Betrachtet man die Grundkonstruktion der Zündkerze, so gab es in den vergangenen 50 Jahren keine tiefgreifende Veränderung. Sie besteht nach wie vor aus einem Metallkern, der in einem keramischen Isolator untergebracht ist. Dieser ist wiederum von einem Metallmantel umgeben, der aus einem Gewinde besteht, das in den Zylinderkopf gedreht wird und oben in der Regel einen Sechskantbereich aufweist, der den Zündkerzenstecker aufnimmt und das Ein- oder Ausbauen der Zündkerzen mit einem Zündkerzenschlüssel ermöglicht. Der Hauptzweck der Konstruktion liegt darin, zu gewährleisten, dass der elektrische Stromkreis bei hoher Spannung an der Zündkerze durch einen Funken geschlossen wird, der von der Mittelelektrode zur Masseelektrode springt.

Die Zündkerze spielt im Ottomotor eine wesentliche Rolle. Sie ist für die Entflammung des Luft-Kraftstoff-Gemisches verantwortlich. Die Güte dieser Entflammung beeinflusst viele Faktoren, die für den Fahrbetrieb und die Umwelt von enormer Bedeutung sind. Hierzu gehören etwa Laufruhe, Leistungsfähigkeit und Effizienz des Motors ebenso wie der Schadstoffausstoss. Bedenkt man, dass sie zwischen 500 und 3500 Mal pro Minute zünden muss, wird klar, wie groß der Beitrag einer modernen Zündkerzentechnik etwa zur Einhaltung aktueller Schadstoffnormen und zur Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs ist.

Aufbau

Der Anschluss ist als SAE-Anschluss oder als 4 mm-Gewinde ausgeführt. An ihm wird das Zündkabel oder eine Stabzündspule aufgesteckt. In beiden Fällen muss von hier eine anliegende Hochspannung zum anderen Ende der Zündkerze transportiert werden. Der keramische Isolator hat zwei Aufgaben. Er dient im Wesentlichen zur Isolation, verhindert somit einen Überschlag der Hochspannung auf die Fahrzeugmasse (= minus) und leitet Verbrennungswärme an den Zylinderkopf ab. An der Außenseite des Isolators verhindern die wellenförmigen Kriechstrombarrieren den Abfluss der Spannung auf die Fahrzeugmasse. Sie verlängern den hierzu zurückzulegenden Weg und erhöhen so den elektrischen Widerstand. So ist gewährleistet, dass die Energie den Weg mit geringerem Widerstand nimmt - den Weg durch die Mittel-Elektrode.
Um die elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) und damit den störungsfreien Betrieb der Bordelektronik sicherzustellen, kommt im Innern der Zündkerze eine Glasschmelze als Entstörwiderstand zum Einsatz. Die Mittel-Elektrode einer Standardzündkerze besteht meist aus einer Nickellegierung. Vom Ende dieser Elektrode muss der Funke zur Masse-Elektrode überspringen. Das Metallgehäuse ist mittels Gewinde fest mit dem Zylinderkopf verbunden und spielt hierdurch bei der Wärmeableitung eine wichtige Rolle, denn es leitet über diese Verbindung den größten Teil der Verbrennungswärme ab. Der Dichtring verhindert, dass selbst bei hohen Verbrennungsdrücken kein Verbrennungsgas an der Zündkerze vorbei austreten kann. So beugt er Druckverlusten vor. Darüber hinaus leitet er Wärme an den Zylinderkopf ab und gleicht das unterschiedliche Ausdehnungsverhalten von Zylinderkopf und Zündkerzengehäuse aus. Die inneren Dichtungen stellen eine gasdichte Verbindung zwischen Isolator und Metallgehäuse her und sorgen so für optimale Abdichtung. Die Masse-Elektrode einer Standard-Zündkerze ist aus einer Nickellegierung gefertigt. Sie stellt bei normaler Funktion den Gegenpol dar.

Temperatur und Wärmefluss

Individuell zugeschnitten auf die unterschiedlichen Motorkonstruktionen und Fahrbedingungen muss eine zeitgemäße Zündkerze sein. So kann es eine Zündkerze, die in allen Motoren problemlos funktioniert, nicht geben. Da die Temperaturentwicklung der jeweiligen Motoren im Brennraum unterschiedlich ist, braucht man Zündkerzen mit unterschiedlichen Wärmewerten. Ausgedrückt wird dieser Wärmewert durch die so genannte Wärmewertkennzahl. Diese Wärmewerte stellen eine auf Elektroden und Isolator gemessene, jeweils der Motorbelastung entsprechende, mittlere Temperatur dar.
Zündkerzen benötigen ein spezielles Temperaturfenster, um optimal arbeiten zu können. Die Untergrenze dieses Fensters liegt bei 450 °C Zündkerzentemperatur, der so genannten Selbstreinigungstemperatur. Ab dieser Temperaturschwelle werden angesammelte Rußpartikel auf der Isolatorspitze verbrannt. Liegt die Betriebstemperatur dauerhaft darunter, können sich elektrisch leitende Rußpartikel ablagern, bis die Zündspannung über die Rußschicht auf die Fahrzeugmasse abfließt, statt einen Funken zu bilden. Ab einer Zündkerzentemperatur von 850 °C erhitzt sich der Isolator so stark, dass es an seiner Oberfläche zu unkontrollierten Zündungen kommen kann, den Glühzündungen. Solche unkontrollierten, abnormalen Verbrennungen können zu Motorschäden führen.
Die Wärmeentwicklung variiert stark von Motor zu Motor. So laufen beispielsweise turbogeladene Aggregate wesentlich heißer als nicht aufgeladene Motoren. Daher gibt es für jeden Motor eine Zündkerze, die ein genau definiertes Maß an Wärme an den Zylinderkopf abgeben kann und gewährleistet, dass das optimale Temperaturfenster eingehalten wird. Auskunft über die Temperaturbelastbarkeit einer Zündkerze gibt der so genannte Wärmewert, dessen Kennzeichnung bei allen Zündkerzenherstellern unterschiedlich ist.
Die Wärmeableitung erfolgt zu annähernd 60 % über das Zündkerzengehäuse und Gewinde. Etwas weniger als 40 % gibt der Dichtring an den Zylinderkopf ab. Die wenigen, zu 100 % fehlenden Anteile fließen über die Mittelelektrode ab. Der Isolator nimmt die Hitze im Brennraum auf und führt sie ins Innere der Zündkerze. Überall dort, wo er Kontakt mit dem Gehäuse hat, wird Wärme abgegeben. Indem man diese Kontaktfläche also vergrößert oder verkleinert, kann man bestimmen, ob die Zündkerze mehr oder weniger Wärme über das Gehäuse abführt.

Bei Zündkerzen mit höherer Temperaturbelastbarkeit ist die Kontaktfläche größer. Bei Zündkerzen mit niedrigerer Temperaturbelastbarkeit ist sie kleiner.

Für die Funktion eines Ottomotors ist es notwendig, dass zum Zünden des vom Kolben verdichteten Benzin- Luftgemisches, zum richtigen Zeitpunkt ein Zündfunke zwischen den Elektroden der Zündkerzen erzeugt wird. Dieser Zündfunke muss eine ausreichend hohe Energie haben. Um einen Funken zwischen den Elektroden der Zündkerze erzeugen zu können, werden je nach Erfordernis Spannungen zwischen ca. 28.000 Volt und ca. 35.000 Volt benötigt. Da die Fahrzeugbatterie bei einem PKW jedoch nur eine Spannung von 12 Volt hat, muss die erforderliche Hochspannung durch Transformieren erzeugt werden.Diese Funktion des Transformierens von 12V auf die erforderliche Hochspannung übernimmt im Fahrzeug eine Zündspule / ein Zündtransformator. Für die Steuerung dieses Vorgangs wird z. B. ein Zündmodul benötigt.

Die Funktion ist relativ einfach. Die Zündspule hat eine Primärwicklung (wenige Windungen) und eine Sekundärwicklung (sehr viele Windungen). Das Verhältnis der Windungen zwischen Primär- und Sekundärwicklung bestimmt die Höhe der am Ausgang entstehenden Hochspannung. Wird über einen Schalter die Primärwicklung der Zündspule auf die 12 V Batteriespannung des Fahrzeuges gelegt, fließt ein Strom durch die Primärwicklung, wodurch ein Magnetfeld in der Zündspule aufgebaut wird, das auch auf die Sekundärwicklung wirkt. Wird nun der Schalter wieder geöffnet, kann über die Primärwicklung kein Strom mehr fließen. Die Energie, die nun aber als Magnetfeld innerhalb der Zündspule gespeichert ist, sucht einen Ausgleich und erzeugt in der Sekundärwicklung eine Hochspannung die hoch genug ist, um die Luftbrücke zwischen den Elektroden der Zündkerze zu überwinden. Dadurch kann die Energie über die Zündkerze abfließen und erzeugt dabei einen Funken (der Funke entsteht also beim Öffnen des Schalters). Dieser Schalter war in älteren Fahrzeugen ein mechanischer Kontakt, der über eine „Nase“ auf der Nockenwelle betätigt wurde (Unterbrecherkontakt). Die Funktion dieses Unterbrecherkontaktes wurde später durch Zündmodule (Zündschaltgeräte) ersetzt. Innerhalb eines Zündmodules befindet sich u. a. ein Transistor, der die Funktion des Schalters übernimmt. Dieser Transistor ersetzt also den Schalter > er schaltet den Strom durch die Primärwicklung ebenso ein und aus, nur schneller/exakter. Die Vorteile liegen auf der Hand: Kein mechanischer Verschleiß oder Kontaktprobleme bei Feuchtigkeit und eine genauere Steuerung der Zündzeitpunkte. Außerdem haben die meisten Zündmodule eine automatische Strombegrenzung, die verhindert, dass die Zündspule überlastet und dadurch zerstört wird. Der Zeitpunkt, wann die Schaltvorgänge stattfinden sollen, wird natürlich auch beim Einsatz eines Zündmoduls weiterhin von den Vorgängen im Motor, genauer gesagt von der Stellung der Kolben innerhalb der Zylinder, bestimmt. Hierfür benötigt das Zündmodul ein Steuersignal, das von einem Sensor geliefert wird.

