Freitag , 15. Oktober 2021

Effektiv, aber aufwendig: Die Kolbenbodenkühlung!

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Der Kolben in einem Verbrennungsmotor ist eines der am meisten belasteten Bauteile. Mehrere tausend Umdrehungen pro Minute bedeuten für den Kolben einen kilometerlangen Weg durch den Zylinder. Beispiel: der Kolben eines Formel 1 Motors legt bis zu 27m/s zurück. In einer Minute sind das also gut 1,6 Kilometer und nach einer Renndistanz von ca. 2h sind das dann fast 200 Kilometer. Und das mit zig Verbrennungsexplosionen, die den Kolben jedes Mal mit hoher Wucht nach unten in den Zylinder schießen. Dazu findet das alles bei unterschiedlichen Lastzuständen (Vollgas, Teillast, Schubbetrieb) bei variierenden Außentemperaturen, die auch einen Einfluss auf die Verbrennung haben, bei möglicherweise schwankenden Kraftstoffqualitäten und mit frischem oder verbrauchtem Öl statt.

Schwerstarbeit für den Kolben

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Der Kolben leistet also Schwerstarbeit und ist eine potenzielle Schwachstelle im Motor, die der Hersteller mit diversen Maßnahmen zu verstärken versucht. Egal ob mit speziellen Legierungen des Kolbens selbst, einem extra stabilen und gleichzeitig leichten Aufbau, besonderen Beschichtungen der Zylinderlaufbahn oder eben Kolbenbodenkühlungsdüsen. Diese Düsen sind einfache Metallspitzen, durch die das Motoröl mit dem Druck, der von der Ölpumpe aufgebaut wurde, in den Zylinder gespritzt wird. Das bedeutet, das Öl hat einen Druck von 2-6 Bar, wenn es aus der Düse austritt und auf den Kolben trifft, der sich gerade in der Auf- oder Abwärtsbewegung im Zylinder befindet. Das Öl darf dabei natürlich nicht auf den Verbrennungsvorgang einwirken, das würde den Motor sehr schnell zerstören, da eine unkontrollierte Verbrennung die asynchrone Bewegung der mechanischen Bauteile und damit deren sofortigen Ausfall zur Folge hätte.

Öl kühlt den Kolben im Motor

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Das Öl wird von der Düse also nur auf den Kolbenboden gespritzt. Danach tropft es wieder nach unten auf das Pleuel und die Kurbelwelle, die oberhalb bzw. teilweise in der Ölwanne in ihren Lagern rotiert. Die Kolbenringe streifen das übrige Öl von der Zylinderwand ab, wenn der Kolben nach unten fährt. Im Gegensatz zu den meisten anderen Stellen im Motor, bei denen Öl gebraucht wird, dienen die Spritzdüsen unter den Kolben in erster Linie der Kühlung. Das aufgespritzte Öl nimmt viel Hitze von den glühend heißen Kolben mit und hilft so dabei, dass sie dauerhaft ihre Festigkeit und Formstabilität behalten. Denn wenn ein Kolben zu warm wird, kann er sich über die vorgegebenen Maße hinaus verformen und so den Zylinder beschädigen. Eine Kolbenbodenkühlung wird besonders häufig bei turboaufgeladenen Motoren eingesetzt, weil hier die spezifische Leistung pro Zylinder in der Regel oft sehr hoch ist, das heißt der Kolben wird außergewöhnlich stark belastet.

Nachrüstung ist teilweise teuer & aufwändig

Nachrüsten lassen sich die Düsen gegebenenfalls auch, das hängt aber vom jeweiligen Motor ab, ist allerdings auch nicht gerade preiswert, da der Motor hierfür vom Profi komplett zerlegt und mechanisch bearbeitet werden muss. Kein Job für den Hobbyschrauber in der Garage. Wenn man diesen Aufwand scheut, lohnt es sich vielleicht mehr, direkt nach einem Motor bzw. nach einem Automodell mit einem Motor Ausschau zu halten, der bereits diese Düsen besitzt und so eine zusätzliche Reserve in der Standfestigkeit bietet. Verbaut sind die Ölspritzdüsen beispielsweise im VW Dieselmotor für den T4, in diversen BMW’s und in der Tuningszene rüstet man gern ältere Motoren von Opel damit aus/auf. Merke: Ist es kühl am Kolbenboden, bleibt die Laune immer oben.

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