Zylinderkopf: Aufbau, Funktionen und Überprüfung

Zylinderkopf: Aufbau, Funktionen und Überprüfung

Ein Verbrennungsmotor ist aus unterschiedlichen Bauteilen aufgebaut, wobei der Zylinderkopf eines der komplexesten Teile ist. Dieser ist oben auf dem Motorblock montiert und über die Zylinderkopfdichtung mit dem Kurbelwellengehäuse verbunden. Der Zylinderkopf stellt die Kühlung und Schmierung des Motors mittels Ein- und Auslasskanal sicher. Aufgrund dieser Funktion ist er eines der wichtigsten Bestandteile von Verbrennungsmotoren. Falls Ihr Auto Öl verliert oder die Motorleistung nachlässt, sollten Sie zeitnah eine Fachwerkstatt aufsuchen, um überprüfen zu lassen, ob dies vielleicht an einem defekten Zylinderkopf oder einer defekten Zylinderkopfdichtung liegt. Woran Sie einen Defekt feststellen können, wie dieses Teil aufgebaut ist und welche Funktionen es hat, erfahren Sie in diesem Artikel.

Aufbau des Zylinderkopfes

Aufbau des Zylinderkopfes

Da der Zylinderkopf eines Autos sehr komplex aufgebaut ist, gehört er zu den kostspieligsten Bauteilen des Motors. Dieses Teil besteht in der Regel aus Leichtmetall oder Aluminiumlegierungen und wird aufgrund der extrem hohen Kräfte, denen es ausgesetzt ist, direkt auf dem darunter liegenden Kurbelwellengehäuse montiert. Hierbei kommen spezielle lange Schrauben, die sogenannten Zylinderkopfschrauben, zum Einsatz, deren Vorspannung eine elastisch federnde Wirkung auf die Bolzen hat, wodurch diese höheren Belastungen standhalten können und die Dichtheit des Motors gewährleisten. Nach oben hin wird dieses Bauteil mit einem Ventildeckel, auch Zylinderkopfdeckel oder Zylinderkopfhaube genannt, verschlossen. Die Lücke zwischen den einzelnen Bauteilen wird mit Hilfe der Zylinderkopf- bzw. Ventildeckeldichtung geschlossen. Der Zylinderkopf besteht aus den folgenden Bauteilen, die sich abhängig davon, ob der Motor mit Benzin oder Diesel betrieben wird, leicht voneinander unterscheiden.

  • Ein- und Auslassventile: Bei Dieselmotoren wird hierüber Luft angesaugt, bei Benzinmotoren ein Luft-Kraftstoffgemisch.
  • Ein- und Auslasskanäle: Durch sie gelangt die angesaugte Luft (Diesel) bzw. das Luft-Kraftstoffgemisch (Benziner) in die Zylinder und Abgase können entweichen.
  • Nockenwellen: Sie sorgen dafür, dass sich die Ventile öffnen und schließen und werden in der Regel von einer Steuerkette angetrieben, die ihrerseits von der Kurbelwelle angetrieben wird.
  • Einspritzventile/Einspritzdüsen: Die Ventile kommen in Benzinmotoren vor und dienen der Einspritzung von Kraftstoff in die Brennkammern, wobei die Düsen in Dieselmotoren für die Einspritzung von Kraftstoff in die Brenn- oder Vorkammern zuständig sind.
  • Zündkerzen/Glühkerzen: Die Zündkerzen in einem Benzinmotor sorgen für die Einleitung der Kraftstoffverbrennung, während die Glühkerzen eine Kaltstarthilfe des Dieselmotors sind.