Es gibt unterschiedliche Sensoren:

Induktiver Sensor (pick up):
In diesem Sensor befindet sich eine kleine Spule, an der ein Dauermagnet (durch die Drehbewegung der Nockenwelle) vorbeigeführt wird. Dadurch wird in der Spule ein elektrischer Impuls erzeugt, der an das Zündmodul weitergeleitet wird und dieses steuert.

Hall Sensor:
Dieser Sensor beinhaltet einen elektronischen Schalter, der auf Magnetfelder reagiert. Bei diesem Sensor ist ein Dauermagnet an einer festen Position zum Sensor montiert.

Zwischen Sensor und Dauermagnet rotiert eine Schlitzscheibe aus Eisen. Die Schlitzscheibe lässt das Magnetfeld des Dauermagneten entweder bis zum Sensor durch oder sperrt es. Dadurch entsteht am Sensor ein exaktes Rechtecksignal, mit dem das Zündmodul angesteuert wird. Die zeitlichen Abläufe lassen sich mit einem Hall Sensor wesentlich genauer steuern als mit einem „Pick up“.

Zündwinkel / Zündzeitpunktverstellung
Für den Aufbau der magnetischen Energie innerhalb der Zündspule wird eine gewisse Zeit benötigt. Deshalb muss der Zeitpunkt für das Einschalten des Primärstromes, an die sich verändernde Drehzahl des Motors, angepasst werden. Diese Funktion wurde früher mit einem Fliehkraftregler realisiert. Bei Fahrzeugen mit Zündmodul übernimmt diese Zeitverstellung das Zündmodul. Bei neueren Fahrzeugen wird die Berechnung des Zündzeitpunktes durch das Motorsteuergerät durchgeführt. In diesem Fall ist das Zündmodul von der Funktion her nur noch ein einfacher Schalter ohne Zeitsteuerung (Endstufe). Bei einigen Fahrzeugtypen wird auch die Schaltfunktion ebenfalls im Motorsteuergerät untergebracht. Somit gibt es kein externes Zündmodul mehr im Fahrzeug, sondern die Zündspule hat eine direkte Verbindung zum Motorsteuergerät.

Zündmodule haben je nach Fahrzeughersteller unterschiedliche Gehäuse und sind an unterschiedlichen Stellen im Motorraum verbaut: z.B. auf dem Chassis aufgeschraubt, im Zündverteiler integriert, außen am Zündverteiler angeschraubt oder aber sie bilden mit der Zündspule zusammen eine Einheit.

Die Zündspule hat die Aufgabe, die vorhandene niedrige Batteriespannung des Fahrzeuges auf die erforderliche hohe Zündspannung zu transformieren – und die in ihr gespeicherte Energie an die Zündkerze abzugeben. Bei Zündspulen mit Zündverteiler gelangt die erzeugte Hochspannung von der Zündspule in den Zündverteiler. Der Zündverteiler verteilt diese Hochspannung an die entsprechenden Zündkerzen. Dies trifft auf Einzelfunkenzündspulen und Becherzündspulen zu. Im Zuge der vollelektronischen Zündung werden Zündspulen ohne Zündverteiler direkt vom entsprechenden Steuergerät angesteuert. Dies trifft auf Kerzenschachtzündspulen, Steckerzündspulen, Zündspulenleisten und Blockspulen zu.

Konventionelle Spulenzündung SZ-ROV (rotierende Hochspannungsverteilung)
Die Verteilung der Hochspannung an die jeweilige Zündkerze wird durch einen rotierenden Verteilerfinger vorgenommen, der sich im Zündverteiler befindet. Der für die Umsetzung der ROV erforderliche Zündverteiler besteht aus zahlreichen Bauteilen, unter anderem aus einem mechanisch betätigten und dadurch verschleißintensiven Unterbrecherkontakt. Bedingt durch die Mechanik (und der damit verbundenen Trägheit) ist die Kapazität der Schaltvorgänge begrenzt – und die Schaltzeitpunkte können nicht immer exakt eingehalten werden.

Transistorzündung TZ-ROV (rotierende Hochspannungsverteilung)
Mit dem Einzug der kontaktgesteuerten Transistor-Zündung wird zunächst die Verschleißanfälligkeit des mechanischen Unterbrecherkontaktes deutlich reduziert. Später dann wird der Unterbrecherkontakt durch ein Transistorschaltgerät ersetzt. Die Ansteuerung des Transistorschaltgerätes erfolgt nun in der Regel durch einen Hall- oder Induktionsgeber, der sich im Zündverteiler befindet.

Elektronische Zündung EZ-ROV
Die Hochspannungsverteilung erfolgt noch mechanisch. Die mechanische Zündwinkelverstellung ist jedoch bereits ersetzt, sodass keine Unterdruckdose mehr am Zündverteiler benötigt wird. Die erforderlichen Parameter wie Drehzahl und Last werden bereits elektronisch erfasst und mit einem abgelegten Zündwinkelkennfeld verglichen. Die Ansteuerung der Zündspule erfolgt durch ein Zündungssteuergerät.

Vollelektronische Zündung VZ-RUV
Es ist kein Zündverteiler mehr erforderlich. Die Spannungsverteilung erfolgt auf elektronischem Wege in einem Zündungssteuergerät („ruhende Hochspannungsverteilung“).

Becherzündspulen
Becherzündspulen kommen vor allem bei älteren Fahrzeugmodellen zum Einsatz. Diese bieten durch die trockene und damit auslaufsichere Isolierung zwischen Spulenwicklung und Bechergehäuse deutlich mehr Sicherheit. Die von Billiganbietern gefertigten Becherzündspulen sind oftmals mit Öl gefüllt – das bei einem Defekt oder Unfall auslaufen und zu einem Fahrzeugbrand führen kann.

Verteilerzündspulen
Verteilerzündspulen sind mit einem Hochspannungsdom versehen, der durch ein Hochspannungskabel mit dem Zündverteiler verbunden ist. Sie kommen hauptsächlich in Fahrzeugen mit rotierender Hochspannungsverteilung zur Anwendung.

Blockzündspulen
In einer Blockzündspule sind mehrere Zündspulen zusammengefasst und steuern mehrere Zündkerzen über Zündleitungen an. Blockzündspulen gibt es mit und ohne integrierter Endstufe und in Einzel- oder Doppelfunkentechnik.

Kerzenschacht-/Steckerzündspulen
Kerzenschacht- oder Steckerzündspulen (mit Einzel-und Doppelfunkentechnik) werden direkt auf die Zündkerze aufgesteckt. Dadurch kann die Zündenergie praktisch ohne Leistungsverluste direkt an die Zündkerze übertragen werden. Weiterer Vorteil: Der bereits vorhandene Zündkerzenschacht kann, je nach Bauform als Montageraum für die Zündspule genutzt werden. Kerzenschacht- und Steckerzündspulen werden in Fahrzeugen mit vollelektronischer Zündung eingesetzt, z. B. von BMW, Fiat, Mercedes-Benz, Porsche, Renault oder VW.

ZündspulenleistenIn einer Zündspulenleiste sind mehrere Einzelzündspulen zusammengefasst. Diese werden direkt auf die Zündkerzen gesteckt. Zur frühzeitigen Erkennung von Fehlzündungen, klopfender Verbrennung und Zündaussetzern können die Spulen außerdem mit einer integrierten Ionenstrommessung ausgestattet sein, die die optimale Gemischverbrennung überwacht. Die Zündspulen werden z.B. von VW, Opel, Peugoet, Citreon und Skoda verbaut.

Die Zündleitungen sind dafür verantwortlich, die benötigte Spannung (U) möglichst verlustfrei zur Zündkerze zu leiten. Dies geschieht - je nach Bauart des Fahrzeugs - unter Verwendung:

– eines mechanischen Zündverteilers und Verteilerkappe,
– eines vollelektronischen Zündmoduls,
– einer vollelektronischen Semi-Direkt-Zündung bzw. Doppelfunkenzündspule.

