2024 Autor: Erin Ralphs | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-02-19 13:27
Der Kolben ist eines der Elemente des Kurbeltriebs, auf dem das Funktionsprinzip vieler Verbrennungsmotoren basiert. Dieser Artikel beschreibt das Design und die Funktionen dieser Teile.
Definition
Ein Kolben ist ein Teil, das in einem Zylinder hin- und hergehende Bewegungen ausführt und für die Umwandlung von Gasdruckänderungen in mechanische Arbeit sorgt.
Ziel
Unter Beteiligung dieser Teile wird der thermodynamische Prozess des Motors realisiert. Da der Kolben eines der Elemente des Kurbeltriebs ist, nimmt er den von den Gasen erzeugten Druck wahr und überträgt die Kraft auf die Pleuelstange. Außerdem sorgt es für die Abdichtung des Brennraums und dessen Wärmeabfuhr.
Design
Der Kolben ist ein dreiteiliges Teil, d. h. sein Design umfasst drei Komponenten, die unterschiedliche Funktionen erfüllen, und zwei Teile: den Kopf, der den unteren und den Dichtungsteil kombiniert, und den Führungsteil, dargestellt durch den Rock.
Unten
Kann anders seinForm von vielen Faktoren abhängig. Beispielsweise wird die Konfiguration des Kolbenbodens eines Verbrennungsmotors durch die Position anderer Strukturelemente wie Düsen, Kerzen, Ventile, die Form der Brennkammer und die Merkmale der darin ablaufenden Prozesse bestimmt. die Gesamtkonstruktion des Motors usw. In jedem Fall bestimmt es die Betriebseigenschaften.
Es gibt zwei Hauptarten der Kolbenbodenkonfiguration: konvex und konkav. Die erste bietet eine größere Festigkeit, verschlechtert jedoch die Konfiguration der Brennkammer. Bei einem konkaven Boden hat der Brennraum dagegen eine optimale Form, aber Kohlenstoffablagerungen werden intensiver abgelagert. Weniger häufig (bei Zweitaktmotoren) gibt es Kolben mit einem Boden, der durch einen Reflektorvorsprung dargestellt wird. Dies ist beim Blasen für die gerichtete Bewegung von Verbrennungsprodukten erforderlich. Teile von Benzinmotoren haben normalerweise einen flachen oder fast flachen Boden. Manchmal haben sie Rillen, um die Ventile vollständig zu öffnen. Bei Motoren mit Direkteinspritzung zeichnen sich die Kolben durch eine komplexere Konfiguration aus. Bei Dieselmotoren zeichnen sie sich durch das Vorhandensein einer Brennkammer im Boden aus, die für einen guten Drall sorgt und die Gemischbildung verbessert.
Die meisten Kolben sind einseitig, obwohl es auch doppelseitige Versionen mit zwei Böden gibt.
Der Abstand zwischen der Nut des ersten Kompressionsrings und dem Boden wird als Zündzone des Kolbens bezeichnet. Der Wert seiner Höhe ist sehr wichtig, was für Teile aus verschiedenen Materialien unterschiedlich ist. In jedem Fall ist die Höhe des Feuerrings darüber hinausdie grenzen des minimal zulässigen werts können zum durchbrennen des kolbens und zu einer verformung des sitzes des oberen verdichtungsrings führen.
Teil versiegeln
Hier sind Ölabstreif- und Verdichtungsringe. Bei Teilen des ersten Typs haben die Kanäle Durchgangslöcher, damit das von der Oberfläche des Zylinders entfernte Öl in den Kolben eintritt, von wo es in die Ölwanne eintritt. Einige haben einen Edelstahlrand mit einer Nut für den oberen Kompressionsring.
Kolbenringe aus Gusseisen dienen dazu, eine Passung zwischen Kolben und Zylinder herzustellen. Daher sind sie die Quelle der größten Reibung im Motor, deren Verluste 25 % der gesamten mechanischen Verluste im Motor ausmachen. Anzahl und Anordnung der Ringe richten sich nach Art und Einsatzzweck des Motors. Am häufigsten werden 2 Kompressionsringe und 1 Ölabstreifring verwendet.
Verdichtungsringe haben die Aufgabe, das Eindringen von Gasen aus dem Brennraum in das Kurbelgehäuse zu verhindern. Die größten Lasten fallen auf den ersten von ihnen, daher ist seine Nut bei einigen Motoren mit einem Stahleinsatz verstärkt. Kompressionsringe können trapezförmig, konisch, tonnenförmig sein. Einige von ihnen haben einen Ausschnitt.
Der Ölabstreifring dient dazu, überschüssiges Öl aus dem Zylinder zu entfernen und verhindert, dass es in den Brennraum gelangt. Dafür hat er Löcher. Einige Varianten haben einen Federexpander.
Führungsteil (Rock)
Hat eine tonnenförmige (krummlinige) oder konische Form, um die Wärmeausdehnung auszugleichen. Auf ihrfür den kolbenbolzen sind zwei nasen vorhanden. In diesen Bereichen hat der Rock die größte Masse. Außerdem werden beim Erhitzen die größten Temperaturverformungen beobachtet. Um sie zu reduzieren, werden verschiedene Maßnahmen angewendet. Am unteren Rand der Schürze befindet sich möglicherweise ein Ölabstreifring.
Um die Kraft vom Kolben oder auf ihn zu übertragen, wird meistens eine Kurbel oder eine Stange verwendet. Der Kolbenbolzen dient dazu, dieses Teil mit ihnen zu verbinden. Es besteht aus Stahl, hat eine Rohrform und kann auf verschiedene Arten installiert werden. Am häufigsten wird ein schwimmender Finger verwendet, der während des Betriebs gedreht werden kann. Um ein Verschieben zu verhindern, wird es mit Sicherungsringen fixiert. Starre Befestigungen werden viel seltener verwendet. Die Stange dient in manchen Fällen als Führung und ersetzt den Kolbenschaft.
