Wesentliche Komponenten eines Verbrennungsmotors

Das Lesen und Verstehen, wie ein Verbrennungsmotor funktioniert, ist gut – aber die Komponenten nicht zu kennen, macht es nutzlos. Die gekoppelten Komponenten eines Fahrzeugmotors bewirken die „Magie“ unter der Haube – für manche sieht es wie Magie aus.

Ein Automobilmotor besteht aus verschiedenen Komponenten unterschiedlicher Größe mit spezifischen Funktionen. Dieser Artikel zielt auf den gängigen Typ „Verbrennungsmotor“ ab.

Moderne Motorbauteile kombinieren mechanische und elektrische Komponenten. Lesen Sie auch wichtige Artikel zu Verbrennungsmotoren…

Komponenten des Verbrennungsmotors

Nachfolgend die gängigen Teile eines Verbrennungsmotors:

1. Zylinder

Diese Motorteile befinden sich im Motorblock (Zylinderblock). Sie weisen eine Laufbuchse (Zylinderlaufbahn) auf. Diese Buchse nutzt sich bei Betrieb ab und lässt sich leicht ersetzen. Der Zylinder bietet Raum für den Kolben, der auf- und abwärts bewegt wird, wodurch die Verbrennung stattfindet.

Zylinder werden durch Bohrung und Hub charakterisiert. Die Bohrung ist der Innendurchmesser, der Hub die wirksame Länge der Kolbenbewegung (TDC zu BDC – oberer/unterer Totpunkt).

Der Zylinderblock enthält auch Hohlräume um und zwischen den einzelnen Zylindern – sogenannte Kühljacken. Sie erlauben Kühlmittelzulauf und -zirkulation für effektive Wärmeabfuhr bei wassergekühlten Motoren.

2. Kolben

Der Kolben ist ein zylindrisches Teil, das im Zylinder auf- und abwärts bewegt wird, um den vollständigen Verbrennungszyklus zu ermöglichen (Ansaugen, Verdichten, Arbeiten, Ausstoßen) – siehe Funktionsweise unten.

Der Kolbendurchmesser ist etwas kleiner als die Zylinderbohrung, um raschen Verschleiß zu vermeiden. Drei Kolbenringe sitzen in Nuten auf der Kolbenoberfläche. Sie bestehen aus Aluminium, haben direkten Kontakt zur Zylinderlaufbahn und verhindern Kolbenverschleiß.

Die oberen zwei Ringe sind Verdichtungsringe, außen angefast – sie bewirken den Blow-by-Effekt (Verhindern, dass Abgase aus dem Brennraum in den Kurbelgehäuse gelangen). Der dritte Ring ist der Ölabstreifring: Er verhindert Öleintrag in den Brennraum und sorgt für gleichmäßige Ölverteilung an den Zylinderwänden.

3. Kurbelwelle

Diese Motorteile wandeln die Hubbewegung des Kolbens über die Pleuelstange in Drehbewegung um. Sie liegt unterhalb des Zylinderblocks in einem Gehäuse – dem Kurbelgehäuse. Die Kurbelwelle hat versetzte, gebogene Kurbelzapfen. Bei Mehrzylindermotoren hat jeder Zylinder einen eigenen Kurbelzapfen für die Pleuelbefestigung.

Ein Teil der Kurbelwelle, das Kurbelzapfenlager, wird als „großes Auge“ bezeichnet (Gleitlager). Ein anderer Teil: Gegengewichte. Sie kompensieren die Torsionsschwingungen durch die hin- und hergehende Unwucht der Kolben während der Verbrennung. Die Gegengewichte sind entweder angeschraubt oder integraler Bestandteil.

Kurbelwellen werden entweder in Teilen oder als Einzelstück gefertigt. Das einteilige Design ist vorzuzieher, da es keine Schwingungsräume lässt und bessere Faserstruktur und Spannungsfestigkeit bietet.

Typischerweise werden Kurbelwellen aus Stahl durch Walzschmieden oder duktilem Guss hergestellt. Einteilige Kurbelwellen aus vergüteten Kohlenstoffstählen. Andere Stähle wie vanadium-mikrolegierte Stähle bieten höhere Festigkeit ohne Wärmebehandlung.

4. Pleuelstange

Diese Motorteile verbinden Kolben und Kurbelwelle. Wie erwähnt, wandelt sie die Linearbewegung des Kolbens in Drehbewegung der Kurbelwelle um. Ein Ende wird über den Kolbenbolzen (Gudgeon Pin / Wrist Pin) am Kolben befestigt. Das andere Ende am Kurbelzapfenlager mittels Schrauben, die Ober- und Unterlagerdeckel („großes Auge“) halten.

Das Lager besteht aus zwei Halbschalen im Kurbelzapfen, eingesetzt durch das große Auge der Pleuelstange. Beide Enden sind nicht starr fixiert, um durch einen Winkel zu drehen. Daher befinden sich beide Enden in ständiger Bewegung und unter enormer Belastung durch den Kolbendruck.