Da die Zündspannung (U) sich im Hochspannungsbereich mit bis zu 36.000 Volt befindet, müssen die Zündleitungen entsprechend durchschlagssicher sein. Die Zündspannung darf die Ummantelung in keinem Fall durchdringen und auf die Fahrzeugmasse abfließen - sonst kommt es zu Zündaussetzern. Bei allen Zündleitungssystemen werden Widerstände verwendet, obwohl grundsätzlich eine verlustarme Übertragung angestrebt wird. Ein Ausblick in die Elektrotechnik macht deutlich, dass darin kein Widerspruch liegen muss. Alle elektrisch betriebenen Geräte erzeugen mehr oder minder starke elektromagnetische Felder. Diese sind in den meisten Fällen zwar unbedenklich, können unter Umständen aber unerwünscht (z. B. Störung des Rundfunkempfangs) sein. Die Zündanlage erfordert eine optimale Nahentstörung, um den Betrieb von Radios, Kommunikationselektronik, Motor- oder Getriebesteuergeräten störungsfrei zu gewährleisten. Die Annahme, dass Widerstände die Zündenergie und damit die Motorleistung reduzieren, erweist sich als Irrtum. Die verwendeten Widerstände sind so dimensioniert, dass sie vernachlässigt werden können. Die von Markenherstellern angebotenen Zündleitungssysteme bieten beste Entstörung bei optimaler Zündleistung. Die Einheit zur Messung des Widerstands (R) ist Ohm. Bei Zündleitungen liegt dieser Wert im Bereich einiger tausend Ohm oder "Kiloohm". Zweck dieses Widerstands ist es, wie bereits beschrieben, die störende elektromagnetische Strahlung zu verringern. Das wird dadurch erreicht, dass der Strom (I) durch die Zündleitung begrenzt wird, und gleichzeitig dafür gesorgt wird, dass die Zündkerze weiterhin die benötigte Spannung (U) erhält. Die mathematische Formel dafür lautet U = R * I

Vereinfacht kann man sich die Nahentstörung so vorstellen: Die Zündanlage besteht aus einer Spule und Kondensatoren, elektrotechnisch auch "Schwingkreis" genannt. In den Zündkreis integrierte Entstörwiderstände (meistens 1-5 kOhm) reduzieren diese elektromagnetischen Schwingungen und sorgen für das störungsfreie Zusammenwirken der unterschiedlichen Geräte. Dies wird als "elektromagnetische Verträglichkeit" (EMV) bezeichnet. Eine Besonderheit weisen Zündleitungen mit induktivem Blindwiderstand auf: bei dieser Ausführung ändert sich der Widerstand abhängig von der Zündfrequenz (Motordrehzahl). Hier baut sich, bedingt durch die Drahtspule, bei höheren Drehzahlen ein größerer (induktiver) Widerstand auf. Wo Strom fließt, bilden sich elektromagnetische Felder, wie man sie von Mobiltelefonen und Radiowellen kennt. Solche elektromagnetischen Felder entstehen auch bei der Zündung. Ihre Intensität nimmt zum Zeitpunkt eines jeden "Funkenabrisses" an den Mittelelektroden der Zündkerze erheblich zu - es kommt zu starken Spannungsspitzen entlang der Zündleitung. Da zu starke elektromagnetische Felder Störungen in elektronischen Geräten hervorrufen können - z. B. bei Radios, dem ABS, Motor- oder Getriebe-Steuergeräten - müssen sie innerhalb eines nicht schädlichen Bereichs gehalten werden. Hierzu verfügen Zündleitungen über elektrische Widerstände. Diese begrenzen die Spannungsspitzen beim Funkenabriss und bei der Entladung der Zündspule. Dabei wird die Energie aus anliegender Spannung und Stromstärke in ein anderes Energie-Zeitverhältnis gesetzt.

Dichtungen sind hoch technische und komplexe Motorenbauteile, die in modernen Verbrennungsmotoren und Aggregaten (Getriebe, Achsen, etc.) in vielen Varianten und Werkstoffen eingesetzt sind. Als Schlüsselkomponenten tragen Dichtungen zu einem effizienten, sicheren und wirtschaftlichen Motorbetrieb bei. Sie sind hauptsächlich dafür da, die verschiedenen Medien Brenngas, Wasser und Öl im Motor voneinander und nach außen abzudichten. Als Kraftübertragungsglied zwischen Kurbelgehäuse und Zylinderkopf haben z.B. Zylinderkopfdichtungen einen erheblichen Einfluss auf die Kraftverteilung innerhalb des gesamten Verspannungs¬systems und die dadurch verursachten Bauteilverformungen. Die modernen Hochleistungs-Dichtungssysteme arbeiten sehr zuverlässig. Mit hohem Entwicklungsaufwand werden Produktlösungen geschaffen, die eine sichere Funktion auch unter kritischen Randbedingungen, wie z.B. aggressiven Medien, hohen Drücken und Temperaturen, ein Autoleben lang sicherstellen. Üblicherweise wird man auf die meist unscheinbaren Konstruktionselemente der Motoren-Dichtungstechnik erst aufmerksam, wenn sie versagen. In diesen Fällen ist jedoch meist nicht ein Dichtungsdefekt der Grund sondern ein Schaden im Umfeld, der z.B. zur Überhitzung des Motors führt und dadurch den Defekt an der Dichtung erst auslöst. Je nach Belastung des Motors kann das schlagartig oder aber auch erst nach einer gewissen Zeit erfolgen.

Die Steuerkette hat ihre Funktion im Ventiltrieb von Verbrennungsmotoren. Sie verbindet die Kurbelwelle mit der Nockenwelle. Schon seit Beginn des 20. Jahrhunderts ist die Steuerkette standardmäßig in Motoren verbaut. Seit den 1980er Jahren hat sich zunehmend der Riementrieb durchgesetzt. Bestimmte Hersteller wie Mercedes und BMW setzen traditionell weiter auf den Kettentrieb. Bei Pkw-Motoren treiben Steuerketten über Kurbelwellen die Nockenwellen im Zylinderkopf an. Nach längerem Betrieb müssen sie neu gespannt werden, daher werden sie werksseitig bereits vorgelängt. Es gibt einfache (Simplex-) und doppelte (Duplex-) Rollenketten sowie invertierte Zahnketten. Mit Ketten können große Abstände zwischen Bauteilen überbrückt werden und sie machen große Kraftübertragungen möglich. Nachteile sind in der höheren Geräuschentwicklung zu sehen (was durch Gleitschienen und Kettenspanner gemildert wird) sowie im Kettengewicht und in der verhältnismäßig langen Austauschdauer.

Typische Verschleißteile des Kettentriebes, deren Qualität und Verarbeitung entscheidend für die Sicherheit sind, sind Steuerketten, Gleit- und Spannschienen, Kettenspanner und Kettenräder.

Der Zahnriemen steuert den präzisen Verbrennungsvorgang im Motor. Er wird von der Kurbelwelle angetrieben und steuert die Nockenwelle, welche die Ventile betätigt. Diese müssen im richtigen Moment geöffnet und wieder geschlossen werden. Über die Ventile erfolgt die Versorgung des Brennraums mit dem Luft-Kraftstoffgemisch, durch dessen Verbrennung die Kolben des Motors angetrieben werden. Da sich die Kolben im Motor auf und ab bewegen, muss das korrekte Ansteuern der Ventile gewährleistet sein, um eine Kollision von Kolben und Ventilen im engen Brennraum zu verhindern. Ferner können Zahnriemen für den Antrieb von Einspritzpumpen und Ausgleichswellen oder auch Wasserpumpen eingesetzt werden. Neben Zahnriemen finden auch Steuerketten Verwendung in PKW-Motoren, seltener Stirnräder oder Königswellen. Im Gegensatz zu Keil- und Keilrippenriemen übertragen Zahnriemen die Kraft über ihre Zähne, das heißt es handelt sich um formschlüssige Antriebselemente.

Der Keilriemen dient als Treibriemen. Er verbindet Keilriemenscheiben miteinander und überträgt somit Kraft vom Motor auf Nebenaggregate wie bspw. den Generator, die Hydraulikpumpe der Servolenkung, den Klimaanlagenkompressor, den Lüfter und die Wasserpumpe. In einem Motor werden durch die Verbrennung des Luft-Kraftstoffgemisches Kolben angetrieben, deren geradlinige Bewegung über Pleuel in eine rotierende Bewegung der Kurbelwelle umgesetzt wird. Der Keilriemen nutzt die Kraft dieser Drehbewegung (Drehmoment) der Kurbelwelle und treibt über Keilriemenscheiben zusätzliche Aggregate an. Er sorgt somit für die korrekte Funktion des Motors und einen angenehmen Fahrkomfort. Ein Keilriemen kann ein bis zwei Zusatzaggregate antreiben.

Der Keilrippenriemen stellt eine Weiterentwicklung des Keilriemens dar und arbeitet nach dem gleichen Prinzip: Er dient als Treibriemen, verbindet Keilrippenriemenscheiben miteinander und überträgt somit Kraft vom Motor auf Nebenaggregate wie bspw. den Generator, die Hydraulikpumpe der Servolenkung, den Klimaanlagenkompressor, den Lüfter und die Wasserpumpe. In einem Motor werden durch die Verbrennung des Luft-Kraftstoffgemisches Kolben angetrieben, deren geradlinige Bewegung über Pleuel in eine rotierende Bewegung der Kurbelwelle umgesetzt wird. Der Keilrippenriemen nutzt die Kraft dieser Drehbewegung (Drehmoment) der Kurbelwelle und treibt über Riemenscheiben zusätzliche Aggregate an. Er sorgt somit für die korrekte Funktion des Motors und einen angenehmen Fahrkomfort. Der Vorteil des Keilrippenriemens liegt darin, dass er das Drehmoment des Motors auf mehrere Aggregate gleichzeitig übertragen kann.

