhinderung von Kolbenfressen: Bei hohen Betriebstemperaturen dehnen sich Kolben und Zylinderblock aus. Der Zylinder kühlt schneller als der Kolben – ausreichendes Spiel muss für Kolbenausdehnung vorhanden sein, sonst tritt Fressen auf.
3. Ohne Spiel wäre Kolbenhub im Zylinder erschwert.
4. Kolben meist aus Alu-Legierung für gute Wärmeleitfähigkeit. Alu dehnt sich bei Erwärmung stärker aus als der Metallzylinder. Richtiges Kolbenspiel erhält freie Kolbenbewegung.

Das Kolbenspiel hängt von Zylinderbohrungsgröße und Kolbenmaterial ab, liegt allgemein bei 0,025 mm bis 0,100 mm. Im Betrieb wird dieser Spalt mit Öl gefüllt, Kolben und Ringe gleiten auf Ölfilmen.

Bei zu geringem Spiel:

• Leistungsverlust durch übermäßige Reibung, starker Verschleiß, mögliches Fressen.
• Kolben wird zu fest im Zylinder, hoher Reibungsverlust.
• Kolben kann Zylinderwand beschädigen.

Bei zu großem Spiel:

Kolben bewegt sich zu frei hin und her, führt zu Klopfen (Engine Knock) und kann Rock beschädigen. Große Spiele verringern auch die Abdichtung der Kompressionsringe. Kolbenschlagen (Piston Slap) tritt auf: plötzliches Kippen des Kolbens im Arbeitstakt.

Der Kolben schlägt mit ausreichender Kraft von einer Zylinderseite zur anderen, was ein deutliches Geräusch erzeugt. Beim Aufwärmen verringert sich das Spiel, das Geräusch verschwindet meist. Um feste Spiele ohne Fressrisiko zu nutzen, wurden Speziallegierungen und diverse Kolbendesigns eingeführt (Nocken-Schliff auf nicht-kreisförmige Formen, halb-flexible Rocks mit schrägen Schlitzen, kontrollierte Verteilung etc.).

2-Takt-Schiffsdiesel-Kolben

Der Kolben besteht aus zwei Teilen: Krone und Rock.

Die Krone ist hohen Temperaturen in der Brennkammer ausgesetzt; die Oberfläche erodiert und verbrennt.

Daher muss das Kronenmaterial bei hoher Temperatur Festigkeit bewahren und Korrosion widerstehen. Verwendet wird Stahl legiert mit Chrom und Molybdän. Manche Kolben haben eine Speziallegierung an der heißesten Kronenstelle, um Korrosion durch Brennstoffverbrennung zu reduzieren.

Die Krone hat vier bis fünf Ringnuten, die verchromt sein können.

Der Grauguss-Rock wirkt als Führung im Zylinderlauf.

Die Kolbenunterseite ist mit der Kolbenstange (Gussstahl) verschraubt. Das andere Ende der Stange verbindet sich mit dem Kreuzkopfbolzen.

Kolbenkühlung ist notwendig, um überschüssige Verbrennungswärme abzuführen und thermische Spannungen zu begrenzen. Auch thermische Ausdehnung wird begrenzt, um Spiel zu erhalten. Kühlung durch zirkulierendes Kühlmittel in inneren Kanälen – entweder Wasser oder Kurbelgehäuseöl.

Wasser hat thermische Vorteile (Wärmekapazität), aber Leckagerisiko ins Kurbelgehäuse. Moderne Motoren nutzen ölgekühlte Kolben. Für Ölzu- und -abführung dient die hohle Kolbenstange mit zentralem Rohr.

Der MAN B&W-Kolben besitzt eine 8 mm dicke, hitzebeständige Beschichtung aus Nickel-Chrom-Legierung (Inconel), aufgeschweißt an der heißesten Kronenstelle zum Schutz vor „Ausbrennen“.

4-Takt-Schiffsdiesel-Kolben

Kolben für mitteldrehende Motoren mit Schweröl sind Verbundkolben (Krone und Rock aus unterschiedlichen Materialien).

Die Krone ist ein hitzebeständiges Stahlschmiedestück, Legierung aus Chrom, Molybdän & Nickel – für Festigkeit bei hoher Temperatur und Korrosionsbeständigkeit.

Sie ist so gestaltet, dass sie mit Ventilausnehmungen eine Brennkammer bildet. Der obere Steg (Topland, Bereich zwischen oberstem Ring und Kolbenoberkante) kann konisch ausgeführt sein, um die Ausdehnung dort zuzulassen, wo der Kolben heißest ist.

Der Rock kann aus Gusseisen mit Kugelgraphit (GGG), geschmiedetem oder gegossenem Aluminiumlegierung bestehen.

Aluminiumvorteile:

• Leicht
• Geringe Trägheit
• Reduzierte Lagerbelastung

Aber: Aluminium hat niedrigeren Ausdehnungskoeffizienten als Stahl – größere Fertigungsspiele nötig. Damit ist das Rockspiel im Lauf bei Teillast größer als bei Gusseisen. Der Rock leitet den Seitenhub aus dem wechselnden Pleuelwinkel in den Lauf. Zu großes Spiel führt zum Kippeln des Kolbens.