Aufgrund der hohen Temperaturen muss der Zylinderkopf entweder mittels Wasser oder mit Luft gekühlt werden. In den meisten modernen Fahrzeugen kommt eine Wasserkühlung zum Einsatz, bei denen eine Mischung aus Wasser, Frost- und Korrosionsschutzmittel als Kühlmittel dient, das vom Kurbelwellengehäuse aus durch die Zylinderkopfdichtung in den Zylinderkopf fließt. Hierbei ist eine deutlich effektivere Kühlung möglich als mittels Luftkühlung, bei der dieses Bauteil nur mit Luft gekühlt wird, die durch große Kühlrippen am Zylinderkopf vorbei strömt. Der Vorteil der Luftkühlung ist, eine preiswertere und einfachere Konstruktion sowie ein zuverlässiger Betrieb, da das Kühlmittel bei niedrigen Außentemperaturen nicht einfriert.

Funktionen des Zylinderkopfes

Zu den wichtigsten Aufgaben des Zylinderkopfes Ihres Autos gehört es, den Verbrennungsraum nach oben hin abzuschließen und den Motorblock konstant mit Luft bzw. einem Luft-Kraftstoffgemisch zu versorgen. Um eine luftdichte Verbindung zwischen diesem Teil und dem Motorblock zu gewährleisten, wird eine Zylinderkopfdichtung dazwischen installiert. Mit Hilfe der Ein- und Auslasskanäle leitet der Zylinderkopf Öl in den Motorblock, um die dort befindlichen Zylinder permanent zu schmieren. Außerdem kann über wasserführende Kanäle bzw. mit Luft gefüllte Kühlrippen auch die Verbrennungswärme abgeleitet werden. Aufgrund der Funktion ist dieses Bauteil ein unverzichtbarer Bestandteil des Motors, da es dessen reibungslosen Betrieb sicherstellt.

Ursachen und Anzeichen von Defekten

Ursachen und Anzeichen von Defekten

Leider ist der Zylinderkopf aufgrund seines komplexen Aufbaus und seiner unterschiedlichen Funktionen auch anfällig für Defekte. Am häufigsten tritt eine undichte Zylinderkopfdichtung aufgrund von fortschreitendem Verschleiß auf. Auch das Material des Bauteils selbst kann reißen, da es extrem hohen Temperaturen, starken Vibrationen und insgesamt hohen Belastungen ausgesetzt ist. Weitere Ursachen für einen Defekt am Zylinderkopf oder dessen Bestandteilen sind eine fehlerhafte Wartung, Material von minderwertiger Qualität, fehlendes oder falsche Dosierung des Frost- und Korrosionsschutzmittels in der Kühlflüssigkeit, mangelhafte Schmierung und Materialverschleiß aufgrund des fortschreitenden Alters oder einer hohen Laufleistung. Da ein defekter oder undichter Zylinderkopf im schlimmsten Fall einen Motorschaden nach sich ziehen kann, sollten Sie zur Überprüfung umgehend eine Fachwerkstatt aufsuchen, wenn Sie folgende Anzeichen an Ihrem Auto bemerken:

  • ! Leistungsverlust des Motors
  • ! Öl in der Kühlflüssigkeit
  • ! schlechtes Kaltstartverhalten
  • ! Nachfüllen von Wasser und Öl innerhalb kurzer Zeit immer wieder erforderlich
  • ! Zu hohe Kühlwassertemperatur

Reinigung des Zylinderkopfes

Bei der Verbrennung von Kraftstoff entsteht Kohlenstoff als Nebenprodukt, das sich mit der Zeit auch auf dem Zylinderkopf ablagert und eine Rußschicht bildet. Diese kann immer mehr verhärten und letztlich die Leistung dieses Bauteils einschränken. Daher ist für die einwandfreie Funktion des Motors nicht nur die Motorspülung wichtig, sondern auch eine regelmäßige Reinigung des Zylinderkopfes.

