Der richtige Umgang mit Zylinderköpfen älterer Bauart

Dieselmotoren mit indirekter Einspritzung sind auch heutzutage noch im Einsatz. Die meisten von ihnen arbeiten nach dem Wirbelkammerprinzip, das heißt, in den Motoren ist ein Wirbelkammereinsatz im Zylinderkopf verbaut. KRAFTHAND hat den Motorenteilespezialisten MS Motor Service International gefragt, was der Kfz-Profi bei der Montage und Fehlersuche wissen sollte.

Die Wirbelkammereinspritzung gab es in Dieselmotoren überwiegend in den 90er-Jahren. Damals waren die Direkteinspritzungen aufgrund der höheren Lärmentwicklung noch wenig verbreitet.

Die Wirbelkammer (auch als Brennkammereinsatz oder Brennraumeinsatz bezeichnet) dient bei den Dieselmotoren ohne Direkteinspritzung der besseren Vermischung von Kraftstoff und Verbrennungsluft vor der Verbrennung im Zylinder: Luft und Kraftstoff gelangen in die vom Einsatz umgrenzte Wirbelkammer, und das dort entzündete Gemisch strömt energiereich durch den meist schräg verlaufenden Schusskanal in den eigentlichen Verbrennungsraum. Probleme bei diesen Zylinderköpfen mit Wirbelkammern ergeben sich dem Motorenteilespezialisten zufolge meist bei Motorüberhitzungen, durch fehlerhafte Instandsetzungen oder falschen Umgang mit den Zylinderköpfen.

Zylinderkopf: Ein- und Ausbau

Bei Wirbelkammermotoren sind die Wirbelkammereinsätze aus Stahl und von der Verbrennungsseite (einer pro Zylinder und in der Nähe der Ventile) in den Zylinderkopf eingesetzt. Dort werden sie allerdings nicht eingepresst, sondern sitzen vielmehr passgenau im Zylinderkopf. Im Vergleich zur Zylinderkopfplanfläche haben die Einsätze einen Überstand von 0,02 bis 0,07 mm, je nach Fahrzeughersteller. Der Überstand bewirkt, dass die Kammer von der Zylinderkopfdichtung in ihren Sitz gepresst wird und sich im Betrieb nicht mehr bewegen kann.

Bei der Demontage des Zylinderkopfs können einige Wirbelkammereinsätze von selbst herausfallen. Dabei handelt es sich um keinen Beanstandungsgrund oder Garantiefall. Vielmehr sollte dies für den Kfz-Profi ein Indiz sein, dass es im Motorbetrieb möglicherweise zu Unregelmäßigkeiten in der Verbrennung (Überhitzung) gekommen ist. Denn der Einsatz dehnt sich bei Überhitzung stärker aus als im normalen Motorbetrieb. Dadurch weitet sich auch die Bohrung im Zylinderkopf geringfügig und es entsteht beim Abkühlen zwischen Zylinderkopf und Wirbelkammereinsatz etwas Spiel, dann kann der Einsatz herausfallen.

Sofern die Aufnahmebohrungen für die Wirbelkammereinsätze nicht beschädigt sind, der Zylinderkopf plan ist und keine größeren Risse aufweist, gleichzeitig der Einsatz über den vom Hersteller vorgeschriebenen Überstand verfügt, kann der Zylinderkopf wiederverwendet werden. Damit die Einsätze bei der Zylinderkopfmontage nicht herausfallen, sollte der Kfz-Fachmann diese zuvor mit etwas Fett im Zylinderkopf fixieren.

Sind bei der Demontage die Wirbelkammereinsätze nicht von selbst herausgefallen, lassen sie sich mit geeignetem Werkzeug, beispielsweise einem Dorn, durch die Öffnung für die Einspritzdüsen herausschlagen. Für den Einbau muss der Mechatroniker zunächst die Anlageflächen der Kammern von Verbrennungsrückständen reinigen. Danach treibt er die neuen Wirbelkammern möglichst mit einem ‚weichen’ Hammer in den Zylinderkopf ein. Die Einbaulage wird durch eine Nut und Führungsnase bestimmt.  Anschließend ist noch das Überstandsmaß der Wirbelkammern zur Oberfläche des Zylinderkopfs mit entsprechenden Messinstrumenten zu kontrollieren. Selbstverständlich hat der Werkstattfachmann dabei die Vorschriften und Einstellmaße der jeweiligen Fahrzeughersteller zu beachten.

Fehlersuche am Zylinderkopf

Sollte der Kfz-Profi im Bereich der Wirbelkammer eine Gasundichtheit beispielsweise an der Zylinderkopfdichtung feststellen, nennt MS Motor Service zwei unterschiedliche Ursachen: Entweder hatte die Wirbelkammer beim Einbau nicht den nötigen Überstand zur Zylinderkopfplanfläche oder es hat sich die Wirbelkammer eventuell durch motorische Überhitzung die Wirbelkammer im Zylinderkopf gesetzt. In beiden Fällen führt der Verlust des Überstandes zum Verlust der Flächenpressung der Zylinderkopfdichtung in diesem Bereich. Undichtigkeiten sind die unvermeidbare Folge.

Des Weiteren können lose Wirbelkammereinsätze mechanische Geräusche im Motor verursachen. Auch in diesem Fall sind gesetzte oder durch den Monteur falsch und nicht mit dem notwendigen Überstand montierte Einsätze die Ursache. Der Wirbelkammereinsatz kippt in seinem Sitz und kollidiert mit dem Kolben. Zusätzlich unterstützt wird das Kippen durch den hohen Verbrennungsdruck und die Überhitzung der Kammer aufgrund schlechter Wärmeabfuhr.

Zudem dehnen sich aufgrund der motorischen Überhitzung beispielsweise durch Verbrennungsstörungen die Bauteile stark aus. Dadurch wird der Freigang des Kolbens aufgehoben und er schlägt an Wirbelkammer, Ventilen und Zylinderkopf an. Das gilt übrigens auch beim Einbau einer Zylinderkopfdichtung mit falscher Dicke. Deshalb sollte der Kfz-Profi auch bei vermeintlich ‚alten’ Dieselmotoren auf besondere Sorgfalt bei der Montage von Wirbelkammereinsätzen und Zylinderkopfdichtungen achten.

Vorsicht ist geboten

Viele Motorenhersteller lehnen eine Nachbearbeitung der Zylinderkopfplanfläche dieser Motoren ab, obwohl dies in der Praxis möglich ist und auch praktiziert wird. Allerdings muss der Kfz-Profi davor unbedingt die Wirbelkammereinsätze entfernen. Beim anschließenden Wiedereinbau gilt es wiederum, den herstellervorgeschriebenen Überstand der Wirbelkammer zu überprüfen und gegebenenfalls durch geeignete Maßnahmen wie Nacharbeit des Wirbelkammersitzes oder Abschleifen des Einsatzes einzustellen. Vor diesen Arbeiten sollte die Zylinderkopfdichtfläche mit einem Haarlineal auf Verzug geprüft werden. Denn durch Überhitzung verzogene Zylinderköpfe dürfen nicht nachgearbeitet werden. Sie sind zu verschrotten.