Fachbegriffe im Automobil-Bereich: Z
Einige Begriffe im Zusammenhang mit Autos sind nicht wirklich selbsterklärend. Lesen sie hier, was sich hinter den Fachbegriffen mit dem Anfangsbuchstaben Z verbirgt.Zylinderkopf 
Der Zylinderkopf schließt den Verbrennungsraum eines Verbrennungsmotors nach oben ab. Die Bezeichnung „oben“ ist hierbei
aus Sicht des oszillierenden Kolbens zu verstehen. Auch bei Boxermotoren sowie bei Motoren, die hängend eingebaut sind
(wie Flugzeugmotoren), spricht man daher von einem Zylinderkopf, obwohl dieser hier räumlich nicht „oben“ liegt. Bei
allen modernen Viertaktmotoren beherbergt er die Ein- und Auslasskanäle und die Ventilsteuerung für die
Gaswechselvorgänge, Ölkanäle für die Schmierung des Ventiltriebs und bei wassergekühlten Motoren auch Kühlmittelkanäle,
bei Ottomotoren die Zündkerzen, bei Otto-Direkteinspritzern auch die Einspritzventile beziehungsweise bei Dieselmotoren
die Einspritzdüsen und die Glühkerzen. Durch die komplizierte Herstellung gehört der Zylinderkopf neben dem Motorblock
zu den aufwändigsten und teuersten Teilen eines Fahrzeugs.
Typologie: Verbrennungsmotoren und ihre Zylinderköpfe lassen sich nach folgenden Merkmalen klassifizieren:
• Zweitaktmotoren (ohne Ventile) oder Viertaktmotoren (mit Ventilen).
• Ottomotoren (mit Zündkerzen) und gegebenenfalls Einspritzventilen oder Dieselmotoren (ohne Zündkerzen, stattdessen Einspritzdüsen).
• Saugmotoren (mit Vergaser) oder Einspritzmotoren (ohne Vergaser).
• Untenliegende oder obenliegende Nockenwelle.
• Einfache oder doppelte Nockenwellen.
• Querstromzylinderkopf oder Gegenstromzylinderkopf (Umkehrstrom-Spülung).
Bestandteile: Je nach Kombination der oben genannten Kriterien enthält ein Zylinderkopf:
• Einlassventile: Durch sie wird entweder Luft (bei Dieselmotoren) oder das vom Vergaser oder der Einspritzanlage
erzeugte Luft-Kraftstoff-Gemisch angesaugt. Da dieses angesaugte Gas kalt ist (maximal Motortemperatur bei Saugmotoren
oder Ladelufttemperatur bei aufgeladenen Motoren), sind die Einlassventile nicht so hohen Temperaturen ausgesetzt wie
die Auslassventile.
• Auslassventile: Durch diese entweicht das Abgas in die Abgasleitung (Abgaskrümmer), umgangssprachlich auch Auspuff
genannt. Auslassventile sind daher hohen Temperaturen ausgesetzt.
• Nockenwelle(n): Bei Motoren mit einfacher obenliegender Nockenwelle (OHC = overhead camshaft) oder doppelter
obenliegender Nockenwelle (DOHC = double overhead camshaft) beherbergt der Zylinderkopf auch eine oder zwei
Nockenwellen. Diese öffnen und schließen die Ventile direkt oder indirekt, und werden hierzu beispielsweise mit einer
Steuerkette von der Kurbelwelle angetrieben. Die Drehzahl einer Nockenwelle ist immer halb so groß wie die der
Kurbelwelle, da es sich um einen Viertaktmotor handelt, der für jeden Arbeitstakt zwei Kurbelwellen-Umdrehungen braucht.
• Zündkerzen: Bei Viertakt-Ottomotoren geben diese bei jeder zweiten Kurbelwellen-Umdrehung einen Zündfunken zum
Einleiten der Verbrennung ab, bei Zweitaktmotoren bei jeder Kurbelwellen-Umdrehung. Dieselmotoren sind Selbstzünder
und besitzen keine Zündkerzen, sondern Glühkerzen als Kaltstart-Hilfe.
• Lage der Einspritzdüsen: Bei Diesel-Direkt-Einspritzmotoren spritzen sie direkt in den Brennraum und sind entsprechend
hohen Drücken und Temperaturen ausgesetzt. Bei Vorkammer- oder Wirbelkammer-Dieselmotoren spritzen sie in die Vorkammer
ein und sind geringeren Drücken ausgesetzt.
• Benziner-Einspritzventile: teils sind sie fest am Zylinderkopf montiert (oft bei Einzeldüsen für jeden Zylinder, „Multi
Point“), teils jedoch auch am vor dem Zylinderkopf liegenden Einlasskrümmer (bei „Single-Point“-Einspritzungen). Bei
konventionellen Benziner-Einspritzmotoren liegen sie im kühlen Ansaugrohr-Bereich, im Zylinderkopf oder im Krümmer davor
und sind durch die Einlassventile vom Brennraum getrennt. Bei den neueren Benzin-Direkteinspritzern hingegen sitzen sie
im Zylinderkopf, spritzen direkt in den Verbrennungsraum ein und sind dort höheren Temperaturen und der Verkokungsgefahr
ausgesetzt.
