Motorkolben: Wie funktionieren sie?
Kolben sind ein wesentlicher Bestandteil eines Kolbenverbrennungsmotors. Die Motorkolben vermitteln die Energieübertragung zwischen der Brennkammer und dem mit den Kolben verbundenen Bewegungsmechanismus.
Dieser Artikel beleuchtet die Funktion, den Aufbau, das Material und die Kräfte, denen Kolben standhalten müssen.
Inhalt
Funktion der Motorkolben
Kolben von Verbrennungsmotoren gehören zu den am stärksten beanspruchten Bauteilen eines Motors. Sie müssen einer hohen Belastung durch sehr hohe Temperaturen (ca. 2000°C oder 3600°F) und hohen Druck standhalten, der bei Dieselmotoren sogar noch höher ist als Benzinmotoren. Somit werden die Kolben hauptsächlich durch Druck und Temperatur beansprucht.
Kurbelwelle: Wozu dient sie und welchen Kräften muss sie standhalten?
Darüber hinaus müssen die Kolben des Verbrennungsmotors mit Hilfe von Pleueln die Kurbelwelle drehen und mit ihrer Oberfläche den Expansionsdruck der Gase auffangen. Eine weitere Aufgabe der Kolben besteht darin, den Brennraum vom Kurbelwellenraum zu trennen.
Die Kolben müssen gut abdichten, aber nicht zu stark, um einen Spalt zwischen dem Kolbenschaft und der Zylinderwand aufrechtzuerhalten. Die Kolben müssen kleiner als der Zylinder sein (Hunderte von Millimetern), sonst könnten sie festfressen oder platzen. Dies liegt an der thermischen Ausdehnung der Materialien.
Schauen Sie sich die Animation der Kolbenbewegungen oben genau an und bemerken Sie einen winzigen Spalt zwischen dem Kolbenhemd und der Zylinderwand. Zwei Reihen auf dem Kolben stellen die Kolbenringe dar, die näher an der Wand liegen als der Kolben selbst.
Konstruktion von Motorkolben
Der Kolben eines Verbrennungsmotors besteht aus mehreren Teilen:
- Kolbenboden/-kopf
- Kolbenschaft
- Kolbenbolzen oder Kolbenbolzen
- Kolbenringe
1. Kolbenboden
Der Kolbenboden, auch Kolbenkopf genannt, ist die Oberfläche auf dem Kolben. Es muss sehr hohen Temperaturen und Drücken in der Brennkammer standhalten.
2. Kolbenmantel
Der Kolbenschaft ist die zylindrische Wand eines Kolbens und muss geschmiert bleiben, während der Motor läuft, d. h. wenn sich der Kolben auf und ab bewegt. Um die Schmierung aufrechtzuerhalten, ist die Oberfläche des Kolbenschafts leicht rau.
3. Kolbenbolzen
Der Kolbenbolzen wird als Kolbenbolzen oder Kolbenbolzen bezeichnet. Es handelt sich um einen kurzen, hohlen Stab, der meist aus einer hochfesten und harten Stahllegierung besteht. Dieser Stift verbindet den Kolben mit der Pleuelstange und dient gleichzeitig als Lagerung für die Pleuelstange.
Pleuel: Welche Funktion hat es?
Das Design des Kolbenbolzens ist entscheidend für die Leistung eines Motors, insbesondere bei kleinen, hochdrehenden Automobilmotoren. Bei diesen Motoren muss der Kolbenbolzen bei hohen Drehzahlen hohen Belastungen und Belastungen standhalten.
4. Kolbenringe
Der Kolben ist mit Ringen ausgestattet, um den Zylinder abzudichten und Kompressionsverlust und Öllecks zu verhindern. Kolbenringe werden mit einem bestimmten Spiel in die Kolbennuten eingesetzt, um eine ordnungsgemäße Schmierung des Kolbenmantels und der Zylinderwände sicherzustellen.
Kolbenringe: Welche Funktion und Art haben sie?
Normalerweise werden zwei bis drei Kolbenringe auf einem Kolben montiert. Es gibt zwei Arten von Kolbenringen:
- Kompressionsring – Die beiden oberen Ringe (nur einer, wenn der Kolben nur zwei Ringe hat) dichten den Brennraum ab, indem sie gegen die Zylinderwand drücken.
- Ölabstreifring – Der untere Ring, auch Ölabstreifring genannt, hat drei Funktionen: die Motorölzufuhr zum Zylinder steuern, den Kolbenmantel schmieren und überschüssiges Öl fernhalten der Brennkammer.
![[Kolben]: A - Kühlraum; B - Ölversorgungskanal](https://autoride.fra1.cdn.digitaloceanspaces.com/assets/1c0c8d6e-2da6-4caf-9945-258b4d55ad0a/origin.png)
Arten von Kolben
Es gibt drei Arten von Kolben mit jeweils unterschiedlicher Form und Funktion: Flachkolben, Kuppelkolben und Tellerkolben.
Flache Kolben
Flat-Top-Kolben haben eine flache Oberfläche, wodurch sie die größte Kraft erzeugen und eine effiziente Verbrennung erzeugen können. Allerdings können sie bei kleineren Brennräumen zu viel Kompression erzeugen.
Kuppelkolben
Kuppelkolben hingegen sprudeln in der Mitte wie auf der Oberseite eines Stadions, wodurch die Oberfläche, die auf der Oberseite des Kolbens zur Verfügung steht, vergrößert wird. Dieses Design erhöht das Kompressionsverhältnis, obwohl das Design des Kuppelkolbens variieren kann. Einige der Domkolben leiden unter langsamem Abbrennen.
Schüsselkolben
Schüsselkolben sind das Gegenstück zu Kuppelkolben und haben, wie der Name schon sagt, die Form einer Schüssel oder Schale mit leicht gewellten Außenkanten. Dieses Design hilft, eine Detonation zu vermeiden, da es das Kompressionsverhältnis verringert, indem der Kammer ein zusätzliches Trommelvolumen hinzugefügt wird. Diese Kolben werden üblicherweise in Turbo- oder Kompressormotoren verwendet.
Unterschiedliche Kolbenhöhe
Unter anderem durch die Höhe des Kolbens ergeben sich unterschiedliche Eigenschaften. Ein hoher Kolben ist schwerer als ein niedriger. Bei schnelllaufenden Motoren werden gerade aufgrund des geringeren Gewichts wesentlich kürzere Kolben als bei herkömmlichen Motoren verwendet.
Benzinmotoren haben im Allgemeinen Kolben mit kürzeren Hüben als Dieselmotoren. Daher beendet der Kolben eines Benzinmotors seinen Hub normalerweise in kürzerer Zeit als der Kolben eines Dieselmotors. Allerdings haben Benzinmotoren aufgrund ihrer geringeren Verdichtungsverhältnisse einen geringeren Wirkungsgrad als Dieselmotoren.
Der Nachteil sehr kurzer Kolben ist ein erhöhter Motorölverbrauch, da ein solcher Kolben den Brennraum nicht perfekt abdichten kann.
Motorölklassifizierung erklärt
Material der Motorkolben
Kolben bestehen häufig aus Aluminium-, Silizium-, Kupfer-, Nickel- und Magnesiumlegierungen, es können jedoch auch andere Materialien verwendet werden. Im Rennsport eingesetzte Kolben sind weitaus stabiler als die Kolben für Pkw-Motoren, gleichzeitig ist ihr Gewicht deutlich geringer, um die hohen Motordrehzahlen zu erreichen.