Motorkolben: Aufbau und Funktionsweise

Der Kolben ist eines der am stärksten belasteten und wichtigsten Teile eines Automotors. Ihm ist es zu verdanken, dass die Wärmeenergie der Kraftstoffverbrennung in Maschinenbewegung umgewandelt wird. Viele Fahrer haben jedoch keine Ahnung, wie ein Motorkolben aussieht. Wir erklären den Aufbau des Kolbens sowie mögliche Fehler.

Funktionsweise des Motorkolbens in einem Auto

Herkömmliche Verbrennungsmotoren werden auch Kolbenmotoren genannt. In ihren Körpern (Blöcken) befinden sich zylindrische Hohlräume, oder einfach Zylinder. Jeder Zylinder hat seinen eigenen Kolben. Erinnern wir uns an das Funktionsprinzip von Verbrennungsmotoren. Bei der Verbrennung des Kraftstoff-Luft-Gemischs drücken Gase auf den Kolben, der sich allmählich zu bewegen beginnt. Mit Hilfe der Pleuelstange und der Kurbelwelle wird diese Translationsbewegung in eine Rotationsbewegung umgewandelt und dann über das Getriebe auf die Räder übertragen.

Er selbst hat natürlich auch eine zylindrische (oder eher fast zylindrische) Form, damit er genau auf die Oberfläche des Zylinders im Motor passt. Tatsächlich ist der Kolben (zusammen mit anderen Komponenten) so konstruiert, dass er die Verbrennungsenergie des Luft-Kraftstoff-Gemischs in kinetische Energie umwandelt.

Aus welchen Teilen besteht ein Kolben

Wenn man sich den Kolben eines Verbrennungsmotors genauer ansieht, erkennt man zwei wichtige Komponenten: das Kolbengehäuse und das Dichtungsteil. Das Kolbengehäuse wiederum besteht aus einem Boden und einem Führungsteil.

Der Boden des Kolbens (oder Kopf) ist der obere Endteil des Kolbens. Er nimmt den Gasdruck und den größten Teil der Wärmebelastung auf, sodass er aus dickerem Metall besteht als der Rest des Gehäuses.

Der Kolbenboden kann verschiedene Formen haben: flach, mit einer Kerbe, um die optimale Form der Brennkammer zu schaffen, mit Kerben für Ventilplatten (falls diese Teile plötzlich aufeinandertreffen, wenn der Zahnriemen reißt oder die Kette durchrutscht). Bei Dieselmotoren und Benzinmotoren mit geringem Hubraum und hohem Verdichtungsverhältnis kann der Kolben einen konkaven Boden haben – tatsächlich befindet sich der größte Teil der Brennkammer darin. Bei anderen Motoren (Benzinmotoren mit hoher Verdichtung) kann der Kolbenboden konvex sein.

Der Führungsteil (seitlich) des Kolbens wird auch als Schaft bezeichnet. Er sorgt für die korrekte Position des Kolbens im Verhältnis zum Zylinder. Der Kolbenschaft gleitet an den Kolbenwänden entlang. Daher ist er in der Regel mit reibungsmindernden Materialien beschichtet.

An der Innenseite des Kolbenschafts befinden sich Verdickungen (Vorsprünge) mit Löchern für den Kolbenbolzen, der diesen Teil mit der Pleuelstange verbindet. Der Bolzen wird entweder durch einen festen Sitz oder durch Sprengringe gesichert – für diese befinden sich Nuten im Schaft.

Die Dichtung ist ein sehr wichtiger Bestandteil des Kolbens, der sich im Zylinder bewegt. Ohne sie würden Gase aus der Verbrennungskammer in das Kurbelgehäuse und Öl aus dem Kurbelgehäuse in die Verbrennungskammer strömen. Um dies zu vermeiden, verfügt der Kolben über Nuten für die Montage spezieller Kompressions- und Öldichtringe. Kolbenringe werden auch zur Kühlung des Kolbens selbst verwendet, indem überschüssige Wärme vom Boden des Kolbens an die Zylinderwände abgegeben wird.

Der Zweck solcher Ringe ist aus dem Namen ersichtlich. Kompressionsringe – es gibt normalerweise zwei davon pro Kolben, einen oberen und einen unteren – verhindern, dass Gase in das Kurbelgehäuse entweichen, und halten den Arbeitsdruck (Kompression) im Zylinder aufrecht. Und Ölabstreifer – sie entfernen überschüssiges Öl von der Oberfläche des Zylinders, wenn sich der Kolben nach unten bewegt.