• Einlass- und Auslasskanäle: Für den Ladungswechsel, also das Ausschieben des Abgases aus dem Zylinder und das erneute
Befüllen des Zylinders mit Frischgas führen Kanäle von außen zu den Ventilen, durch die die Gase geleitet werden. Bei
der Umkehrstrom-Spülung befinden sich die Ein- und Auslasskanäle auf derselben Seite des Zylinderkopfes, bei der
Querstrom-Spülung auf den gegenüberliegenden Seiten des Zylinderkopfes.
Konstruktionsmerkmale: Ein Verbrennungsvorgang in einem Zylinder übt auf den Zylinderkopf dieselbe
Kraft aus wie auf den Kolben. Deshalb ist der Zylinderkopf sehr hohen Kräften ausgesetzt, die ihn nach außen drücken.
Aus diesem Grund ist er oft nicht am Zylinder, sondern direkt am Kurbelwellengehäuse festgeschraubt, mit langen
Zugankern beziehungsweise Stehbolzen, die durch entsprechend lang ausgeführte Bohrungen durch den Motorblock
hindurchgeführt sind. Die durch das Anziehen der Verschraubung erzeugte Montagevorspannkraft wirkt auf die langen
Bolzen elastisch federnd. Dadurch wird der dazwischenliegenden Motorblock mit den Dichtungen zuverlässig eingespannt
und der Motor bleibt dicht.
Die Dehnschrauben werden durch das bestimmungsgemäße Anziehen bereckt und dürfen nur einmal verwendet werden. Daher ist
es sehr wichtig, dass bei der Montage ein Drehmomentschlüssel verwendet wird, damit das durch konstruktive Auslegung
vorgegebene Anzugsmoment und die Montagevorspannkraft dieser hoch belasteten Schraubenverbindung eingehalten werden.
Auch ist eine exakte Beachtung der festgelegten Vorgehensweise bezüglich Verschraubungs-Reihenfolge, Drehmoment-Stufungen
und eventueller Kontrollpflicht nach Zeitablauf notwendig.
Die beweglichen Teile sind bei allen modernen Motoren in den Ölkreislauf einbezogen. Das Schmierdrucköl wird meist
durch einen Zylinderkanal und die Zylinderkopfdichtung zum Zylinderkopf geleitet, in seltenen Fällen und bei alten
Motorenbauarten durch eine separate verschraubte Ölleitung. Zum Schutz gegen den Austritt von drucklosem Spritzöl am
Zylinderkopf genügt ein einfacher dünnwandiger Zylinderkopfdeckel mit Gummi- oder Korkdichtung.
Bei untenliegender Nockenwelle sind die Kipphebel der Ventile im Allgemeinen über Stößel und Stoßstangen, die parallel
zu den Zylindern verlaufen und eine Axialbewegung übertragen, mit der außerhalb des Zylinderkopfes gelegenen Nockenwelle
verbunden. Obenliegende Nockenwellen werden entweder durch eine Steuerkette oder durch einen Zahnriemen angetrieben.
Seltener werden Stirnradkaskaden oder auch am Zylinder längslaufende Wellen mit Kegelradantrieben, sogenannte
'Königswellen', verwendet.
Es gibt auch bei Viertaktern sehr einfache Zylinderköpfe: bei Motoren mit seitlich liegenden Ventilen (SV-Anordnung,
„Side Valves“). Diese Zylinderköpfe ähneln in ihrer flachen Bauweise Zweitakter-Köpfen, da die Ventilanordnung hier
Bestandteil der Zylinder und nicht des Zylinderkopfes sind. SV-Motoren sind aber lange nicht mehr Stand der Technik,
auch wenn sie vereinzelt (Russland, Volksrepublik China) noch gebaut werden.
Die Kühlung erfolgt über Längs- oder Querströmung des Kühlwassers. Bei der Querströmung strömt das Kühlmedium von der
Auslass- zur Einlassseite oder umgekehrt; bei der Längsströmung im Wesentlichen von der Rückseite in Kurbelwellenlängsrichtung
zur Vorderseite. Querströmung ist vorteilhafter, da die einzelnen Zylinder annähernd gleich gut gekühlt werden und der
Druckverlust geringer ist, also braucht die Wasserpumpe weniger Antriebsleistung.
Zylinderköpfe von Schiffsmotoren sind oft mit einer begehbaren Galerie umgeben, um bequem daran arbeiten zu können, und
sind mit Druck- und Temperatursensoren ausgestattet, die die Zylinderköpfe in das Informationssystem einbinden, mit dem
die Maschine von der Brücke beziehungsweise vom Steuerstand aus fernüberwacht und -gesteuert wird.
