KIM I Kapitel 9: Zylinderkopf

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Author:
toebber
ID:
279142
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KIM I Kapitel 9: Zylinderkopf
Updated:
2014-07-18 05:16:15
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KIM
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KIM I Kapitel 9: Zylinderkopf
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  1. Welche Funktionen erfüllt der Zylinderkopf und welchen Beanspruchungen unterliegt er?
    • Funktion:
    • Begrenzung des Brennraums (ggf. auch Nebenbrennraum)
    • Aufnahme der Kanäle für Kühlung und Ladungswechsel, sowie die Steuerorgane für den Ladungswechsel
    • Aufnahme von Zündkerze und Einspritzventil
    • Integration der Befestigungsschrauben / -bohrungen

    • Beanspruchung: 
    • mechanisch (durch Anzugskräfte)
    • Gaskräfte bewirken Deformation der Dichtfläche
    • thermische Beanspruchung durch Wärmeübergang (Brennraum -> Brennraumwand -> Ventilsitz -> Kopf -> Auslasskanal -> Kühlmittel)
  2. Was versteht man unter einem Gleichstromzylinderkopf? Welches sind die Nachteile einer solchen Konstruktion?
    • Frischgaseinlass und Auslasskanal auf der gleichen Seite des Zylinderkopfes
    • Nachteile: thermisch ungünstig belastet
  3. Welche konstruktiven Parameter beeinflussen die Klopfempfindlichkeit von Ottomotoren und warum ist das so?
    • Verdichtungsverhältnis (höheres Verdichtungsverhältnis = höhere Temperaturen)
    • Länge der Flammenwege (zentrale Zündkerze, kleine Bohrungen)
    • allgemein Kühlung
    • Verbesserung der Gemischaufbereitung -> höhere Flammenausbreitungsgeschwindigkeit (Drall- und Tumbleerzeugung)
  4. Wieso muss der Kühlung des Ventilstegbereichs bei Vierventilmotoren besondere Aufmerksamkeit geschenkt werden?
    • Wärmeabfuhr des Ventils nur über den Ventilsitz (Wärmeaufnahme D^2; Wärmeabgabe D)
    • Starke Materialanhäufung im Zündkerzenbereich -> nur bedingt und schwer kühlbar
  5. Nennen sie Vor- und Nachteile der verschiedenen Möglichkeiten zum Antrieb obenliegender Nockenwellen.
    • Zahnräderantrieb:
    • Vorteile: extrem steif und schwingungsarm; hohe Lebensdauer
    • Nachteile: relativ großer Bauraum; erhöhte Reibung; ungleichförmiger Druckverlauf

    • Kettenantrieb:
    • Vorteile: hohe Lebensdauer; automatische Anpassung der Vorspannung; geringer Bauraum; geringes Gewicht
    • Nachteile: Zahnräder entscheiden über Abstand der zwei Nockenwellen

    • Riemenantrieb:
    • Vorteile: automatische Anpassung der Vorspannung; geringe Reibung; Akustik
    • Nachteile: begrenztes Maximalmoment; begrenzte Lebensdauer -> Wechselintervalle; Zahnübersprung möglich -> Motorschaden; Zahnräder des Riementriebs entscheiden über Abstand der beiden Nockenwellen
  6. Diskutieren sie die Vor- und Nachteile von OHV-Motoren im Vergleich zu OHC-Motoren.
    • OHV-Motoren (over-head-valve):
    • Vorteile: Nockenwellenantrieb leicht über Zahnradantrieb darstellbar
    • Nachteile: schwingungsanfällig bei hohen Drehzahlen

    • OHC-Motorne (over-head-camshaft):
    • Vorteile: sehr steif (weniger Schwingungsprobleme); gut für 4-Ventiltechnik (bei 2 Nockenwellen) -> aber dadurch mehr Reibung
    • Nachteile: hoher konstruktiver Aufwand; Lage der Zündkerze (bei einer zentralen Nockenwelle)
  7. Bei kleinen Ventilwinkeln ergeben sich kompakte Brennräume. Der Konstruktion sind aber bei obenliegenden Nockenwellen mit Zahnriementrieb Grenzen gesetzt. Welche Grenzen sind das?
  8. Nennen sie die Vor- und Nachteile des 4-Ventil-Zylinderkopfs im Vergleich zum 2-Ventiler.
    • Vorteile: zentrale Zündkerze möglich -> kurze Flammenweg -> Klopresistent; thermische Belastung der Ventile geringer (D^2); Ladungswechsel vor allem bei hohen Drehzahlen besser
    • Nachteile: höherer konstruktiver Aufwand; zwei Nockenwellen, damit Zündkerze zentral angeordnet werden kann; Rissbildung bei AV-Ventilen (bei alten Motoren)
  9. Wie erfolgt die Einstellung der Spannung bei Zahnriemen / Kette?
    • Zahnriementribe -> Spannrolle (Feder vorspannen und Festschrauben)
    • Kette -> Gleitschiene + Kettenspanner + Spannschiene -> über Öldruck und Feder
  10. Wie wird der Ventilsitz gestaltet? Zeichnen sie eine Schnittdarstellung. Erläutern sie die Charackerteristika der Gestaltung. Wie ist üblicherweise der Winkel in der Ventildichtfläche zur Horizontalen? Was sind die Vor- und Nachteile eines kleineren Winkels?
    • Sitz mit ca. 45° ist bester Kompromiss aus Dichtwirkung und strömungsgünstiger Gestaltung
    • kleiner Winkel: Dichtwirkung nicht mehr so gut durch Keilwirkung unterstützt
    • großer Winkel: Ventil kann stecken bleiben -> Strömungstechnisch besser (Weniger Umlenkung)
  11. Wieso wird der Auslasskanal nicht ähnlich steil durch den Zylinderkopf geführt wie der Einlasskanal, sondern verläuft in einem flacheren Winkel?
    • Einlasskanal: möglichst steil abfallend und geradlinig in Richtung Brennraum -> hoher Liefergrad
    • Auslasskanal: möglichst kurz; auf direktem weg aus dem Kopf raus um wenig Abgaswärme in den Kopf einzubringen
  12. Welcher Bereich des Zylinderkopfes muss besondre gekühlt werden?
    • Ventilstegbereich:
    • Wärmeabfuhr aus den Ventilen
    • Starke Materialanhäufung im Zündkerzenbereich nur bedingt kühlbar
    • Auslasskanäle

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