Aus welchem Material bestehen Kolben? Früher wurden sie aus schwerem und relativ sprödem Gusseisen gegossen. Dann kamen Aluminiumlegierungen auf. Sie leiten Wärme besser ab und wiegen weniger, sodass sie in modernen, hochdrehenden Motoren eingesetzt werden können.

Neben Aluminiumkolben werden heute auch Stahlkolben hergestellt. Sie halten noch höheren Zylindertemperaturen und -drücken besser stand. Und dank dünnerer Wände und einer geringeren Gesamthöhe bei gleichem Zylinderdurchmesser haben sie in der Regel eine geringere Masse.

Was sind die Ursachen für Kolbenverschleiß und welche Folgen hat er

Wie andere Teile unterliegt auch der Kolben des Verbrennungsmotors einem natürlichen Verschleiß, insbesondere sein oberer Teil, der näher an der Brennkammer liegt. Er ist der Hauptverursacher der thermischen und physischen Belastung. Der erste Kolbenring und seine Nut nutzen sich zuerst ab.

Es gibt Faktoren, die die Lebensdauer eines Motorkolbens verkürzen, wie z. B. Ölmangel oder schlechte Ölqualität. Außerdem kann der Kolben aufgrund von Überhitzung oder dem Auftreten von Detonation – einem explosionsartigen Verbrennungsprozess von Kraftstoff, der von plötzlichen Druckspitzen und Temperaturanstiegen in den Zylindern begleitet wird – zu versagen beginnen.

Symptome eines kritischen Kolbenverschleißes sind in der Regel leicht erkennbar:

1. instabiler Motorbetrieb;
2. Klopfen bei laufendem Motor;
3. verminderte Motorleistung;
4. erhöhter Ölverbrauch und blauer Rauch aus dem Auspuff;
5. Ruß auf den Zündkerzen;
6. erhöhter Kraftstoffverbrauch.

Wenn eines der oben genannten Probleme festgestellt wird, zögern Sie nicht, es zu beheben – es kann schwerwiegende Folgen haben, bis hin zur Motorüberholung.

Dieser Kolben weist gut sichtbare Kratzer (Riefen) am Schaft auf, die durch Überhitzung oder Ölmangel entstanden sein können.

Wie man den richtigen Ersatzkolben auswählt

Gute Motorkolben bestehen aus hochwertigem Metall, haben eine hohe Maßgenauigkeit und ein festes Gewicht (mit minimalen Abweichungen). Wenig bekannte Hersteller haben in der Regel Probleme mit jedem dieser Punkte.

Um keine Mängel zu riskieren, ist es daher besser, nur Originalersatzteile oder Kolben von bekannten Herstellern zu wählen. Zum Beispiel von etablierten Unternehmen wie Mahle oder Kolbenschmidt.

Kolben dieser Form werden in Dieselmotoren eingebaut. Links ist ein Aluminiumkolben, rechts ein Stahlkolben zu sehen. Foto: Mahle

Es ist wichtig, bei der Größe des Kolbens keinen Fehler zu machen. Für viele Motorenmodelle gibt es Teile mit Reparaturgrößen – sie haben einen etwas (normalerweise einen Bruchteil von Millimetern) größeren Durchmesser. Dies gleicht den Verschleiß der Zylinderwände aus, die sich bei der Reparatur unter die neue Größe bohren, und stellt gleichzeitig ihre Oberflächen wieder her.

Dementsprechend wird die Größe des Kolbens unter Berücksichtigung der Produktion des Zylinders ausgewählt (wenn es keine signifikanten Unterschiede gibt, reicht es aus, Kolben mit Nenngröße zu kaufen). Welche Teile in jedem einzelnen Fall benötigt werden, wird von den Meistern der Dienstleistungen anhand der Ergebnisse der Mängel und Messungen des reparierten Motors festgelegt.

Also, kurz gesagt

• Der Kolben bewegt sich durch den Motorzylinder und nimmt die Last der sich ausdehnenden Gase während der Verbrennung des Kraftstoffgemischs auf.
• Die Hauptbestandteile des Kolbens sind das Gehäuse (Boden und Schaft) und der Dichtungsteil mit Ringen.
• Kolben nutzen sich auf natürliche Weise ab, aber der Prozess kann zu mangelnder Schmierung, Detonation und Überhitzung führen.
• Beim Austausch von Kolben ist es wichtig, die richtige Größe zu wählen. Es ist besser, Produkte namhafter Hersteller zu verwenden.