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Funktion
Allgemeines
Der Verbrennungsmotor als Hubkolbenmotor zeichnet sich durch eine Arbeitsweise mit oszillierender Kolbenbewegung und innerer, zyklischer Verbrennung aus. Durch das mechanische Zusammenwirken verschiedener Baugruppen verdichtet der Hubkolbenmotor das Kraftstoff-Luft-Gemisch und gibt den Verbrennungsdruck als Drehmoment an die Kurbelwelle weiter.
Beispielhafte Darstellung Kurbeltrieb M139 |
1 | Kurbelgehäuse |
2 | Ölwanne |
3 | Ölwannenunterteil |
4 | Steuergehäuse |
5 | Ausgleichswelle |
6 | Zwischenrad |
7 | Kurbelwelle |
8 | Pleuel |
9 | Kolben |
10.1 | Ölabstreifring |
10.2 | Minutenringring |
10.3 | Kompressionsring |
A | Zylinderlauffläche (NANOSLIDE®-Beschichtung) |
P01.00-A042-76
Funktion
Kurbelgehäuse
Die Kurbelgehäuse der aktuellen Mercedes Diesel- und Benzinmotoren sind aus Aluminium hergestellt. Die Zylinderlaufflächen sind durch das Verfahren der NANOSLIDE®-Beschichtung bei vielen Motorbaumustern direkt auf die Innenflächen des Kurbelgehäuses aufgetragen. Bei den Motorbaumustern M260 und M264 sowie bei M270, M274 und M278 sind Zylinderlaufbuchsen aus Grauguss verbaut.
Als zentrales Bauteil des Motorgehäuses, das sich in der Regel aus den Komponenten Kurbelgehäuse, Ölwanne und Steuergehäuse zusammensetzt, erfüllt das Kurbelgehäuse wichtige Aufgaben. Beispielsweise die Aufnahme wechselwirkender Kräfte aus Verbrennungsprozessen und oszillierenden Kolbenbewegungen sowie von hohen thermischen Beanspruchungen. Mechanisch ist das Kurbelgehäuse Träger vieler Motorkomponenten an den Außenwandungen, im Innenbereich u. a. Aufnahme des gesamten Kurbeltriebs. Wesentliche Komponenten des Kurbeltriebs sind:
Ausgleichswelle mit Lageschalen
Zwischenräder
Kurbelwelle mit oberen und unteren Lageschalen
Pleuel mit Lagerschalen
Kolbenbolzen
Kolben
Kolbenringe
Die tribologische Auslegungen der Zylinderlaufflächen und des gesamten Kurbeltriebs sind elementar für die Reduzierung von Reibungsverlusten und für die Robustheit des Motors. Der direkt auf den Kolben wirkende Verbrennungsdruck erzeugt eine Linearbewegung. Die daraus resultierende Kraft wirkt über die Pleuel auf die Kurbelwelle, sodass ein Drehmoment entsteht.
Die Kolben sind mit ihren Kolbenringen hohen mechanischen und thermischen Belastungen ausgesetzt. Die Geometrie und die Oberflächenbeschaffenheit der Kolben haben wesentlichen Einfluss auf die Gemischbildung und die Verbrennung. Er ist zudem für die Wärmeabfuhr aus dem Brennraum an das Öl und Kühlmittel verantwortlich. Die Kolbenringe sind hinsichtlich ihrer Funktionen in unterschiedlichen Geometrien ausgeführt. Der unterste Ring, der Ölabstreifring, streift Motoröl von der Zylinderlauffläche ab und dosiert dabei den Ölfilm, auf dem die oberen Kolbenringe während des Hubs gleiten. Der Minutenring, in der der mittleren Kolbennut angeordnet, steuert den Ölfilm, sowohl für hinreichend gute tribologische Bedingungen, als auch in seiner Schichtdicke. Diese muss sehr dünn sein, damit der Ölverlust durch Abdampfen gering ist. Zudem dichtet der Minutenring gegen Verbrennungsgase ab und beeinflusst durch Wechselwirkung mit der Bewegung des untersten Rings das Blowby-Verhalten des Motors. Der Rechteckring bzw. der Kompressionsring dichtet den Brennraum zum Kurbelgehäuse ab und leitet die Verbrennungswärme zur gekühlten Zylinderlauffläche hin ab. Durch die mechanisch Vorspannung dieses Kolbenrings ist die Abdichtung beim Motorstart sichergestellt und das Ringflattern bei hohen Motordrehzahlen vermieden.