Der Kolbenbolzen für das kleine Ende der Pleuelstange sitzt im Rock. Der Bolzen schwimmt im Rock und wird durch Sprengringe gesichert. Je nach Rockmaterial (Gussalu) kann eine Buchse für den Bolzen verwendet werden.

Kolbenringe können in der Krone oder in Krone und Rock sitzen. Meist verchromt oder Plasmaschicht für Verschleißfestigkeit. Da der Lauf geschmiert wird, sitzt der Ölabstreifring (Ölsteuerring) am Rock.

Kühlung erfolgt mit Öl. Einfachste Methode: Öldüse aus Bohrung im Pleuelkopf nach oben zur Kronenunterseite. Effektiver: Ölfänger (wie im Bild), der Öl in Kühlkammern am Kronenboden leitet; der „Cocktail-Shaker-Effekt“ des hubenden Kolbens sichert positive Kühlung. Rücklauftemperatur des Öls wird selten geregelt (im Gegensatz zu 2-Takt-Langsamläufern, wo Temperatur und Menge überwacht werden).

Manche Motoren haben Einteilkolben aus Guss oder Alu-Silizium. Nicht für Schweröl nutzbar, da höhere Temperaturen die Krone verbrennen lassen. Alu leidet über 300 °C unter Kohlenstoffablagerungen. Ringnuten in Alu-Kolben nehmen meist verchromte Guss-Einsätze auf.

Kolbenmotoren-Typen

Reihenmotor (InLine Engine): Einfache, traditionelle Bauart. Zylinder in einer Reihe. Hersteller nennen ihn oft „Straight Engine“.

Reihenmotoren können 2, 3, 4, 5, 6 oder 8 Zylinder haben. Der Vierzylinder-Reihenmotor wird als Inline-4 bezeichnet, in Nomenklatur oft I4 oder L4 (longitudinal 4).

Rotationsmotoren (Rotary Engines): Verbrennungsmotoren, bei denen Brennräume und Zylinder mit der Antriebswelle um eine feste Steuerwelle rotieren, an der die Kolben befestigt sind; Gasdruck treibt die Welle an. Manche haben toroidale (donutförmige) Zylinder mit Gleitkolben, andere Ein- oder Mehrlappen-Rotoren.

V-Motoren (Vee Engines): Zwei Zylinderbänke an gemeinsamer Kurbelwelle, meist gleiche Zylinderzahl pro Bank, in einem Winkel zueinander – von vorn gesehen „V“-Form.

V-Motoren sind kürzer als gleichstarke Reihenmotoren, aber breiter. V6, V8, V12 sind gängigste Konfigurationen.

Sternmotoren (Radial Engines): Zylinder strahlen sternförmig vom zentralen Kurbelgehäuse aus – wie Speichen eines Rads. Frontal wie ein stilisierter Stern.

Bestehen aus einer oder mehreren Reihen ungerader Zylinderzahlen um die zentrale Kurbelwelle. Hauptsächlich in Flugzeugen.

Gegenkolbenmotor (Opposed Piston Engine):

Jeder Zylinder hat einen Kolben an beiden Enden, keinen Zylinderkopf. Öl- und Dieselmotoren mit Gegenkolben wurden oft in Großanwendungen eingesetzt: Schiffe, Militärpanzer, Fabriken.

Vorteile:

• Kein Zylinderkopf
• Erzeugt Umströmspülung (Uniflow Scavenging)
• Reduzierte Bauhöhe

Was ist Kolbenschlagen (Piston Slap)?

Kolbenschlagen ist ein Geräusch, das entsteht, wenn der Kolbenrock die Zylinderwand berührt, während der Kolben in Auf- oder Abwärtsbewegung leicht kippt.

Ursache: Verschleiß des Rockbereichs vergrößert das Spiel, oder der Kolben wurde für lockeren Sitz bearbeitet (z. B. bei geschmiedeten Alu-Kolben für Hochleistungsmotoren wie Dragster). Grund: Erwartete thermische Ausdehnung verringert das Spiel im Betrieb.

Kolbenschlagen ist bei kaltem Motor häufiger und deutlicher hörbar.

Was ist Top-High-Land? Warum? In welchem Motortyp?

Topland ist der ringförmige Bereich um den Kolben oberhalb des obersten Rings. Zum Schutz der Kolbenringe vor thermischer Belastung durch Verbrennung wurde die Höhe des Toplands erhöht (Abb. 1). Der vergrößerte Pufferraum zwischen Krone und Zylinderwand verbessert die Ringbedingungen und verlängert die Überholintervalle. Das hohe Topland wurde Mitte der 1990er eingeführt, positive Betriebserfahrung führte zur Übernahme für alle neuen Motortypen. Es ist eine Entwicklung des MC-C-Motors.