Kolben


Aufbau und Funktionsweise der Kolben Arbeitsweise der Kolben in einem Viertaktmotor
Die Kolben im Verbrennungsmotor sind entweder aus Aluminium-Kupfer- oder Aluminium-Silizium gefertigte Hohlzylinder, welche die Verbrennungsenergie mechanisch über die Pleuelstange auf die Kurbelwelle befördern. Die chemische Energie des Kraftstoffs wird im Zylinder zu mechanischer Energie umgewandelt.

Aufbau und Funktionsweise der Kolben

Ein Kolben besteht im Wesentlichen aus seinem Kolbenboden, den Kolbennaben und dem Schaft, wobei die im Brennraum des Zylinders entstehende Energie über den Kolbenboden, den Kolbenbolzen und die Pleuelstange mechanisch auf die Kurbelwelle übertragen wird. Während des Verbrennungsvorgangs ist der Kolben einer ständigen Auf- und Abbewegung ausgesetzt, wobei er an den jeweiligen „Totpunkten“ (Oberer Totpunkt: OT, Unterer Totpunkt: UT) jeweils abrupt abgebremst und in Gegenrichtung wieder beschleunigt wird. Durch die besondere Bauweise der Kurbelwelle und das Miteinander mehrerer Kolben gleichen sich aber die Kräfte so aus, dass ein fortwährender Zyklus herrscht, der durch die Kraftstoffeinspritzung lediglich in Gang gehalten und an die benötigte Leistung angepasst wird. An der Außenseite des Kolbens befinden sich die so genannten Kolbenringe, die den Brennraum „gasdicht“ gegen das Kurbelgehäuse und das Kurbelgehäuse „öldicht“ gegen den Brennraum abdichten.

Arbeitsweise der Kolben in einem Viertaktmotor

Um die Arbeit der Kolben zu verstehen, sollte man sich die Arbeitsweise eines Viertaktmotors verdeutlichen: Im Ansaugtakt (1. Takt) saugt der im Zylinder vom oberen zum unteren Totpunkt abwärts gehende Kolben durch die geöffneten Einlassventile das Luft-Treibstoff-Gemisch in den Zylinder. Kurz nach Erreichen des unteren Totpunktes schließt die Motorsteuerung die Einlassventile und der Zylinder ist nun nach außen dicht. Im zweiten Arbeitstakt (Verdichtungstakt) bewegt sich der Kolben nun wieder nach oben, wobei er das zuvor eingesaugte Luft-Kraftstoff-Gemisch zusammendrückt (komprimiert). Kurz vor Erreichen des oberen Totpunktes wird das Gemisch gezündet. Die Verbrennung setzt ein. Während dieser baut sich im Zylinder ein hoher Druck auf, der Kolben wird wieder nach unten beschleunigt (Arbeitstakt). Während des Arbeitstaktes wird die durch den Verbrennungsdruck erzeugte Energie via Pleuelstange auf die Kurbelwelle übertragen. Der Ausstoßtakt (4. Takt) beendet einen Arbeitsumlauf, indem der wiederum nach oben strebende Kolben die verbrannten Gase durch das nun geöffnete Auslassventil in die Abgasanlage drückt. Ein Takt bedeutet eine halbe Umdrehung der Kurbelwelle. Bei einem kompletten Ablauf aller vier Takte hat sich die Kurbelwelle also genau zwei Mal gedreht.