Zylinderkopf eines Verbrennungsmotors

Der Begriff „Zylinderkopf“ ist nicht zufällig entstanden. Wie im menschlichen Kopf finden im Zylinderkopf die komplexesten und wichtigsten Vorgänge eines Verbrennungsmotors statt. Der Zylinderkopf ist somit Teil des Verbrennungsmotors und befindet sich in seinem oberen (oberen) Teil. Es ist mit den Luftkanälen des Ansaug- und Abgastrakts verflochten, enthält Teile des Ventilmechanismus, Injektoren und Zündkerzen oder Glühkerzen. Der Zylinderkopf bedeckt die Oberseite des Zylinderblocks. Der Kopf kann einer für den gesamten Motor sein, separat für jeden Zylinder oder separat für eine separate Reihe von Zylindern (V-förmiger Motor). Mit Schrauben oder Bolzen am Zylinderblock befestigt.

Zylinderkopffunktionen

• Es bildet den Brennraum - es bildet den Verdichtungsraum oder einen Teil davon.
• Bietet Austausch der Zylinderladung (4-Takt-Motor).
• Sorgt für Kühlung des Brennraums, der Zündkerzen und Ventile.
• Verschließt den Brennraum gas- und wasserdicht.
• Bietet Platz für eine Zündkerze oder einen Einspritzer.
• Erfasst und leitet den Verbrennungsdruck – Hochspannung.

Aufteilung der Zylinderköpfe

• Zylinderköpfe für Zweitakt- und Viertaktmotoren.
• Zylinderköpfe für Otto- und Kompressionszündungsmotoren.
• Köpfe mit Luft- oder Wasserkühlung.
• Köpfe separat für einen Zylinder, Kopf für Reihen- oder V-Motor.
• Zylinderkopf und Art des Steuermechanismus.

Zylinderkopfdichtung

Zwischen Zylinderkopf und Zylinderblock befindet sich eine Dichtung, die den Brennraum hermetisch abschließt und ein Austreten (Vermischen) von Öl und Kühlmittel verhindert. Wir unterteilen Füllungen in sogenannte metallische und kombinierte Füllungen.

Metallische, also Kupfer- oder Aluminiumdichtungen werden in kleinen, schnelllaufenden, luftgekühlten Motoren (Roller, Zweitakt-Motorräder bis 250 ccm) eingesetzt. Wassergekühlte Motoren verwenden eine Dichtung, die aus einem Teil besteht, der aus mit Graphit gesättigten organischen Fasern in Kombination mit Kunststoffen besteht und auf einen Metallträger aufgebracht ist.

Kopfbedeckung

Ein wichtiger Teil des Zylinderkopfes ist auch die Abdeckung, die den Ventiltrieb verschließt und verhindert, dass Öl in die Motorumgebung gelangt.

Die Hauptmerkmale des Zylinderkopfes eines Zweitaktmotors

Der Zylinderkopf für Zweitaktmotoren ist normalerweise einfach und wird durch Luft (hat Rippen auf der Oberfläche) oder Flüssigkeit gekühlt. Die Brennkammer kann symmetrisch, bikonvex oder kreisförmig sein, häufig mit einem Klopfschutzspalt. Das Gewinde für die Zündkerze befindet sich entlang der Zylinderachse. Es kann aus Grauguss (alte Motorkonstruktionen) oder einer Aluminiumlegierung (derzeit verwendet) hergestellt werden. Die Verbindung eines Zweitaktmotorkopfs mit dem Zylinderblock kann über ein Gewinde, einen Flansch, eine Verbindung mit Klemmschrauben oder sogar über einen einteiligen Kopf erfolgen.

Die Hauptmerkmale des Zylinderkopfes eines Viertaktmotors

Die Konstruktion des Kopfes für Viertaktmotoren muss auch eine Änderung des Hubraums der Motorzylinder vorsehen. Es enthält Einlass- und Auslasskanäle, Teile des Gasverteilungsmechanismus, die die Ventile steuern, die Ventile selbst mit ihren Sitzen und Führungen, Gewinde zur Befestigung der Zündkerze und Düsen, Kanäle für den Fluss von Schmier- und Kühlmedien. Es ist auch Teil der Brennkammer. Daher ist er im Vergleich zum Zylinderkopf eines Zweitaktmotors ungleich aufwendiger in Aufbau und Form. Der Zylinderkopf eines Viertaktmotors besteht entweder aus grauem Feinkornguss oder legiertem Gusseisen oder geschmiedetem Stahl – so genannten Stahlguss oder Aluminiumlegierungen für flüssigkeitsgekühlte Motoren. Luftgekühlte Motoren verwenden Aluminiumlegierungen oder Gusseisen. Gusseisen wird fast nie als Kopfmaterial verwendet und wurde durch Aluminiumlegierungen ersetzt. Entscheidend bei der Herstellung von Leichtmetallen ist weniger das geringe Gewicht als vielmehr die hervorragende Wärmeleitfähigkeit. Da der Verbrennungsprozess im Zylinderkopf stattfindet und in diesem Teil des Motors eine starke Hitze entsteht, muss die Wärme so schnell wie möglich an das Kühlmittel abgegeben werden. Und dann ist eine Aluminiumlegierung ein sehr geeignetes Material.

