Motorstempler: Hvordan fungerer de?
Stempler er en grundlæggende del af en stempelforbrændingsmotor. Motorstemplerne medierer energioverførsel mellem forbrændingskammeret og den bevægelige mekanisme, der er forbundet med stemplerne.
Denne artikel vil belyse stemplernes funktion, konstruktion, materiale og hvilke kræfter de skal modstå.
Indholdsfortegnelse
Motorstemplers funktion
Forbrændingsmotorstempler er en af de mest belastede komponenter i en motor. De skal udholde en masse stress forårsaget af meget høje temperaturer (ca. 2000°C eller 3600°F) og stort tryk, som er endnu højere i dieselmotorer end benzinmotorer. Således belastes stemplerne hovedsageligt af trykket og temperaturen.
Krumtapaksel: Hvad er det til, og hvilke kræfter skal det modstå?
Derudover skal forbrændingsmotorens stempler rotere krumtapakslen ved hjælp af forbindelsesstænger og fange gassernes ekspansionstryk med deres overflade. En anden opgave for stemplerne er at adskille forbrændingskammeret fra krumtapakselkammeret.
Stemplerne skal tætne godt, men ikke for meget for at opretholde et mellemrum mellem stempelskørtet og cylindervæggen. Stemplerne skal være mindre end cylinderen (hundredevis af millimeter) - ellers kan de gå i klem eller revne. Dette er på grund af den termiske udvidelse af materialerne.
Se nøje på animationen af stempelbevægelserne ovenfor og læg mærke til et lille mellemrum mellem stempelskørtet og cylindervæggen. To rækker på stemplet repræsenterer stempelringene, som er tættere på væggen end selve stemplet.
Konstruktion af motorstempler
Stemplet i en forbrændingsmotor består af flere dele:
Stempelkrone/hoved
Stempelskørt
Stempelstift
Stempelringe
1. Stempelkrone
Stempelkronen, kendt som stempelhovedet, er overfladen på toppen af stemplet. Det skal modstå meget høje temperaturer og tryk i forbrændingskammeret.
2. Stempelskørt
Stempelskørtet er et stempels cylindriske væg og skal forblive smurt, mens motoren kører, dvs. når stemplet bevæger sig op og ned. For at bevare smøringen er overfladen af stempelskørtet lidt ru.
3. Stempelstift
Stempelstiften er en kort, hul stang, normalt lavet af en højstyrke og hård stållegering. Denne stift forbinder stemplet med plejlstangen og giver også et leje til plejlstangen.
Plejlstang: Hvad er dens funktion?
Stempelstiftens design er afgørende for en motors ydeevne, især i små automobilmotorer med højt omdrejningstal. I disse motorer skal stempelstiften modstå høje belastninger og belastninger, mens den kører ved høje hastigheder.
4. Stempelringe
Stemplet er udstyret med ringe for at forsegle cylinderen og forhindre tab af kompression og olielækage. Stempelringe er placeret i stempelrillerne med en vis frigang for at sikre korrekt stempelskørt og cylindervægssmøring.
Stempelringe: Hvad er deres funktion og typer?
Normalt er to til tre-stempelringe monteret på et stempel. Der er to typer stempelringe:
Kompressionsring - De to øverste ringe (kun én, hvis stemplet kun har to ringe) tætner forbrændingskammeret ved at trykke mod cylindervæggen.
Oliekontrolring - Den nederste ring, kendt som oliekontrolringen, har tre funktioner: styre motorolietilførslen til cylinderen, smøre stempelskørtet og holde den overskydende olie ude af forbrændingskammeret.
Typer af stempler
Der er tre typer stempler, hver med en forskellig form og funktion: flad top, kuppel og skål.
Flad top stempler
Stempler med flad top har en flad topflade, som giver dem mulighed for at skabe mest kraft og producere effektiv forbrænding. De kan dog skabe for meget kompression til mindre forbrændingskamre.
Dome stempler
I stedet for en flad overflade har kuppelformede stempler en kuppel i midten af kronen. Dette design øger kompressionsforholdet, men designet af kuppelstemplet er anderledes. Nogle kuplede stempler lider af langsom forbrænding.
Skål stempler
Skålstempler er det stik modsatte af domestemplerne og har, som navnet antyder, deres top formet som en skål eller et fad med let krøllede yderkanter. Dette design hjælper med at undgå detonation, da det reducerer kompressionsforholdet ved at tilføje det ekstra skålvolumen til kammeret. Disse stempler bruges normalt i turboladede eller superladede motorer.
Stempelhøjdeforskel
Stemplets højde resulterer blandt andet i forskellige egenskaber. Et højt stempel er tungere end et lavt. I højhastighedsmotorer bruges meget kortere stempler end i konventionelle motorer netop på grund af deres lavere vægt.
Benzinmotorer har generelt stempler med kortere slaglængde end dieselmotorer. Derfor fuldfører en benzinmotors stempel normalt sit slag på kortere tid end en dieselmotors stempel. Benzinmotorer har dog lavere effektivitet end dieselmotorer på grund af deres lavere kompressionsforhold.
Ulempen ved meget korte stempler er øget motorolieforbrug, fordi et sådant stempel ikke kan tætne forbrændingskammeret perfekt.
Motorolieklassificering forklaret
Materiale til motorstempler
Stempler er ofte lavet af aluminium, silicium, kobber, nikkel og magnesiumlegering, men andre materialer kan også bruges. Stempler, der bruges i racerløb, er langt mere solide end stemplerne til personbilsmotorer, mens deres vægt er meget lavere for at opnå det høje motoromdrejningstal.