Teil eines Hubkolbenmotors
Ein Kolbenring ist ein Spaltring, der in eine Nut am Außendurchmesser passt eines Kolbens in einer Hubkolbenmaschine, wie einer Brennkraftmaschine oder einer Dampfmaschine.
Die Hauptfunktionen von Kolbenringen in Hubkolbenmotoren sind:
- Abdichtung der Brennkammer, so dass nur minimale Gasverluste im Kurbelgehäuse entstehen.
- Verbesserung der Wärmeübertragung vom Kolben zur Zylinderwand.
- Aufrechterhaltung der richtigen Menge Öl zwischen Kolben und Zylinder Wand
- Regulieren des Motorölverbrauchs durch Abkratzen von Öl von den Zylinderwänden zurück in den Sumpf. [1]
Der Spalt im Kolbenring komprimiert sich innerhalb der Zylinderbohrung auf einige Tausendstel Zoll. Kolbenringe sind ein wesentlicher Faktor bei der Identifizierung, ob ein Motor ein Zweitakt oder ein Viertakt ist. Drei Kolbenringe deuten darauf hin, dass es sich um einen Viertaktmotor handelt, während zwei Kolbenringe darauf hinweisen, dass es sich um einen Zweitaktmotor handelt. Die meisten Kolbenringe bestehen aus einem sehr harten und etwas spröden Gusseisen.
Geschichte [ edit ]
Der gespaltene Kolbenring wurde von John Ramsbottom erfunden, der 1854 die Vorteile der Institution of Mechanical Engineers berichtete. Er ersetzte bald die bisher verwendeten Hanfpackungen Dampfmaschinen. [2] Die gleichzeitige Verwendung von Kolbenringen reduzierte den Reibungswiderstand, das Austreten von Dampf und die Masse des Kolbens drastisch, was zu erheblichen Leistungs- und Wirkungsgradsteigerungen und längeren Wartungsintervallen führte.
Automobilindustrie [ edit ]
Kolbenringe waren ein Bereich von beträchtlichem Fokus und Entwicklung für Verbrennungsmotoren. Die Anforderungen von Dieselmotoren und kleinen Zweitaktmotoren mit Kolbenantrieb sind besonders schwierig. Kolbenringe können einen erheblichen Anteil der Gesamtreibung im Motor ausmachen, nämlich bis zu 24%. [3][4] Diese hohe Reibung ist das Ergebnis der konstruktiven Kompromisse, die erforderlich sind, um eine gute Abdichtung und eine lange Lebensdauer zu erreichen. Die Abdichtung wird durch mehrere Ringe erreicht, die jeweils ihre eigene Funktion haben und einen Metall-auf-Metall-Gleitkontakt verwenden.
Ringe werden auch gefedert, um diese Kontaktkraft zu erhöhen und eine dichte Abdichtung aufrechtzuerhalten, entweder durch die Steifigkeit des Rings selbst oder durch eine separate Feder hinter dem Dichtungsring. Es ist wichtig, dass Ringe in ihren Nuten innerhalb des Kolbens frei schwimmen, damit sie mit dem Zylinder in Kontakt bleiben können. Ringe, die im Kolben binden, sind in der Regel auf Grund von Ablagerungen von Verbrennungsprodukten oder einem Ausfall des Schmieröls eine häufige Fehlerursache, insbesondere bei Dieselmotoren.
Die Schmierung von Kolbenringen ist schwierig und hat zu einer Verbesserung der Motorölqualität beigetragen. Das Öl muss hohen Temperaturen und harten Bedingungen mit einem Hochgeschwindigkeits-Gleitkontakt standhalten. Die Schmierung ist besonders schwierig, da die Ringe eine oszillierende Bewegung haben und nicht wie bei einem Lagerzapfen kontinuierlich rotieren. An den Grenzen der Kolbenbewegung stoppt der Ring und kehrt die Richtung um. Dies stört den normalen Ölkeileffekt eines hydrodynamischen Lagers, was zu starkem Verschleiß und zur Bildung einer "Stufe" in der Zylinderbohrung um die Höhe des oberen Rings führt. In Anbetracht dessen, dass einige Hülsenventilmotoren weit weniger unter einem solchen Verschleiß leiden, wurden komplexe Konstruktionen, wie beispielsweise eine rotierende Zylinderlaufbuchse, in Betracht gezogen, um dieses Problem zu lösen. [5]
Die meisten Autokolben haben drei Ringe: Die beiden oberen sind, während sie auch Öl kontrollieren, hauptsächlich für die Kompressionsdichtung (Kompressionsringe) gedacht. Inzwischen dient der untere Ring zur Steuerung der Ölzufuhr zur Laufbuchse, die den Kolbenmantel und die Kompressionsringe (Ölkontrollringe) schmiert. Bei den meisten Kolben- und Zylinderkombinationen sind mindestens zwei Kolbenringe vorhanden. Typische Kompressionsringdesigns haben einen im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt oder einen Trapezwinkel (rechtwinklig trapezförmig). Die Peripherie hat dann entweder ein Tonnenprofil (für die oberen Kompressionsringe) oder eine Konus-Napier-Form (für den zweiten Kompressionsring oder Abstreifring). Es gibt auch einige spitz zulaufende obere Ringe, und bei einigen alten Motoren wurden einfache glatte Ringe verwendet.