Die Pleuelstange besteht meist aus Schmiedestahl, manchmal aus Aluminiumlegierung, wenn geringes Gewicht und hohe Stoßdämpfung Priorität haben. Sie wird mit hoher Präzision gefertigt, da sie ein empfindliches, ausfallgefährdetes Bauteil ist.

5. Zylinderkopf

Diese Motorteile dienen als Abdeckung für Zylinderblock, Ventile, Kipphebel und Zündelemente. Er wird mit Zylinderkopfdichtung auf den Zylinderblock geschraubt.

Der Zylinderkopf besteht aus Grauguss, manchmal aus Aluminiumlegierung (leichter, bessere Wärmeleitung).

Bei OHC-Motoren (obenliegende Nockenwelle) sitzt die Nockenwelle im Kopf ohne Stößelstangen für den Ventiltrieb. Weitere Teile wie Ein-/Auslasskanäle und Brennraum befinden sich ebenfalls im Zylinderkopf, wodurch eine komplette Motorkomponente entsteht.

6. Nockenwelle

Diese Komponente ist eine Welle mit darauf sitzenden Nocken. Ihre Funktion: direkte Ventilsteuerung durch Auflaufen auf die Ventile oder über Kipphebel und Stößelstangen. Der Ventilzeitpunkt wird durch die Nockengröße bestimmt – Öffnen und Schließen der Ventile wird von der Nockenwelle gesteuert, die auf der Kurbelwelle sitzt, entweder direkt über ein Reduktionsgetriebe oder indirekt über Riemenscheibe und Zahnriemen.

Eine über Zahnrad gekoppelte Nockenwelle erfordert Stößelstangen, Kipphebel und Tassenstößel. Nockenwellen bestehen meist aus gekühltem Gusseisen (Chilled Iron) oder Billet-Stahl für hochwertige Ausführungen. Das Kaltgussverfahren bietet höheren Verschleißwiderstand und Oberflächenhärte.

7. Ventile

Ventile an Verbrennungsmotoren sind Pilzventile (Poppet Valves). Sie bestehen aus einem langen, dünnen Rundstab (Ventilschaft) und einem flachen Rundscheiben (Ventilteller), der zum Schaft hin konisch zuläuft. Die Funktion: Öffnen für frisches Kraftstoff-Luft-Gemisch und Schließen für Abgasabfuhr. Öffnen/Schließen wird durch die Hubbewegung der Nockenwelle und zugehörige Gestänge bewirkt.

Motorventile bestehen aus Stahllegierungen mit Natriumfüllung zur Erhöhung der Wärmeableitung. Es gibt zwei Ventilarten: Einlassventil (frische Ladung bei Öffnung) und Auslassventil (Abgasentweichung).

8. Kipphebel

Dieses Bauteil überträgt die Drehbewegung der Nocken- oder Kurbelwelle über einen Stößel/Tassenstößel in Linearbewegung des Ventilschafts, wodurch der Ventilteller niedergedrückt wird.

Der Kipphebelkopf besteht bei leichten/mittleren Motoren aus Stahlblech, bei schweren Dieselmotoren aus Grauguss und geschmiedetem Kohlenstoffstahl (höhere Festigkeit/Steifigkeit). Die Kipphebel schwenken um einen festen Drehbolzen im Zylinderkopf.

9. Kurbelgehäuse

Diese Komponenten liegen unterhalb des Zylinderblocks und enthalten die Lager, in denen die Kurbelwelle dreht. Dieses Hauptlager ist ein Gleitlager mit ausreichender Ölversorgung. Vierzylinder-Reihenottomotoren haben drei Hauptlager (je eines an den Enden, eines in der Mitte), Dieselmotoren fünf (je eines an den Enden, eines zwischen jedem Zylinder).

Das Kurbelgehäuse besteht aus Grauguss und Aluminium – dieselben Materialien wie der Zylinderblock. Es schützt die inneren Mechanismen vor Staub, Schmutz und Fremdkörpern. Es dient als Gehäuse, das Kurbelwelle und Pleuelstangen umschließt, Öl und Luft einschließt.

10. Ölpumpe und Ölwanne

Die Ölpumpe fördert Öl zu den Motorteilen für Schmierung, Reinigung und Kühlung. Sie wird über das Kurbelwellenrad angetrieben. Das Öl wird unter Druck zu den Komponenten geleitet, was Schmierung und Kühlung unterstützt.

Die Ölwanne dient als Vorratsbehälter mit Kammer für das Öl. Die Ölpumpe saugt Öl aus der Wanne durch ein Sieb (Drahtgitter), das Schmutz und Partikel zurückhält. Ölfilter und Ölkühler lassen das Öl vor der Verteilung passieren. Nach getaner Arbeit fließt das Öl zurück in die Ölwanne.

Weitere Automobilmotor-Komponenten sind die elektrischen, die in einem anderen Artikel besprochen werden. Elektrische Motorteile umfassen:

• Lichtmaschine
• Anlasser
• Zündkerze
• Elektronische Kraftstoffeinspritzung
• Zündspule u.a.

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