Der Kurbeltrieb ist im Kurbelgehäuse untergebracht. Das Kurbelgehäuse hat im Wesentlichen folgende Aufgaben:
Lagerung der Kurbelwelle und der Ausgleichswelle
Lagerung bei verbauter Ausgleichswelle
Kraft übertragende Verbindung zwischen Zylinderkopf und Antriebsstrang
Aufnahme der Zylinderlaufflächen bzw. der Zylinderlaufbuchsen
Integrierte Kanalstrukturen zur Kühlung, Schmierung, Entlüftung
Aufnahme der Nebenaggregate
Das Kurbelgehäuse hat weitere Befestigungsstellen für Anbaukomponenten und bildet einen öl- und wasserdichten Triebwerks- und Kühlmittelraum.
Ventiltrieb
Der Ventiltrieb legt den Zeitpunkt und die Dauer des Ansaugens der Frischluft und den Zeitpunkt und die Dauer des Ausstoßens der verbrannten Gase fest. Der Ventiltrieb und die dazugehörigen Komponenten sind Hauptbestandteile des Zylinderkopfs.
Der Ventiltrieb beschreibt den Ladungswechsel eines Verbrennungsmotors. Der Zylinderkopf hat folgende Aufgaben:
Aufnahme der Zylinderdruckkräfte
Kühlung brennraumnaher Bereiche
Schmierung des Ventiltriebs
Abschluss des Brennraums nach oben hin
Aufnahme der Zündkerzen bzw. EinspritzdüsenDer Ventiltrieb setzt sich im Wesentlichen aus folgenden Komponenten zusammen:
Ein- und Auslassventile
Ventilfedern
Schlepphebel
Ein- und Auslassnockenwelle
Zylinderkopf
Steuerkette (oder Zahnriemen)Die Steuerung der Nockenwelle und der Ein- bzw. Auslassventile erfolgt über die Steuerkette durch die Kurbelwelle. Die Nocken der Nockenwelle öffnen über Übertragungsorgane, z. B. Schlepphebel, gegen die Federkraft der Ventilfedern die Ein- und Auslassventile. Die Federkraft der Ventilfedern schließt die Ventile wieder. Ein Arbeitsspiel erstreckt sich über vier Takte, also zwei Kurbelwellenumdrehungen. Das Öffnen und Schließen der Ventile erfolgt dabei nur jeweils einmal, mit nur einer Umdrehung der Nockenwelle. Die Nockenwelle läuft mit der halben Motordrehzahl der Kurbelwelle.
Das Drehzahlverhältnis zwischen Kurbelwelle und Nockenwelle beträgt 2 : 1.
Riementrieb
Der Riementrieb hat die Aufgabe die Drehbewegung der Kurbelwelle auf Nebenaggregate, wie z. B. den Generator, die Wasserpumpe und Kältemittelkompressor zu übertragen und diese anzutreiben.
Der Riementrieb umfasst im Wesentlichen folgende Komponenten:
Keilrippenriemen
Riemenspanner
UmlenkrollenMotorschmierung
Die Motorschmierung dient dazu, alle zu schmierenden und zu kühlenden Stellen im Motor, wie z. B. Kolben, Lagerschalen, Schlepphebel mit Schmieröl zu versorgen. Dabei variiert der Öldruck in Abhängigkeit zur Motordrehzahl.
Die Motorschmierung umfasst im Wesentlichen folgende Komponenten:
Ölpumpe
Ölwanne
Ventil Ölpumpe
Ölsensor
Ölfiltermodul
Motorölwärmetauscher Die Motorschmierung hat folgende Aufgaben:
Schmieren, zur Verminderung von Energieverlust und Verschleiß durch verursachende Reibung zwischen den aufeinander gleitenden Bauteilen.
Kühlen, zum Schutz der Motorenteile, da diese die Wärme nicht direkt an die Kühlmittel oder an die Kühlluft abgeben können.
Abdichten, zur Feinabdichtung zwischen aufeinander gleitenden Bauteilen (z. B. Kolbenring gegen Zylinderwand).
Reinigen, zur Abführung bzw. zur Bindung von Abrieb, Ablagerungen und Verbrennungsrückständen im Motoröl.
Vor Korrosion schützen.
Motorgeräusche dämpfen, da der Schmierfilm geräusch- und schwingungsdämpfend wirkt.
Beispielhafte Darstellung Ventiltrieb M139 |
7 | Kurbelwelle |
11 | Steuerkette |
12 | Kettengleitschiene mit hydraulischem Kettenspanner |
13 | Auslassnockenwelle |
14 | Einlassnockenwelle |
15 | Ventilfedern |
16 | Einlassventile |
17 | Auslassventile |
18 | Zündkerzen |
P01.00-A043-76
Referenzierte Dokumente
- gf0140p1000a Kurbelgehäuse Grundfunktion
- gf0530p1000a Ventiltrieb Grundfunktion
- gf1321p1001a Riementrieb Grundfunktion
- gf1800p1003a Motorschmierung Grundfunktion