Es gibt normalerweise drei Arten von Ölabstreifringen:
- einteiliges Gusseisen
- Schraubenfedernguss oder Stahl
- mehrteiliger Stahl
Die gefederten Ölringe und die gusseisernen Ölringe haben im Wesentlichen den gleichen Umfang von Umfangsformen, die aus zwei bestehen Länder verschiedener detaillierter Form. Die mehrteiligen Ölabstreifringe bestehen normalerweise aus zwei Schienen oder Segmenten (dies sind dünne Stahlringe) mit einer Distanzstück-Expanderfeder, die die beiden Schienen voneinander entfernt hält und die radiale Belastung bereitstellt.
Der Kolben sitzt möglicherweise ziemlich lose im Zylinder. Wenn es eng anliegt, dehnt es sich aus, wenn es heiß wird und fest im Zylinder haften bleibt. Wenn ein Kolben festklemmt (festfrisst), kann dies zu schweren Motorschäden führen. Wenn auf der anderen Seite zu viel Spiel zwischen den Kolben- und Zylinderwänden vorhanden ist, führt dies letztendlich zu einer unzureichenden Abdichtung der Kolbenringe gegen die Zylinderwände, so dass ein Großteil des Drucks aus dem brennenden Benzindampf am Kolben vorbeiströmen wird (ein Zustand, der als Blow-by bezeichnet wird) und in das Kurbelgehäuse. In einer solchen Situation wird der Druck auf den Kolben durch die Verbrennung bei der Leistungsabgabe viel weniger effektiv sein.
Verschleiß durch Ringlast an der Bohrung [ edit
Kolbenringe unterliegen einem Verschleiß, wenn sie aufgrund ihrer eigenen Eigenlast und aufgrund ihrer eigenen Belastung die Zylinderbohrung auf und ab bewegen die auf den Ring wirkende Gaslast. Um dies zu minimieren, bestehen sie aus verschleißfesten Materialien wie Gusseisen und Stahl und sind beschichtet oder behandelt, um die Verschleißfestigkeit zu erhöhen.
Bei Zweitaktmotoren ist das Portdesign zusätzlich entscheidend für die Lebensdauer des Rings. In modernen Motorradmotoren werden verschiedene proprietäre Formen verwendet, um die Lebensdauer der Ringe zu maximieren. Beispiele umfassen spezialisierte Öffnungsformen wie sich verjüngende Verzahnungen und die Verwendung verschiedener Kombinationen von Wärmebehandlung und speziellen Beschichtungen, die durch PVD-Verfahren (Physical Vapor Deposition) und andere Techniken aufgebracht werden. Üblicherweise werden Topring- und Ölkontrollringe mit Chrom, [6] oder Nitrided, [7] beschichtet, möglicherweise plasmagespritzt [8] oder mit einer PVD-Keramikbeschichtung (19659036) versehen. Um die Abriebfestigkeit zu verbessern und den Verschleiß weiter zu verbessern, verfügen die meisten modernen Dieselmotoren über Topringe, die mit einer modifizierten Chrombeschichtung (CKS [6] oder GDC), [6] einer Patentbeschichtung von Goetze, die Aluminiumoxid- oder Diamantpartikel enthält, beschichtet sind Chromoberfläche. Der untere Ölabstreifring lässt beim Absenken des Kolbens einen wenige Mikrometer dicken Schmierölfilm auf der Bohrung zurück. Dreiteilige Ölringe, d. H. Mit zwei Schienen und einem Abstandshalter, werden für Viertakt-Benzinmotoren verwendet.