Die Nockenwelle kann entweder über Steuerketten oder über Zahnriemen angetrieben werden. Zum Riementrieb zählen die Komponenten Zahnriemen, Riemenspanner, Spann- und Umlenkrollen sowie Riemenscheiben. Der Zahnriemen besteht aus Synthesekautschukmischungen und eingebetteten Glascordzugsträngen. Die Kraftübertragung erfolgt ohne Schlupf über seine Zähne. Es haben sich unterschiedliche Zahnformen etabliert.

Von Riementriebkomponenten werden in jedem Fahrzeug Höchstleistungen gefordert. Nur der optimale Lauf der Riementriebkomponenten gewährleistet den einwandfreien Betrieb der Nebenaggregate. Neben Zahnriemen gibt es Keil- bzw. Keilrippenriemen, die Nebenaggregate wie Lüfter, Generatoren, Kompressoren oder Hydraulikpumpen antreiben. Durch die zu übertragenden Drehmomente, dynamische Belastungen und wechselnde Temperaturen werden Keilrippenriemen stark beansprucht.

Der Steuertrieb ist für die Steuerung der Ventile zuständig und kann über einen Zahnriemen, eine Steuerkette oder Stirnräder erfolgen. Diese Varianten der Steuerung übertragen die Drehbewegung der Kurbelwelle auf die Nockenwelle 
im Verhältnis 2:1. Somit steuert er das zeitlich aufeinander abgestimmte Zusammenspiel (Steuerzeiten) zwischen Kolbenbewegung und Ventilsteuerung. 

Im Steuertrieb mittels Zahnriemen werden Spann- und Umlenkrollen benötigt. Die Spannrollen sorgen für eine konstante Spannung des Zahnriemens und übertragen die Kraft vom Zahnriemenspanner auf den Zahnriemen. Umlenkrollen verändern den Verlauf des Zahnriemens entsprechend der Anordnung der anzutreibenden Wellen und dienen oft auch als Beruhigungsrollen, um ein Flattern des Zahnriemens zu verhindern.

Im Aggregatetrieb werden Nebenaggregate wie der Generator, die Lenkhilfepumpe, die Wasserpumpe oder der Klimakompressor von Keil- bzw. Keilrippenriemen angetrieben. Durch den gestiegenen Komfortanspruch an die heutigen Kraftfahrzeuge hat immer mehr Elektronik Einzug in moderne Fahrzeuge gehalten. Ein Keilriemen reicht dadurch oftmals nicht mehr aus, um die stärkeren Generatoren und weitere Nebenaggregate wie Klimakompressor oder Lenkhilfepumpe, anzutreiben. Hier kommt der Keilrippenriemen zum Einsatz, mit dem kleinere Umschlingungsradien und damit größere Übersetzungsverhältnisse möglich sind. Auf engstem Raum angeordnete Nebenaggregate lassen sich durch die Vorder- und Rückseite des Keilrippenriemens antreiben.

Die Spannrollen im Aggregatetrieb sorgen für eine konstante Spannung des Riemens und übertragen die Kraft vom Riemenspanner auf den Riemen. Umlenkrollen verändern den Verlauf des Riemens entsprechend der vorhandenen Nebenaggregate und dienen oft auch als Beruhigungsrollen, um ein Flattern des Riemens zu verhindern.

Der Generatorfreilauf befindet sich im Aggregatetrieb und ist auf der Antriebswelle des Generators verbaut. Er entkoppelt den Generator von den Schwingungen der Kurbelwelle und führt dadurch zur Beruhigung des Riementriebes. Aufgrund dessen verringert der Generatorenfreilauf das Geräuschverhalten im Riementrieb und verlängert die Lebensdauer des Riemens.

Spann- und Umlenkrollen stellen innerhalb des Riementriebs (Steuer- und Nebentrieb) die für den optimalen Betrieb erforderliche Riemenspannung sicher.

Der Motor ist das eigentliche Herzstück des Autos. Autos haben entweder Otto-Motoren, die mit Benzin funktionieren, oder Dieselmotoren. Das Kernstück des Dieselmotors besteht aus dem Zylinderblock in dem je nach Bauart zwei, drei, vier, fünf, sechs oder mehr Zylinder sitzen. In diesen Zylindern bewegt sich der so genannte Kolben.

Am Kopf des Zylinders ist die Einspritzdüse angebracht, durch die der Diesel-Kraftstoff mit hohem Druck in den Verbrennungsraum gespritzt wird. Ebenso sitzen am Zylinderkopf zwei Ventile, das Einlassventil und das Auslassventil. Bewegt sich der Kolben im Zylinder nach unten, so kommt Luft durch das Einlassventil in den Zylinder. Kommt nun der Diesel-Kraftstoff durch die Einspritzdüse in den Zylinder, so entzündet er sich bei diesen hohen Temperaturen sofort und explodiert. Der Kolben saust nach unten. Das verbrannte Luft- Dieselgemisch, die Abgase, müssen natürlich aus dem Zylinder verschwinden, damit wieder frische Luft hinein kann. Als Motorsteuerung bezeichnet man die Regelung des Zustroms von Frischgas und die Abfuhr von Altgas, sodass in den einzelnen Betriebszuständen bestimmte Abgas-, Verbrauchs- und Drehmomentanforderungen präzise erfüllt sind.

Dies geschieht beim Otto-Motor durch das Öffnen und Schließen der Ein- und Auslassventile bei Viertaktmotoren, durch eine oder zwei oben liegende Nockenwellen. Der Otto-Motor unterscheidet sich von dem Diesel-Motor dadurch, dass das Benzin durch einen elektrischen Funken entzündet wird. Dieser Funken wird von der Zündkerze erzeugt. Da die Entzündung des Kraftstoffes von außen erfolgt, muss auch kein hoher Druck im Zylinder aufgebaut werden. Der Dieselmotor kommt ohne diese Zündhilfe aus und der Kraftstoff entzündet sich von selbst. Deshalb bezeichnet man den Dieselmotor auch als Selbstzünder.

In der Motorsteuerung unterscheidet man grundsätzlich zwischen Steuerketten- und Zahnriemenantrieb. Typische Verschleißteile der Baugruppe Motorsteuerung sind Nockenwellen, Ölpumpen, Riementriebkomponenten oder Ventile.

Bei der Abgasturboaufladung wird ein Teil der an sich verlorenen Abgasenergie zum Antrieb einer Turbine genutzt.
Auf der Welle der Turbine sitzt auch ein Verdichter, der die Verbrennungsluft ansaugt und sie dem Motor verdichtet zuführt. Eine mechanische Kopplung mit dem Motor besteht nicht. Der Turbomotor hat gegenüber einem gleich starken Saugmotor einen geringeren Verbrauch, weil ein sonst nicht genutzter Teil der Abgasenergie zur Leistung des Motors beiträgt. Die Reibungs- und Wärmeverluste des hubraumkleineren Turbomotors sind geringer.

Ein Abgasturbolader besteht aus einem Verdichter und einer Turbine, die durch eine gemeinsame Welle miteinander verbunden sind. Die Turbine liefert, angetrieben von den Abgasen des Motors, die Antriebsenergie für den Verdichter.
Für Turbolader werden in den meisten Fällen Radialverdichter und Zentripetalturbinen eingesetzt. Die Verdichter der meisten Turbolader sind Radialverdichter.
Dieser Verdichtertyp besteht aus drei wichtigen Bestandteilen: dem Verdichterrad, dem Diffusor und dem Spiralgehäuse. Durch die Drehzahl des Rades wird Luft axial angesaugt und im Rad auf hohe Geschwindigkeiten beschleunigt. Die Luft verlässt das Verdichterrad in radialer Richtung. Im Diffusor wird die Geschwindigkeit der Luft weitgehend verlustfrei verringert. Die Folge davon ist, dass Druck und Temperatur ansteigen. Der Diffusor wird aus der Verdichterrückwand
und einem Teil des Spiralgehäuses gebildet. Im Spiralgehäuse wird die Luft gesammelt und die Geschwindigkeit bis zum Verdichteraustritt weiterhin reduziert.
In Pkw- sowie in Nutzfahrzeug- und Industriemotoren sind ausschließlich Radialturbinen zu finden. Eine solche Radial- oder auch Zentripetalturbine wandelt den Druck des Abgases innerhalb des Spiralgehäuses in kinetische Energie um und führt das Abgas über dem Radumfang mit konstanter Geschwindigkeit dem Turbinenrad zu.  Bei Abgasturboladern ist es gelungen, diese Umsetzung in leitringlosen Turbinengehäusen zu realisieren. Dadurch verbessert sich das Durchflussverhalten der Turbine, zugleich verringert sich der Wirkungsgrad geringfügig.

