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Verbrennungsstörungen 2/3

KS | Kolbenschmidt | Motorservice

Was ist eine Glühzündung und wie entstehet sie? Warum ist der Kolbenkopf hinter den Kolbenringen geschmolzen? Was passiert, wenn bei Diesel-Direkteinspritzmotoren die Einspritzdüse ihren Abspritzdruck nicht hält? Dieser Beitrag gibt Antworten.

Abschmelzungen von Kolbenkopf und Kolbenschaft (Ottomotor)

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  • Kolbenkopf hinter den Kolbenringen durchgeschmolzen.
  • Kolbenschaft nicht gefressen, geschmolzenes Material ist von der Schadenstelle auf den Kolbenschaft aufgerieben.

Beurteilung

Kolbenkopfabschmelzungen an Ottomotoren beruhen auf Glühzündungen an Kolben mit überwiegend ebenem Boden und größeren Quetschflächen. Glühzündungen entstehen, wenn glühende Teile im Verbrennungsraum die Selbstentzündungstemperatur des Gasgemisches überschreiten. Das sind vor allem Zündkerze, Auslassventile und Ölkohleablagerungen an den Brennraumwänden.

Im Quetschflächenbereich heizt sich der Kolbenkopf durch Glühzündungen stark auf. Durch die hohen Temperaturen wird das Kolbenmaterial teigig und durch die Massenkraft und die in die Schadenstelle eindringenden Verbrennungsgase bis zum Ölabstreifring hin abgetragen.

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Mögliche Ursachen

  • Zündkerzen mit zu niedrigem Wärmewert.
  • Zu mageres Gemisch und dadurch erhöhte Verbrennungstemperaturen.
  • Beschädigte Ventile oder ein zu kleines Ventilspiel: Ventile schließen nicht korrekt. Durch die vorbeiströmenden, heißen Verbrennungsgase beginnen die Ventile zu glühen. Primär sind die Auslassventile betroffen, da die Einlassventile von den Frischgasen gekühlt werden.
  • Glühende Verbrennungsrückstände auf den Kolbenböden, dem Zylinderkopf, den Ventilen und Zündkerzen.
  • Ungeeigneter Kraftstoff mit zu niedriger Oktanzahl. Die Kraftstoffqualität muss dem Verdichtungsverhältnis des Motors entsprechen, d. h. der Oktanwert des Kraftstoffs muss den Oktanbedarf des Motors in allen Betriebszuständen abdecken.
  • Dieselkraftstoff im Benzin: Herabsetzung der Oktanzahl des Kraftstoffs.
  • Hohe Motor- oder Ansauglufttemperatur durch ungenügende Motorraumbelüftung.
  • Allgemeine Überhitzung des Motors.

An- und Abschmelzungen am Kolbenkopf (Dieselmotor)

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Abb. 1:

  • Kolbenkopf völlig zerstört.
  • Feuersteg bis zum Ringträger abgeschmolzen.
  • Fressstellen und Beschädigungen am Kolbenschaft durch geschmolzenes, heruntergeriebenes Kolbenmaterial.
  • Teilweise herausgelöster Ringträger.
  • Beschädigungen (Einschlagspuren) in allen Verbrennungsräumen durch Kolbenmaterial und gelöste Ringträgerteile.

Abb. 2:

  • Erosionsartige Abschmelzungen auf dem Kolbenboden oder am Feuersteg in Spritzrichtung der Düsenstrahlen.
  • Keine Fresser an Kolbenschaft und Kolbenringzone.
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Abb. 1
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Abb. 2

Beurteilung

Schäden dieser Art treten besonders bei Diesel-Direkteinspritzmotoren auf. Vorkammermotoren sind davon nur betroffen, wenn die Vorkammer beschädigt ist und der Kraftstoff dadurch auch direkt in den Verbrennungsraum eingespritzt wird.

Wenn bei Diesel-Direkteinspritzmotoren die Einspritzdüse des betroffenen Zylinders ihren Abspritzdruck nicht hält, können Schwingungen in der Einspritzleitung die Düsennadel nochmals anheben. Kraftstoff spritzt erneut in den Verbrennungsraum. Wenn der Sauerstoff aufgebraucht ist, durchströmen Kraftstofftröpfchen den Verbrennungsraum und treffen auf den Kolbenboden. Sie verbrennen dort bei großer Hitze und das Kolbenmaterial wird teigig.

Die Massenkraft und Erosion der schnell vorbeistreichenden Verbrennungsgase reißen einzelne Partikel aus der Oberfläche (Abb. 2) oder tragen den Kolbenkopf komplett ab (Abb. 1).

Mögliche Ursachen

  • Undichte Einspritzdüsen oder schwergängige bzw. verklemmte Düsennadeln.
  • Gebrochene oder lahme Düsenfedern.
  • Defekte Druckentlastungsventile in der Einspritzpumpe.
  • Einspritzmenge und Einspritzzeitpunkt entsprechen nicht den Vorgaben des Motorenherstellers.
  • Bei Vorkammermotoren: Defekt an der Vorkammer in Verbindung mit einer der vorher genannten Ursachen.
  • Zündverzug durch unzureichende Verdichtung infolge eines zu großen Spaltmaßes, falscher Steuerzeiten oder undichter Ventile.
  • Zu großer Zündverzug durch zündunwilligen Dieselkraftstoff (zu niedrige Cetanzahl).
  • Schlechte Füllung durch defekten Turbolader.

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