Einbau neuer Kolbenringe [ edit ]
A) Rechteckschnitt
B) Lauffläche
C) Keystone [)
D) Torsionsverdrehung
E) Konusfläche
F) Dykes
Was sich auch für die Art des Haltebands unterscheidet:
Y) Hinterband
X) Ober- oder Unterband
Oder für die Zwecke, die ohne festen Stopp funktionieren:
K) Step
J) Oblique
W) Oblique mit Step (es gibt verschiedene Variationen)
Beim Einsetzen neuer Kolbenringe oder beim Brechen Innerhalb eines Motors ist der Endabstand ein entscheidendes Maß. Damit ein Ring in die "Nuten" des Kolbens eingesetzt werden kann, ist er nicht durchgehend, sondern ist an einem Punkt an seinem Umfang gebrochen. Der Ringspalt kann überprüft werden, indem der Ring in die Bohrung / Einlage (rechtwinklig zur Bohrung) eingesetzt und mit einer Fühlerlehre gemessen wird. Der Endspalt sollte innerhalb der empfohlenen Grenzen für die Bohrungsgröße und die vorgesehene "Belastung" des Motors liegen. Da sich Metalle mit einem Temperaturanstieg ausdehnen, kann ein zu kleiner Spalt zu Überlappungen oder Biegungen führen, wenn sie unter heißen Betriebsbedingungen (Rennen, schwere Lasten, Abschleppen) eingesetzt werden, und selbst bei normalen Temperaturen kann ein zu kleiner Ringspalt zu einem Ringspalt führen Schließung, Ringbruch, Bohrungsschaden und mögliches Ergreifen des Kolbens. Ein zu großer Spalt kann zu einer unannehmbaren Kompression und zu hohen Mengen an Blow-by-Gasen oder Ölverbrauch führen. Wenn der Kolbenspalt in einer gebrauchten Bohrung gemessen wird, kann dies dazu dienen, entweder übermäßigen Bohrungsverschleiß oder Ringverschleiß oder eine Kombination beider Arten von Verschleiß anzuzeigen. (Die radiale Abnutzung der Ringfläche verringert die effektive Dicke des verwendeten / abgenutzten Rings, wodurch der Umfang der Fläche des Rings wesentlich verringert wird. Dadurch wird der Endspalt des Rings vergrößert.)
Es wird als bewährte Praxis angesehen, einen neuen Motor mit um den Umfang der Bohrung gestaffelten Ringspalten zu bauen. Dies bedeutet, dass entweichendes Gas ein Labyrinth überwinden muss, bevor es an den Ringen vorbeigehen kann. Während der Motor läuft, neigen die Ringe jedoch dazu, sich um den Kolben zu drehen und bleiben nicht in der montierten Position. Viele Ringe bleiben dann willkürlich an einer Stelle und bleiben dort für die Lebensdauer des Motors. Aus diesem Grund kann die Ringposition während des Baus nicht als wichtig erachtet werden, obwohl sich die meisten Motorenbauer beim Anbringen eines Motors mit ausgerichteten Lücken unbequem fühlen würden.
Wenn neue Ringe an einen gebrauchten Motor montiert werden, werden manchmal spezielle "First Dodger" -Ringe für den oberen Kompressionsring verwendet, um die Kompression und den Ölverbrauch zu verbessern, ohne den Zylinder aufzubohren. Diese haben eine kleine Stufe aus Eisen, die vom oberen Abschnitt entfernt wurde, um zu vermeiden, dass Kontakt mit Verschleißkanten an der Oberseite des Zylinders besteht, die einen herkömmlichen Ring beschädigen könnten. Diese werden jedoch nicht allgemein empfohlen, da sie normalerweise nicht erforderlich sind und einen geringeren Ölverbrauch verursachen können. Eine akzeptablere Methode besteht darin, die Verschleißkante mit einem "Kammreibahle" zu entfernen, bevor die Bohrung leicht gehont wird, um neue Ringe aufzunehmen. Wenn der "Grat" gemessen wird, ist er im Allgemeinen offensichtlich, dass es sich nicht wirklich um einen Grat handelt, sondern um einen relativ lokalen Hohlraum, der durch den oberen Ring in der Nähe des Ringumkehrpunkts verursacht wird. Die Oberkante dieses Hohlraums hat die Form einer "Rampe" von etwa 2 mm Länge vom maximalen Verschleiß bis zum Nullpunkt. In diesem Fall gibt es eigentlich keinen Kamm, auf den Sie schlagen können, sodass nur ein leichtes Honen erforderlich ist.
Während der Motormontage wird ein Kolbenringkompressor verwendet, um die Ringe gleichmäßig lange genug zu drücken, um den Kolben in den Zylinder zu schieben.
Ringe sind kein sehr teures Teil, aber das Anbringen neuer Ringe ist bei den meisten Motoren sehr teuer. Dies liegt daran, dass der Mechaniker einen großen Teil des Motors demontieren muss, damit er montiert werden kann, sodass die Arbeitskosten der Hauptfaktor sind. Bei einigen einfachen Motoren, z. B. leichten Zweitaktmotoren, die in Motorrädern zu finden sind, ist der Kolbenringwechsel im Allgemeinen unkompliziert und relativ schnell.
No comments:
Post a Comment