Materialien
Der Motorkolben kann aus verschiedenen Materialien bestehen. In jedem Fall müssen sie Eigenschaften wie hohe Festigkeit, gute Wärmeleitfähigkeit, Gleiteigenschaften, Korrosionsbeständigkeit und einen niedrigen linearen Ausdehnungskoeffizienten und eine geringe Dichte aufweisen. Zur Herstellung von Kolben werden Aluminiumlegierungen und Gusseisen verwendet.
Gusseisen
Es zeichnet sich durch hohe Festigkeit, Verschleißfestigkeit und einen niedrigen linearen Ausdehnungskoeffizienten aus. Die letztgenannte Eigenschaft ermöglicht es solchen Kolben, mit engem Spiel zu arbeiten, wodurch eine gute Zylinderabdichtung erreicht wird. Aufgrund des erheblichen spezifischen Gewichts werden Gusseisenteile jedoch nur in solchen Motoren verwendet, in denen die hin- und hergehenden Massen Kräfte habenTrägheit, die nicht mehr als ein Sechstel der Druckkräfte auf den Boden des Gaskolbens ausmacht. Darüber hinaus erreicht die Erwärmung des Bodens von Gusseisenteilen während des Motorbetriebs aufgrund der geringen Wärmeleitfähigkeit 350-450 ° C, was insbesondere für Vergaseroptionen unerwünscht ist, da dies zu einer Glühzündung führt.
Aluminium
Dieses Material wird am häufigsten für Kolben verwendet. Dies ist auf das geringe spezifische Gewicht (Aluminiumteile sind 30% leichter als Gusseisenteile) und die hohe Wärmeleitfähigkeit (3-4 mal höher als die von Gusseisen) zurückzuführen, die dafür sorgt, dass der Boden auf nicht mehr als 250 ° erhitzt wird C, was es ermöglicht, das Verdichtungsverhältnis zu erhöhen und eine bessere Füllung der Zylinder sowie hohe Gleiteigenschaften zu erzielen. Gleichzeitig hat Aluminium einen doppelt so großen linearen Ausdehnungskoeffizienten wie Gusseisen, was dazu führt, dass große Lücken mit den Zylinderwänden gemacht werden müssen, dh die Abmessungen von Aluminiumkolben sind kleiner als die von Gusseisen identische Zylinder. Darüber hinaus haben solche Teile eine geringere Festigkeit, insbesondere beim Erhitzen (bei 300 ° C nimmt sie um 50-55% ab, während sie bei Gusseisen um 10% abnimmt).
Zur Verringerung der Reibung sind die Kolbenwände mit einem Gleitmaterial beschichtet, das als Graphit und Molybdändisulfid verwendet wird.
Heizung
Wie bereits erwähnt, können sich Kolben während des Motorbetriebs auf 250-450 °C erhitzen. Daher müssen Maßnahmen ergriffen werden, die sowohl die Erwärmung reduzieren als auch die dadurch verursachte Wärmeausdehnung kompensieren. Details.
Zur Kühlung der Kolben wird Öl verwendet, das ihnen auf verschiedene Weise zugeführt wird: Sie erzeugen einen Ölnebel im Zylinder, sprühen ihn durch ein Loch in der Pleuelstange oder spritzen ihn mit einer Düse in den Ringkanal, zirkulieren durch die Rohrwendel im Kolbenboden.
Um Temperaturverformungen in den Bereichen der Gezeiten auszugleichen, werden die Schürzen auf beiden Seiten des Metalls 0,5-1,5 mm tief in Form von U- oder T-förmigen Schlitzen gedreht. Eine solche Maßnahme verbessert die Schmierung und verhindert das Auftreten von Riefen durch Temperaturverformungen, daher werden diese Aussparungen als Kühlschränke bezeichnet. Sie werden in Kombination mit einem konischen oder tonnenförmigen Schaft verwendet. Dies kompensiert seine lineare Ausdehnung aufgrund der Tatsache, dass die Schürze bei Erwärmung eine zylindrische Form annimmt. Zusätzlich werden Ausgleichseinsätze eingesetzt, damit der Kolbendurchmesser in der Schwenkebene des Pleuels eine begrenzte Wärmeausdehnung erfährt. Es ist auch möglich, den Führungsteil von dem Kopf zu isolieren, der die meiste Hitze erfährt. Abschließend erh alten die Rockwände federnde Eigenschaften, indem sie über ihre gesamte Länge einen schrägen Schnitt anbringen.
Produktionstechnik
Je nach Herstellungsverfahren werden Kolben in gegossene und geschmiedete (gestanzte) Kolben unterteilt. Teile des ersten Typs werden bei den meisten Autos verwendet, und beim Tuning werden Kolben durch geschmiedete ersetzt. Geschmiedete Optionen zeichnen sich durch erhöhte Festigkeit und H altbarkeit sowie ein geringeres Gewicht aus. Daher erhöht der Einbau von Kolben dieses Typs die Zuverlässigkeit und Leistung des Motors. Dies ist besonders wichtig für Motoren, die unter erhöhten Bedingungen betrieben werdenLasten, während Gussteile für den täglichen Gebrauch ausreichen.
Bewerbung
Der Kolben ist ein Multifunktionsteil. Daher wird es nicht nur in Motoren eingesetzt. Zum Beispiel gibt es einen Bremssattelkolben, da er ähnlich funktioniert. Außerdem wird der Kurbelmechanismus bei einigen Modellen von Kompressoren, Pumpen und anderen Geräten verwendet.
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