 Um das Teil zu reinigen, müssen die folgenden Schritte durchgeführt werden: 
  1. alle Teile ausbauen, die den Weg zum Zylinderkopf blockieren
  2. Zylinderkopfschrauben abschrauben und Zylinderkopf entnehmen
  3. Bauteil chemisch oder mittels Strahlmittel reinigen
  4. Zylinderkopf wieder einbauen
  5. alle zuvor ausgebauten Teile wieder einbauen

Beim Wiedereinbau muss zwingend darauf geachtet werden, dass jede Schraube wieder an ihrer ursprünglichen Stelle eingeschraubt wird, da diese häufig unterschiedlich lang sind. Gehen Sie zudem sehr vorsichtig vor und tragen Sie immer eine Schutzbrille und lösungsmittelbeständige Schutzhandschuhe, um Reizungen von Haut und Augen zu verhindern. Außerdem muss das Reinigungsmittel genau auf die zu reinigende Oberfläche abgestimmt sein, da ein inkompatibles Mittel Korrosion und schwere Schäden verursachen kann.

Reparatur des Zylinderkopfes

Reparatur des Zylinderkopfes

Leider sind bei den meisten Defekten aufwändige und teure Instandsetzungen des Zylinderkopfes notwendig. Dafür muss dieser normalerweise zuerst einmal ausgebaut werden und nach der Instandsetzung plan geschliffen werden, um die Dichtheit zwischen Zylinderkopf und Motorblock zu gewährleisten. Es ist nur sehr selten erforderlich, den kompletten Zylinderkopf zu wechseln, da meistens austauschbare Teile, zum Beispiel die Ventile, beschädigt sind. Sollte nur die Dichtung undicht geworden sein, können Sie das Teil auch selbst abdichten. Die für Zylinderköpfe frei verfügbaren Dichtmittel sind allerdings nicht ideal und dienen lediglich als vorübergehende Lösung. Sollte der Zylinderkopf jedoch kaputt sein, ist eine Reparatur unerlässlich. Da dies extrem anspruchsvoll und komplex ist, wird dringend dazu geraten, ihn in einer kompetenten Fachwerkstatt überholen zu lassen. Eine Instandsetzung ist jedoch aufgrund des hohen Arbeitsaufwandes häufig mit sehr hohen Kosten im Bereich von mehreren hundert bis mehreren tausend Euro, je nach Fahrzeugmodell und Motor, verbunden. Um Kosten zu sparen, kann vorerst durch eine Druckprüfung getestet werden, ob ein Zylinderkopf gerissen ist, da viele Risse mit bloßem Auge nicht zu erkennen oder versteckt sind. Dafür wird das Bauteil zuerst sorgfältig gereinigt, aufgefräßt und geschweißt. Danach wird er abgedrückt und die Kühlwasserkanäle werden verschlossen. Im Abdrückbecken wird der Zylinderkopf mit bis zu 30 bar belastet sobald er seine Betriebstemperatur von bis zu 80°C erreicht hat. Aufsteigende Luftblasen sind ein eindeutiges Zeichen für Risse im Material dieses Bauteils. Wird die Druckprüfung jedoch bestanden, kann der Zylinderkopf problemlos weiter verwendet werden.

Fazit

Aufgrund seiner Funktion ist der Zylinderkopf leider sehr anfällig für Defekte, die sich jedoch häufig durch auffällige Symptome wie Leistungsverlust, schlechtes Kaltstartverhalten und Ölverlust bemerkbar machen. Die Reparatur dieses Bauteils sollte nur von einer entsprechend ausgebildeten Fachkraft durchgeführt werden, da diese aufgrund des sehr komplexen Aufbaus des Teils sehr kompliziert und arbeitsaufwändig ist. Nach der Überprüfung und der anschließenden Reparatur ist es erforderlich, den Zylinderkopf zu schleifen. Auch im Bereich Motortuning spielt dieses Bauteil eine entscheidende Rolle, da dieses nicht durchgeführt werden sollte bevor der Zylinderkopf bearbeitet wurde, damit dieser der gesteigerten Leistung auch gewachsen ist. Die Zylinderkopfbearbeitung umfasst mehrere Schritte von der Reinigung und dem Zerlegen des Teils, zum Aufspindeln der Sitzringe, Fräsen und Glätten der Kanäle, über das Schneiden der Sitzringe und die Bearbeitung der Ventile bis hin zum Strahlen, Planen und Zusammenbau des Zylinderkopfes.

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