Die Umsetzung von kinetischer Energie in Rotationsenergie der Welle erfolgt im Turbinenrad. Das Rad ist so ausgelegt, dass am Radaustritt nahezu die gesamte kinetische Energie umgesetzt ist. Die einfachste Form der Ladedruckregelung ist der turbinenseitige Bypass. Die Turbine wird dabei so klein gewählt, dass die Anforderungen an das Drehmomentverhalten bei niedrigen Drehzahlen erfüllt werden und eine gute Fahrbarkeit des Motors erreicht wird. Bei einer solchen Auslegung wird der Turbine kurz vor Erreichen des maximalen Drehmomentes mehr Abgas zugeführt, als für die Erzeugung des Ladedruckes notwendig ist. Deshalb wird nach dem Erreichen des erforderlichen Ladedruckes ein Teil der Abgasmenge durch einen Bypass hindurch um die Turbine herum geleitet. Die Ladedruckregelklappe, die den Bypass öffnet und schließt, wird in Abhängigkeit vom Ladedruck durch eine federbelastete Membrane angesteuert. Die verstellbare Turbinengeometrie ermöglicht es, den Strömungsquerschnitt der Turbine in Abhängigkeit des Motorbetriebspunktes zu verstellen. Dadurch wird die gesamte Abgasenergie genutzt und der Strömungsquerschnitt der Turbine kann für jeden Betriebspunkt optimal eingestellt werden, sodass gegenüber der Bypassregelung der Wirkungsgrad des Turboladers und damit der des Motors verbessert wird.

Die verstellbare Turbinengeometrie (VTG) mit drehbaren Leitschaufeln ist heute bei modernen Pkw-Dieselmotoren Stand der Technik. Die ständige Anpassung des Turbinenquerschnittes an den Fahrzustand des Motors bewirkt eine Verminderung des Verbrauches und der Emissionen. Das bereits bei niedrigen Drehzahlen hohe Drehmoment des Motors und eine sorgfältig abgestimmte Regelstrategie bewirken eine spürbare Verbesserung des dynamischen Fahrverhaltens.

Übersicht

Die Abgasrückführung (AGR) ist eine bewährte und erprobte Methode zur Schadstoffreduzierung:
Hinter den Zylindern wird Abgas entnommen und der Ansaugluft wieder zugemischt. Dadurch wird der Sauerstoffanteil im Kraftstoff-Luft-Gemisch verringert und so die Verbrennungstemperatur in den Zylindern abgesenkt. Da schädliche Stickoxide (NOx) vorwiegend bei hohen Temperaturen und Drücken entstehen, können so die NOx-Konzentrationen, die in die Umwelt abgegeben werden, um bis zu 50% reduziert werden.

Bei Dieselmotoren wird außerdem die Bildung von Rußpartikeln um ca. 10% gesenkt.

AGR-Ventil

Das AGR-Ventil dosiert die Menge des zurückgeführten Abgases. Es ist entweder am Abgaskrümmer oder am Ansaugtrakt angebaut, oder es sitzt in einer hitzebeständigen Abgasleitungen, die den Abgaskrümmer mit dem Ansaugtrakt verbindet.

Pneumatische AGR-Ventile werden mittels Unterdruck über elektromagnetische Ventile betätigt:
Der Unterdruck zur Ansteuerung wird aus dem Saugrohr abgegriffen oder durch eine Vakuumpumpe erzeugt.
Elektrische oder elektromotorische AGR-Ventile werden direkt vom Steuergerät angesteuert und benötigen keinen Unterdruck und kein Magnetventil. AGR-Ventile in Dieselfahrzeugen haben aufgrund der hohen Rückführraten große Öffnungsquerschnitte. Bei AGR-Ventilen im Ottomotor sind die Querschnitte deutlich kleiner. AGR-Ventile in Dieselfahrzeugen haben aufgrund der hohen Rückführraten große Öffnungsquerschnitte.

Regelklappe (Diesel)

Da bei Dieselfahrzeugen die Druckdifferenz zwischen Abgas- und Saugseite für die hohen Abgasrückführraten nicht ausreicht, werden "Regelklappen" im Saugrohr eingesetzt, um den nötigen Unterdruck zu erzeugen.

Elektroumschaltventil (EUV)

Bei einfachen Systemen mit einem Elektroumschaltventil (EUV) hat das AGR-Ventil lediglich eine Auf-Zu-Funktion.
Der Unterdruck zur Ansteuerung wird aus dem Saugrohr abgegriffen oder durch eine Vakuumpumpe erzeugt.

Elektropneumatischer Wandler (EPW)

Bei Systemen mit einem elektropneumatischen Wandler (EPW) kann das AGR-Ventil stufenlos verstellt werden.
Der Unterdruck zur Ansteuerung wird aus dem Saugrohr abgegriffen, oder durch eine Vakuumpumpe erzeugt.

Dieselmotoren werden als „Selbstzünder“ bezeichnet. Das Luft / Diesel–Gemisch wird durch den Kolben derart hoch verdichtet, dass alleine durch die Kompression eine hohe Temperatur entsteht und diese dann das Gemisch entzündet und zur Explosion bringt. Dieser Vorgang läuft jedoch nur bei einem heißen Motor problemlos ab. Bei kalten Temperaturen ist das Luft / Diesel-Gemisch nicht so zündfreudig und es braucht eine Unterstützung.

Als Zündhilfe werden daher in Dieselmotoren Glühkerzen (je Zylinder 1 x) verbaut. Vor dem Starten des Motors wird im Brennraum des Zylinders durch die Glühkerze die Temperatur erhöht und das Luft / Diesel –Gemisch durch die hohe Temperatur an ihrer glühenden Spitze (bis zu 1000° C) sicher zum Explodieren gebracht.

Die Zeiten für das „Vorglühen“ sind je nach verwendeter Glühkerze unterschiedlich. Es gibt Schnellglühkerzen, die nur eine Vorglühzeit von wenigen Sekunden benötigen, aber auch Glühkerzen, die bei niedrigen Umgebungstemperaturen 15 Sekunden vorgeglüht werden müssen. Das Ein- und Ausschalten des Stromes für die Glühkerze und die erforderliche Zeitsteuerung übernimmt das Glühzeitrelais.

Das Glühzeitrelais (Steuergerät, Glühzeit) hat zunächst einmal die Funktion, den Strom für die Glühkerzen ein- und auszuschalten. Glühkerzen benötigen, wenn sie bereits heiß sind, einen Strom von ca. 10 Ampere. In der Einschaltphase (bei kalter Glühwendel) ist der Strom jedoch wesentlich höher. Die dafür erforderlichen Schalter innerhalb der Glühzeitrelais sind Leistungsrelais. Bei einem 4-Zylinder Motor müssen diese Relais- Ströme bis zu 80 Ampere schalten können. Bei 6 oder 8-Zylinder Motoren entsprechend mehr. Oft werden deshalb die anzusteuernden Glühkerzen auf zwei Stromzweige aufgeteilt und innerhalb des Glühzeitrelais befinden sich dann (bei 6 / 8Zylindern) zwei Leistungsrelais.

Eine weitere Funktion ist die Zeitsteuerung. Wichtig hierbei ist es, dass es bei der Zeitsteuerung mehrere Phasen gibt:

– Zunächst die Vorglühzeit, welche abhängig vom Motor–Typ und den verwendeten Glühkerzen ist. Außerdem ist sie abhängig von den über einen Sensor gemessenen Umgebungstemperaturen. Die Sensoren können sich je nach Relaistyp sowohl im Relais selbst, als auch extern z. B. im Kühlmittelkreislauf befinden. Im Winter, bei Minusgraden, ist die Vorglühzeit wesentlich länger als im Sommer bei z. B. + 30°. Während die Vorglühzeit abläuft, leuchtet die Kontrolllampe im Armaturenbrett (bei einigen Fahrzeugen beginnt die Vorglühzeit bereits, wenn der Fahrer die Fahrertür geöffnet hat).

– Danach beginnt die Bereitstellungszeit. Die Kontrolllampe geht nun aus, die Glühkerzen jedoch bleiben für weitere Sekunden eingeschaltet (in dieser Zeit sollte der Motor vom Fahrer gestartet werden).

– Bei neueren Fahrzeugen wurde die Nachglühzeit eingeführt. Erforderlich wurde dies durch die immer strengeren Abgasnormen und der damit notwendigen Optimierung der Verbrennungsabläufe im Zylinder.

Die Glühkerzen bleiben während der Nachglühzeit auch bei laufendem Motor weiter eingeschaltet. Die Länge der Nachglühzeit ist abhängig vom Motor–Typ und der Temperatur. Für diese Funktion kommen nur spezielle „nachglühfähige“ Glühkerzen zum Einsatz.

Auch wenn die technische Grundfunktion immer die Gleiche ist, gibt es Glühzeitrelais in vielen unterschiedlichen Varianten. Sowohl die Größen der Gehäuse, die Anschlussstecker als auch die Befestigungsart sind unterschiedlich. Weit über 100 verschiedene Relaistypen gibt es alleine nur für die in Europa hergestellten Fahrzeuge. Bei einer weiteren Variante wird die Zeitsteuerung vom Motorsteuergerät übernommen und nur das Schalten der erforderlichen hohen Ströme, wird durch ein einfaches Leistungsrelais übernommen.