Die Brennkammer

Der Brennraum ist auch ein sehr wichtiger Teil des Zylinderkopfes. Es muss die richtige Form haben. Die Hauptanforderungen an die Brennkammer sind:

• Kompaktes Design zur Begrenzung des Wärmeverlusts.
• Lassen Sie die maximale Anzahl an Ventilen bzw. einen ausreichenden Ventildurchmesser zu.
• Optimales Öffnen der Ballonfüllung.
• Platzieren Sie die Kerze am Ende des Drucks an der reichsten Stelle.
• Verhinderung einer Detonationszündung.
• Hot-Spot-Unterdrückung.

Diese Anforderungen sind sehr wichtig, da der Brennraum die Kohlenwasserstoffbildung beeinflusst, den Verbrennungsverlauf bestimmt, den Kraftstoffverbrauch, das Verbrennungsgeräusch und das Drehmoment beeinflusst. Der Brennraum bestimmt auch das maximale Verdichtungsverhältnis und beeinflusst den Wärmeverlust.

Brennkammerformen

a - Badezimmer, b - halbkugelförmig, c – Keil, d – Asymmetrische Halbkugel, e – Heronov-v-Piste

Einlass und Auslass

Sowohl die Einlass- als auch die Auslassöffnung enden mit einem Ventilsitz, entweder direkt im Zylinderkopf oder mit einem eingesetzten Sitz. Ein gerader Ventilsitz ist direkt in das Kopfmaterial eingeformt oder kann so genannt werden. Inline-Sattel aus hochwertigen legierten Materialien. Die Kontaktflächen sind exakt auf Maß geschliffen. Der Abschrägungswinkel des Ventilsitzes beträgt meist 45°, da bei diesem Wert eine gute Dichtheit bei geschlossenem Ventil erreicht wird und der Sitz selbstreinigend ist. Saugventile sind manchmal um 30° abgewinkelt, um einen besseren Durchfluss im Sitzbereich zu gewährleisten.

Ventilführungen

Ventile bewegen sich in Ventilführungen. Ventilführungen können aus Gusseisen, einer Aluminiumlegierung und Bronze bestehen oder direkt in das Material des Zylinderkopfs eingearbeitet werden.

Ventile im Zylinderkopf des Motors

Sie bewegen sich in Führungen und die Ventile selbst ruhen auf den Sitzen. Das Ventil als Teil des Steuerventils von Hubkolben-Verbrennungsmotoren ist im Betrieb mechanischen und thermischen Belastungen ausgesetzt. Aus mechanischer Sicht wird es am stärksten durch den Rauchgasdruck in der Brennkammer sowie durch die von der Nocke (Wagenheber) ausgeübte Steuerkraft, die Trägheitskraft bei der Hin- und Herbewegung sowie durch mechanische Reibung belastet. ich selbst. Ebenso wichtig ist die thermische Belastung, da das Ventil hauptsächlich von der Temperatur in der Brennkammer sowie der Temperatur um die strömenden heißen Rauchgase (Auslassventile) beeinflusst wird. Insbesondere bei aufgeladenen Motoren sind die Auslassventile einer extremen thermischen Belastung ausgesetzt und können lokal Temperaturen von bis zu 900 °C erreichen. Bei geschlossenem Ventil kann Wärme an den Sitz und an den Ventilschaft abgeführt werden. Die Wärmeübertragung vom Kopf zum Schaft kann erhöht werden, indem der Hohlraum im Inneren des Ventils mit einem geeigneten Material gefüllt wird. Am häufigsten wird verflüssigtes Natriumgas verwendet, das nur die Hälfte des Schafthohlraums ausfüllt, so dass bei Bewegung des Ventils das Innere großflächig mit Flüssigkeit gespült wird. Der Schafthohlraum bei kleineren (Passagier-)Motoren wird durch Bohren eines Lochs hergestellt; Bei größeren Motoren kann ein Teil des Ventilkopfes auch hohl sein. Der Ventilschaft ist normalerweise verchromt. Somit ist die thermische Belastung bei verschiedenen Ventilen nicht gleich, sie hängt auch vom Verbrennungsprozess selbst ab und führt zu thermischen Spannungen im Ventil.

Einlassventilköpfe haben normalerweise einen größeren Durchmesser als Auslassventile. Bei einer ungeraden Ventilanzahl (3, 5) gibt es pro Zylinder mehr Einlassventile als Auslassventile. Dies ergibt sich aus der Forderung nach maximal möglicher, optimaler spezifischer Leistung und damit bestmöglicher Füllung des Zylinders mit einem brennbaren Kraftstoff-Luft-Gemisch.

Für die Herstellung von Saugventilen werden hauptsächlich Stähle mit Perlitstruktur, legiert mit Silizium, Nickel, Wolfram usw. verwendet. Manchmal wird auch eine Titanlegierung verwendet. Thermisch beanspruchte Auslassventile bestehen aus hochlegierten (Chrom-Nickel)-Stählen mit austenitischem Gefüge. Am Sitz ist gehärteter Werkzeugstahl oder ein anderes Spezialmaterial angeschweißt. Stellit (duktile Legierung aus Kobalt mit Chrom, Kohlenstoff, Wolfram oder anderen Elementen).

Zweiventil-Zylinderkopf

Dreiventil-Zylinderkopf

Zylinderkopf Vierventiler

Fünfventil-Zylinderkopf