Zündspule
Die Zündspule ist ein Bauteil der Zündanlage eines Ottomotors oder einer Gasfeuerungsanlage. Der Aufbau entspricht einem
Transformator, im Speziellen einem Spartransformator.
Grundlagen: Zündspulen arbeiten wie ein Funkeninduktor. Bei eingeschalteter Zündung wird die
Primärwicklung der Zündspule von Strom durchflossen, wodurch sich ein Magnetfeld um die Spule bildet. Dieses Magnetfeld
wird durch den gemeinsamen Eisenkern beider Wicklungen auch auf die Sekundärwicklung übertragen. Das Öffnen des
Unterbrechers im Primärkreis der Zündspule induziert im Sekundärkreis einen Hochspannungsimpuls, da das Magnetfeld
rasch zusammenbricht. Die Hochspannung gelangt durch das Zündkabel zur Funkenstrecke einer Zündkerze, um zum Beispiel
das Kraftstoff/Luft-Gemisch im Zylinder eines Ottomotors zum richtigen Zeitpunkt zu entzünden.
Sie dient beim Ottomotor dazu, zusammen mit dem Unterbrecher (heute meist elektronisch) und dem zum Unterbrecher
parallel geschalteten Kondensator, aus der bordeigenen 12V-Spannung eine Hochspannung von ca. 15.000 bis 30.000 V
zu erzeugen.
Der Kondensator parallel zum Kontakt soll einerseits die Funkenbildung an den Unterbrecherkontakten (erhöhter Abbrand)
verringern und andererseits mit der Primärspule einen Schwingkreis bilden, der die gleiche Resonanzfrequenz wie die
Sekundärspule hat. Auf diese Weise wird die Energieübertragung vom Primär- auf den Sekundärkreis optimiert. Bei
gebräuchlichen Zündspulen liegt das Optimum oft bei 0,22 µF.
Zündspulen in Ottomotoren: KFZ-Zündspulen haben drei Anschlüsse: Der Primärstromkreis erhält vom
Zündschloss Spannung an Klemme 15 (DIN 72572) der Zündspule, verläuft über die Primärwicklung und den an Klemme 1
angeschlossenen Zündunterbrecher (Zündkontakt) nach Masse. Die an Klemme 4 abgenommene Hochspannung des
Sekundärstromkreises wird über den Zündverteiler zu den Zündkerzen geleitet, die über die Funkenstrecke wieder die
Verbindung mit Masse herstellen. Vereinzelt finden auch Zündspulen mit 4 Anschlüssen Verwendung: Neben Klemme 1 und 15
für die Primärwicklung wird die Masse der Sekundärwicklung an Klemme 4a separat angeschlossen. Um eine unerwünschte
Fehlzündung durch das Einschalten des Magnetfeldes zu verhindern (Einzelfunkenspule), wird sekundärseitig eine
Reihenschaltung von Kaskadendioden verbaut. Diese erreichen zusammen eine Sperrspannung von ca. 2000 - 5000 Volt. Diese
Schaltung macht allerdings eine Widerstandsprüfung sekundärseitig mit handelsüblichen Messgeräten unmöglich
(Messergebnis: offene Leitung).
Bei Zündspulen für Systeme mit Wasted Spark sind die beiden Enden der Sekundärwicklung für je eine Zündkerze nach außen
geführt, sie sind also keine Spartransformatoren, sondern haben je eine getrennte Primär- und Sekundärwicklung.
Zur Nachrüstung älterer Fahrzeuge gibt es im Handel auch Zündspulen mit höherer Sekundärspannung zu kaufen. Diese müssen
meist mit einem Vorwiderstand betrieben werden, um eine thermische Überlastung zu vermeiden. Man kann den Vorwiderstand
mit dem Starterrelais überbrücken, um während der Startphase den Spannungseinbruch des Bordnetzes auszugleichen.
In der Ausbildung zum Kfz-Mechaniker wurde bis in die 1970er Jahre hinein noch das aufwändige (Auf-)Wickeln von
Zündspulen gelehrt – ein Verfahren, das aufgrund der heutigen Praxis, derartige Artikel einfach auszutauschen, obsolet
geworden ist, aber bei der Restaurierung von Oldtimern durchaus noch praktiziert wird.
In neueren Fahrzeugen wird meist die Vollelektronische Zündung (VEZ) mit ihrer „ruhenden Zündverteilung" verwendet:
Über jeder Zündkerze sitzt ein Zündmodul mit einer eigenen Zündspule. Dadurch wird die Ausfallsicherheit erhöht, da
bei einem Fehler nur ein Zylinder ausfällt. Der aufwändige Zündverteiler mit seiner Mechanik entfällt ebenso wie die
anfälligen Hochspannungskabel. Da nur noch in der Zündkerze ein Funkenüberschlag entsteht, sind auch die Funkstörungen
auf ein Minimum beschränkt.