Vollelektronische Glühzeitrelais >On Board Diagnose (OBD) fähig<:
Bei diesen modernen Typen der Glühzeitrelais ist alles anders. Zunächst einmal sind diese Steuergeräte über einen Daten-Bus mit dem Motorsteuergerät verbunden.Das Motorsteuergerät gibt in diesem Fall die Befehle für das Ein/ Ausschalten. Außerdem wird gemessen, ob nach dem Einschalten einer Glühkerze tatsächlich ein genügend hoher Strom fließt. Dies wird dann über ein Quittungssignal dem Motorsteuergerät zurückgemeldet. Sollte ein zu hoher Strom (z. B. bei einem Kurzschluss im Kabel oder Glühkerze selbst) erkannt werden, wird der entsprechende Stromzweig abgeschaltet, um eine Zerstörung der Elektronik zu verhindern.
Eine weitere Besonderheit ist, dass keine Relais mehr zum Ein/ Ausschalten verwendet werden, sondern Leistungstransistoren (Elektronische Schalter). Dadurch kann der Strom für die Glühkerzen nicht nur ein/ ausgeschaltet werden, sondern auch die Stromstärke kann verändert werden. Dieses geschieht durch ein veränderbares Tastverhältnis.
Wird innerhalb einer Regelperiode der Strom für lange Zeit eingeschaltet und nur für kurze Zeit ausgeschaltet, erhält die Glühkerze mehr Leistung und wird heißer. Umgekehrt wird die Glühkerze weniger heiß, wenn der Strom nur kurz eingeschaltet und für lange Zeit ausgeschaltet wird.

Glühzeitrelais befinden sich an den unterschiedlichsten Stellen im Fahrzeug. Steckrelais sind vorwiegend im zentralen Relaiskasten zu finden. Relais, die keine Steckkontakte für die Zuleitung zu den Glühkerzen haben, sondern Kabelschuhe die angeschraubt werden, sind im Motorraum zu finden. Diese Relais sind direkt am Blech oder mit speziellen Befestigungswinkeln an der Karosserie angeschraubt.

Hinweis:

Bitte immer nur Glühzeitrelais mit den passenden Referenz - Nummern gegeneinander tauschen. Auch wenn das Gehäuse und der Stecker inklusiv Anzahl der Kontakte gleich sind, kann die interne Funktion anders sein.

Als Beispiel die Vorglühzeiten:
Für Schnellglühkerzen sind wesentlich kürzere Zeiten vorgesehen als für normale Glühkerzen. Bei Einbau eines falschen Relais können deshalb die Glühkerzen beschädigt werden.

Die Sekundärlufteinblasung ist eine bewährte Methode zur Reduzierung der Kaltstartemission. Für den Kaltstart eines Ottomotors ist ein "fettes Gemisch" erforderlich, d.h. ein Gemisch mit Kraftstoffüberschuss. Bis der Katalysator seine Betriebstemperatur erreicht hat und die Lambdaregelung einsetzt, entstehen dadurch große Mengen an Kohlenmonoxid und unverbrannten Kohlenwasserstoffen.
Zur Reduzierung dieser Schadstoffe wird während der Kaltstartphase sauerstoffreiche Umgebungsluft ("Sekundärluft") direkt hinter den Auslassventilen in den Abgaskrümmer geblasen.
Dadurch kommt es zu einer Nachoxidation ("Nachverbrennung") der Schadstoffe zu Kohlendioxid und Wasser. Die dabei entstehende Wärme heizt den Katalysator zusätzlich auf und verkürzt die Zeit bis zum Einsetzen der Lambdaregelung.

Sekundärluftpumpe

Die Sekundärluftpumpe saugt Umgebungsluft an und bläst sie in den Abgaskrümmer hinter den Auslassventilen. Erfolgt die Luftansaugung nicht aus dem Ansaugtrakt sondern direkt aus dem Motorraum, ist ein eigener Luftfilter integriert.

Sekundärluftventil

Sekundärluftventile sind zwischen Sekundärluftpumpe und Abgaskrümmer verbaut. Es gibt sie in unterschiedlichen Ausführungen. Das Sekundärluft-Rückschlagventil verhindert, dass Abgas, Kondensat oder Druckspitzen im Abgasstrang (z.B. Fehlzündungen) Schäden in der Sekundärluftpumpe verursachen. Das Sekundärluft-Abschaltventil sorgt dafür, dass die Sekundärluft nur in der Kaltstartphase zum Abgaskrümmer gelangt.
Sie werden entweder durch Unterdruck betätigt, der durch ein Elektroumschaltventil gesteuert wird, oder öffnen durch den Druck der Sekundärluftpumpe. Bei Sekundärluftventilen neuerer Generation sind Abschalt- und Rückschlagfunktion in einem „abschaltbaren Rückschlagventil“ vereinigt.
Die neuste Entwicklung sind elektrische Sekundärluftventile. Sie verfügen über kürzere Öffnungs- und Schließzeiten als pneumatisch angesteuerte Ventile. Durch höhere Stellkräfte sind sie resistenter gegen Verklebungen durch Ruß oder Schmutz. Zur Überwachung durch die On-Board-Diagnose (OBD) können elektrische Sekundärluftventile mit einem integrierten Drucksensor ausgestattet sein.

CR Systeme CRS2 mit 1 600 bis 2 000 bar und Magnetventil-Injektoren

– Steigende Kraftstoffpreise und zunehmend schärfere Abgasgrenzwerte machen moderne, sparsame und umweltfreundliche Dieselmotoren zum Antrieb der Wahl. Die Common Rail Systeme der Serie CRS2 sind die kostengünstige und leistungsoptimierte Lösung, um den Kraftstoffverbrauch und damit die Betriebskosten der Fahrzeuge weiter zu senken.
Zentraler Bestandteil dieser Systeme sind ihre schnell schaltenden Magnetventil-Injektoren mit kurzen Einspritzabständen. Die Serie CRS2 ist für Dieselmotoren mit bis zu acht Zylindern und einem weiten Leistungs- und Drehmomentspektrum geeignet. Die modularen Systeme lassen sich an eine Vielzahl von Motorentypen anpassen.
Der gesteigerte Druck dieser Systeme und technische Modifikationen erlauben das Erfüllen heutiger und zukünftiger Emissionsziele. Darüber hinaus steigern höhere Einspritzdrücke die Freiheit des Motorenherstellers bei der Konzeption von Basismotor und Abgasnachbehandlung. Das CRS2 gibt es in Varianten für leichte Nutzfahrzeuge und mit entsprechender Anpassung auch für den Off-Highway-Bereich.

Die leistungsfähigen Magnetventil-Injektoren der zweiten Generation bieten den Motorenentwicklern einen hohen Freiheitsgrad bei der Gestaltung des Einspritzverlaufs. In einem engen Zeitfenster werden bis zu acht Einzeleinspritzungen pro Arbeitstakt abgedeckt. Die Fähigkeit zur Mehrfacheinspritzung trägt dazu bei, den Kraftstoffverbrauch und damit die CO2-Emissionen sowie Schadstoff- und Geräuschemissionen des Triebwerks weiter zu reduzieren. Das System besteht jeweils aus einer Hochdruckpumpe, dem Hochdruck-Rail, einem Injektor für jeden Zylinder sowie der elektronischen Steuerung.  Der optimierte Magnetkern des Injektors CRI2-16 erreicht hohe Kräfte beim Öffnen des Magnetventils. Das zweiteilige Ankermodul ermöglicht höhere Dynamik bei der Ansteuerung der Düsennadel und sehr kurze Abstände zwischen den Einspritzungen. Der Injektor des Systems CRS2-18 hat ein druckausgeglichenes Magnetventil.Somit kann eine weitere Erhöhung des Systemdrucks realisiert werden.

Der CRI2-20 mit druckausgeglichenem Magnetventil hat ein integriertes zusätzliches Railvolumen, das Druckschwingungen reduziert. Die hydraulische Effizienz wird durch eine verringerte Rücklaufmenge gesteigert. Die elektronische Dieselregelung EDC regelt sowohl den gesamten Einspritzvorgang als auch Ladedruck und Abgasrückführung.

CR Systeme CRS3 mit 1800 bis 2000 bar und Piezo-Injektoren

Der Kraftstoffverbrauch ist eine wichtige Größe für die Wirtschaftlichkeit und damit den Markterfolg eines Fahrzeugs, besonders bei hohen Laufleistungen. Weitere wichtige Faktoren sind die Emissionen, das Betriebsgeräusch und die Leistungsabgabe des Motors. Die modernen Common Rail Systeme CRS3-18 mit 1800 bar und CRS3-20 mit 2 000 bar Systemdruck ermöglichen dank ihrer Piezo-Injektoren die Konstruktion von Motoren mit den idealen Eigenschaftsprofilen.
Eine Herausforderung für jedes Einspritzsystem sind die unterschiedlichen Kraftstoffqualitäten. Dank ihres robusten Piezo-Aktors sind die Injektoren des CRS3-18/-20 dafür bestens vorbereitet. Der Piezo-Aktor entwickelt im Vergleich zu einem Magnetventil eine rund zehnmal höhere Kraft und ist dadurch unempfindlicher gegen kleine Verunreinigungen im Kraftstoff. Die Piezo-Injektoren CRI3-18 und -20 sind bei Mehrfacheinspritzungen führend bezüglich der minimalen Voreinspritzmenge, der schnellen Abfolge der Einspritzungen und der Mengenstabilität über Laufzeit.
Da der Piezo-Aktor in das Gehäuse integriert ist, sind die Piezo-Injektoren schlank und benötigen deutlich weniger Bauraum als Injektoren mit Magnetventil. CRS3-18 und CRS3-20 werden im höchsten Leistungsbereich des Light-Duty-Segments im On-Highway-Betrieb und für Pkw eingesetzt.
Der Piezo-Aktor ermöglicht Mehrfacheinspritzungen mit minimalen Abständen. Da der Aktor die Düsennadel unmittelbar ohne hydraulischen Regelkreis ansteuert, ermöglicht er kürzere Reaktionszeiten. Optimierte Injektorkennlinien ohne Plateaus ermöglichen Mengenkorrekturen über die Lebensdauer hinweg mittels Lernfunktionen, die als Software im elektronischen Steuergerät hinterlegt sind.

Das System besteht jeweils aus einer Hochdruckpumpe, dem Hochdruck-Rail, einem Injektor für jeden Zylinder sowie der elektronischen Steuerung. Die Piezo-Injektoren CRS3-18/-20 erreichen mit ihrer hohen Schaltgeschwindigkeit sehr kleine Voreinspritzmengen. Die reduzierte hydraulische Verlustleistung führt zu einer geringeren Kraftstofftemperatur, so dass keine zusätzliche Kraftstoffkühlung erforderlich ist.

Die Serienreife der ersten Fahrzeuge mit Hybrid-Antrieb ist das Resultat aus der perfekten Kombination modernster Technologien. Durch das Zusammenspiel von modernsten Systemkomponenten ist es gelungen, den Hybrid-Antrieb in alltagstaugliche Serienfahrzeuge mit beeindruckender Reichweite und hohem Wirkungsgrad zu integrieren. Der Hybrid-Antrieb kombiniert den Verbrennungsmotor mit einer elektrischen Antriebsmaschine.

Aufbau und Funktion

Ein Hybrid-Fahrzeug setzt sich generell aus folgenden Systemkomponenten zusammen:

- E-Maschine

- Inverter

- Kooperatives Regeneratives Bremssystem

- Hochvolt-Batterie

Nachfolgend werden die Systemkomponenten erklärt.

Die E-Maschine

Herzstück eines modernen Fahrzeuges mit Hybrid-Antrieb ist die so genannte E-Maschine. Sie hat zwei Funktionen:
Als Motor treibt sie das Fahrzeug elektrisch an. Als Generator hilft sie, Bewegungsenergie beim Bremsen in elektrische Energie umzuwandeln.

Inverter

Die Leistungselektronik ist das Bindeglied zwischen der Batterie und der E-Maschine. Sie wandelt die Gleichspannung der Hochleistungsbatterie in die Wechselspannung, die zum Betrieb der E-Maschine gebraucht wird.

Kooperatives Regeneratives Bremssystem

Beim herkömmlichen Bremsen geht Bewegungsenergie verloren, die vorher aus dem Kraftstoff erzeugt wurde.
Das Kooperative Regenerative Bremssystem stellt sicher, dass möglichst viel Bremsenergie zurück gewonnen und als elektrische Energie gespeichert wird. Dazu wird der Generator genutzt, um das Fahrzeug zu verzögern. Sobald die Bremsanforderung die Fähigkeit des Generators übersteigt, kommen die klassischen Radbremsen zum Einsatz.  Dabei erfüllt das Kooperative Regenerative Bremssystem die selben Sicherheitsanforderungen wie konventionelle Bremssysteme.

Hochvolt-Batterie

Die Batterie versorgt die E-Maschine beim elektrischen Fahren mit elektrischer Energie. Beim Fahren mit Verbrennungsmotor und beim regenerativen Bremsen wird sie von der E-Maschine aufgeladen. Hierzu kommen sichere, leistungsfähige und qualitativ hochwertige Lithium-Ionen-Batterien mit einem Batterie-Management-System zum Einsatz.

Systemarten

Entsprechend der Auslegung der Leistungsstärke werden Hybridantriebe oft wie folgt bezeichnet:

– Mild Hybrid: nützt die gemeinsame Leistung von Verbrennungsmotor und Elektroantrieb als „boost-Funktion“.
Purer elektrischer Antrieb ist nicht möglich.

– Strong Hybrid: über kurze Strecken ist ein rein elektrischer Fahrbetrieb möglich

– Plug-in Hybrid: hier ist ein elektrischer Fahrbetrieb auch über weitere Strecken möglich

Antriebsarten

Für Fahrzeuge mit Hybrid-Antrieb bieten sich mehrere Optionen der Antriebsart. Hier die drei möglichen Antriebsarten auf einen Blick.

Serieller Antrieb

Der Verbrennungsmotor treibt einen Generator an. Der Elektromotor nutzt die elektrische Energie des Generators zum Fahrzeugantrieb. Der Leistungsfluss findet in Serie statt (Verbrennungsmotor, Generator, Motor).

Paralleler Antrieb

Sowohl der Verbrennungsmotor als auch der Elektromotor treiben die Antriebsräder an. Es findet eine Leistungsaddition der Antriebsaggregate statt. Der Leistungsfluss erfolgt parallel aus Verbrennungsmotor und / oder Elektromotor.

Leistungsverzweigter Antrieb

Beim leistungsverzweigten Antrieb werden das serielle und das parallele Konzept kombiniert. Hier kann der Antrieb entweder nur durch Elektromotor (seriell Energiewandlung mittels Verbrennungsmotor und Generator) erfolgen oder durch den Elektromotor mit parallelem Verbrennungsmotor.

Der Range Extender als wertvolle Option

Eine weitere Möglichkeit der Hybrid-Technologie ist der Einsatz eines Range Extenders. Bei Fahrzeugen mit Range Extender ist der Elektro-Antrieb noch leistungsfähiger und ermöglicht rein elektrisches Fahren. Die Reichweite ist dabei groß genug, um den durchschnittlichen täglichen Mobilitätsbedarf zu decken. Im Bedarfsfall kann elektrische Energie onboard durch den Range Extender generiert werden. Die Reichweite beim rein elektrischen Fahren liegt bei rund 80 km. Auf längeren Strecken sorgt der Range Extender durch Nachladen der Batterie für höhere Reichweite.

Komponenten für Elektro-Fahrzeuge mit Range Extender sind:

– Elektrischer Achsantrieb

– Inverter

– Ladegerät

– Kooperatives Regeneratives Bremssystem

– Hochvolt-Batterie

– Range Extender (Verbrennungsmotor – häufig als Wankelmotor ausgelegt)

Kundennutzen des Range Extenders:

– Reduziert den Kraftstoffverbrauch um bis zu 90 %

– Reduziert den CO2-Ausstoß um bis zu 90 %

– Mobilitätsgarantie durch Range Extender

– Mehr Fahrspaß durch den Boost-Effekt des Elektro-Motors

– Bremsenergie-Rückführung

– Keine Lärmemission

Gleitlager unterstützen die sich bewegenden Teile im Automobil. Sie nehmen die Axial- und Radialkräfte auf und leiten diese an das Lagergehäuse weiter. Gleitlager stützen rotierende Wellen wie die Kurbelwelle, Nockenwelle, Kipphebelwelle oder die Ausgleichswelle im Motorgehäuse bzw. im Pleuel ab.
Weiterhin haben sie die wichtige Aufgabe: die Aufnahme und das Einbetten des Abriebs. Dieser Abrieb entsteht beim normalen Motorbetrieb und besteht aus Teilen, die so klein sind, dass sie nicht über den Ölfilter separiert werden können, die jedoch groß genug sind, um – wenn sie nicht eingebettet werden – zu erhöhtem Verschleiß zu führen. Diese Schlüsselfunktion des Gleitlagers für Rundlauf und verschleißarmen Betrieb des Motors bedingt eine besondere Konstruktion.

Ventile dichten den Brennraum ab und sorgen für optimalen Gaswechsel. Da sie ständig in Bewegung sind und das bei schwierigen tribologischen Verhältnissen und unter der Einwirkung aggressiver Gase bzw. Abgase, sind sie natürlichem Verschleiß unterworfen. Dieser kann beschleunigt werden durch Extremsituationen wie mechanische oder thermische Überlastung. Daher müssen Ventile bei einem sichtbaren Schaden grundsätzlich ausgetauscht werden.

Durch die Auf- und Abwärtsbewegung des Ventils wird der Verbrennungsraum des Motors geöffnet und geschlossen. Einlassventile öffnen und schließen den Einlass für die Frischluft (oder Luft-Kraftstoffgemisch, je nach Motor). Auslassventile öffnen und schließen den Auslass für die Abgase. Die Ventile werden über die Nockenwelle betätigt, die wiederum von der Kurbelwelle angetrieben wird und somit synchron zur Kolbenbewegung die Ventile öffnet und schließt. Verbrennungstemperaturen werden über die Ventile an den Zylinderkopf und somit an den Kühlmittelkreislauf abgegeben.

Zylinder führen Kolben in der Auf- und Abwärtsbewegung. Im Zylinder befindet sich der Kolben. Öl an der Zylinderwand sorgt für ausreichende Schmierung des Kolbens mit den Kolbenringen. Zylinder sind je nach Bauart aus Grausguss oder Aluminium mit jeweils sehr vielen verschiedenen Legierungen.
Je nach Motor haben die Zylinder direkten Kontakt zu der Wasserkühlung, metallischen Kontakt zum Motorblock oder werden fest eingegossen. Durch die Materialauswahl wird sichergestellt, dass ausreichend Wärme an den Motorblock oder an das Kühlwasser abgegeben werden kann.

Dieselmotoren sind Selbstzünder, das heißt: Der eingespritzte Kraftstoff entzündet sich, ohne dass ein Zündfunke notwendig ist. Die Auslösung des Arbeitstaktes erfolgt in drei Schritten:

1. Zunächst wird reine Luft angesaugt.
2. Diese Luft wird auf 30–55 bar verdichtet – dabei erhitzt sie sich auf 700–900 °C.
3. Dieselkraftstoff wird in die Brennkammer eingespritzt. Durch die hohe Temperatur der komprimierten Luft wird die Selbstzündung ausgelöst, der Innendruck steigt stark an und der Motor leistet seine Arbeit.

Im Vergleich zu Ottomotoren erfordern Selbstzünder aufwendigere Einspritzsysteme und Motorbau-formen. Die ersten Dieselmotoren waren keine besonders komfortablen und drehfreudigen Antriebsaggregate. Durch den harten Verbrennungsablauf waren sie in kaltem Zustand sehr laut. Sie waren gekennzeichnet durch ein höheres Leistungsgewicht, eine geringe Leistung pro Liter Hubraum sowie ein schlechteres Beschleunigungsverhalten. Durch stetige Weiterentwicklung der Einspritz-technik und der Glühkerzen konnten all diese Nachteile beseitigt werden. Heute gilt der Diesel als gleich- oder gar höherwertige Antriebsquelle. Glühkerzen müssen in einer möglichst kurzen Zeit eine hohe Temperatur zur Zündunterstützung bereitstellen – und diese Temperatur unabhängig von den Randbedingungen halten oder sogar in Abhängigkeit von diesen anpassen.
Beim Vorglühen fließt anfangs starker Strom über den Anschlussbolzen und die Regelwendel zur Heizwendel. Diese erhitzt sich schnell und bringt die Heizzone zum Glühen. Das Glühen breitet sich rasch aus – und nach 2–5 Sekunden glüht der Heizstab bis nahe an den Kerzenkörper. Dadurch wird die Temperatur der durch den Strom schon erhitzten Regelwendel zusätzlich erhöht. In der Folge steigt ihr elektrischer Widerstand, und der Strom wird so weit reduziert, dass der Glühstab nicht beschädigt werden kann. Ein Überhitzen der Glühkerze ist somit nicht möglich. Erfolgt kein Start, wird die Glühkerze nach einer gewissen Bereitschaftszeit durch das Glühzeitsteuergerät abgeschaltet.
Fahrzeuge älterer Bauart sind zumeist mit Glühkerzen bestückt, die lediglich vor und während der Startphase glühen. Moderne Diesel-Pkw laufen in der Regel mit nachglühfähigen Glühkerzen vom Band.

Das heißt, sie glühen
- vor dem Start,
- während der Startphase,
- nach dem Start und
- während dem Motorbetrieb (im Schubbetrieb).

Das elektronisch gesteuerte Vorglühen beginnt mit der Betätigung des Zündschloss-Anlassschalters und dauert bei normalen Außentemperaturen bis zur Startbereitschaft etwa 2–5 Sekunden. Die Nachglühzeit beträgt bis zu 3 Minuten nach dem Start des Motors, um die Schadstoff- und Geräuschemissionen zu minimieren. Der Motorbetriebszustand wird z. B. über die Messung der Kühlwassertemperatur erfasst. Der Nachglühvorgang dauert so lange, bis die Kühlwassertemperatur 70 °C erreicht, oder er wird nach einer im Kennfeld abgelegten Zeit abgestellt. Liegt die Kühlwassertemperatur schon vor dem Start über 70 °C, wird in den meisten Fällen nicht nachgeglüht.


Schutz vor Überhitzng

Selbstregelnde Stabglühkerzen schützen sich vor Überhitzung, indem sie den Strom von der Batterie zur Kerze mit steigender Temperatur begrenzen. Bei laufendem Motor erhöht sich die Spannung jedoch so weit, dass Glühkerzen, die nicht für die neueste Technik konzipiert sind, durchbrennen. Dazu kommt, dass die bestromten Kerzen nach dem Start hohen Verbrennungstemperaturen ausgesetzt sind und somit von innen und außen aufgeheizt werden. Die nachglühfähigen Stabglühkerzen sind bei voller Generatorspannung funktionsfähig. Ihre Temperatur steigt zwar schnell an, wird dann aber durch die neue Regelwendel auf eine Beharrungstemperatur abgeregelt, die unter derjenigen der nicht nachglühfähigen Kerzen liegt.

Schnellstart in 2 Sekunden

Bei der nachglühfähigen Glühkerze ist es gelungen, die Glühzeit auf 2–5 Sekunden zu verkürzen. Um das zu erreichen, haben die Konstrukteure den Durchmesser des Heizstabes an seinem vorderen Ende reduziert. Dadurch beginnt der Heizstab in dieser Zone sehr schnell zu glühen. Bei einer Temperatur von 0 °C dauert es gerade mal 2 Sekunden bis zum Start. Bei tieferen Temperaturen passt sich das System durch die Glühzeitregelung an die Erfordernisse an und erhöht die Glühzeit entsprechend: bei –5 °C etwa 5 und bei –10 °C rund 7 Sekunden.

Der Torsionsschwingungsdämpfer, oder auch Drehschwingungsdämpfer genannt, wird zur Reduzierung von Radialschwingungen an Kraftfahrzeugen eingesetzt.  An ihm wird gleichzeitig die erzeugte Drehkraft (Drehmoment) des Motors von der Kurbelwelle abgenommen und über die an ihm verbaute Keilrippenriemenscheibe den Nebenaggregaten (Generator, Hydraulikpumpe der Servolenkung, Klimakompressor, Lüfter, Wasserpumpe) über den Keilrippenriemen zur Verfügung gestellt. Bei Viertakt-Hubkolbenmotoren entstehen durch die einzelnen Takte (Ansaugen, Verdichten, Arbeiten, Ausstoßen) im Zusammenhang mit der Zündfolge der einzelnen Zylinder Drehungleichförmigkeiten und Schwingungen an der Kurbelwelle. Diese werden durch den speziellen Aufbau des Drehschwingungsdämpfers (Massenträgheitsring, Gleitlager, Gummilager)  stark vermindert und auf ein optimales Maß für das gesamte Riementriebsystem zurückgeführt.

Die wichtigsten Aufgaben, die der Kolben erfüllen muss, sind:

·       Kraftübertragung vom und auf das Arbeitsgas

·       Veränderliche Begrenzung des Arbeitsraums (Zylinder)

·       Abdichten des Arbeitsraums

·       Geradführung des Pleuels (Tauchkolbenmotoren)

·       Wärmeabfuhr

·       Unterstützung des Ladungswechsels durch Ansaugen und Ausschieben (Viertaktmotor)

·       Unterstützung der Gemischbildung (durch geeignete Form der brennraumseitigen Kolbenoberfläche)

·       Steuerung des Ladungswechsels (bei Zweitaktmotoren)

·       Führung der Dichtelemente (Kolbenringe)

·       Führung der Pleuelstange (bei Pleuelstangen-Obenführung)

Die im Kraftstoff gebundene Energie wird im Zylinder des Motors während des Arbeitstakts in sehr kurzer Zeit in Wärme und Druck umgesetzt. Dabei steigen die Wärme- und Druckwerte in sehr kurzer Zeit sehr stark an. Dem Kolben als beweglichem Teil des Brennraums fällt die Aufgabe zu, diese frei werdende Energie in mechanische Arbeit umzuwandeln.
In seiner Grundstruktur ist der Kolben ein einseitig geschlossener Hohlzylinder mit den Bereichen Kolbenboden mit Ringpartie, Kolbennaben und Schaft. Der Kolbenboden überträgt über die Kolbennaben, den Kolbenbolzen und die Pleuelstange die bei der Verbrennung des Kraftstoff-Luft-Gemischs entstehenden Druckkräfte auf die Kurbelwelle.

Der auf den Kolbenboden wirkende Gasdruck und die oszillierende Massenträgheitskraft, in der Folge Massenkraft genannt, von Kolben und Pleuelstange ergeben zusammen die Kolbenkraft. Durch die Umlenkung der Kolbenkraft in Richtung der Pleuelstange tritt – entsprechend dem Kräfteparallelogramm – eine zusätzliche Komponente der Seitenkraft auch Normalkraft genannt, auf. Diese drückt den Kolbenschaft an die Zylinderlaufbahn. Währende eines Arbeitsspiels ändert die Seitenkraft mehrfach ihre Richtung, wobei der Kolben wegen seines Kolbenspiels von der einen an die andere Seite der Zylinderlaufbahn gedrückt wird.

Kolbenringe

Kolbenringe haben in modernen Motoren drei wichtige Aufgaben:

·       Sie dichten den Verbrennungsraum gegen das Kurbelgehäuse ab.

·       Sie begrenzen und regulieren den Ölverbrauch.

·       Abdichten des Arbeitsraums

·       Sie leiten die vom Kolben bei der Verbrennung aufgenommene Wärme an die gekühlte Zylinderlaufbahn ab.