Kolben sind ein grundlegender Bestandteil eines Kolbenverbrennungsmotors. Die Motorkolben vermitteln die Energieübertragung zwischen der Verbrennungskammer und dem mit den Kolben verbundenen Bewegungsmechanismus.

Dieser Artikel beleuchtet die Funktion, den Aufbau, das Material und die Kräfte, denen Kolben standhalten müssen.

Funktion der Motorkolben

Kolben von Verbrennungsmotoren gehören zu den am stärksten beanspruchten Bauteilen in einem Motor. Sie müssen hohen Belastungen durch sehr hohe Temperaturen (ca. 2000 °C oder 3600 °F) und hohen Druck standhalten, der bei Dieselmotoren sogar höher ist als bei Benzinmotoren. Dadurch werden die Kolben hauptsächlich durch Druck und Temperatur belastet.

Article associé - 

Kurbelwelle: Wozu dient sie und welchen Kräften muss sie standhalten?

Außerdem müssen die Kolben des Verbrennungsmotors mit Hilfe von Pleueln die Kurbelwelle drehen und mit ihrer Oberfläche den Expansionsdruck der Gase aufnehmen. Eine weitere Aufgabe der Kolben ist es, den Brennraum vom Kurbelwellenraum zu trennen.

Die Kolben müssen gut, aber nicht zu stark abdichten, um einen Spalt zwischen Kolbenschaft und Zylinderwand zu erhalten. Die Kolben müssen kleiner sein als der Zylinder (Hunderte Millimeter) – sonst könnten sie festfressen oder reißen. Dies liegt an der Wärmeausdehnung der Materialien.

Sehen Sie sich die obige Animation der Kolbenbewegungen genau an und bemerken Sie einen winzigen Spalt zwischen dem Kolbenmantel 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

• Kolbenschürze

• Kolbenbolzen oder Kolbenbolzen

• Kolbenringe

1. Kolbenboden

Der Kolbenboden, auch als Kolbenkopf bekannt, ist die Oberfläche auf dem Kolben. Es muss sehr hohen Temperaturen und Drücken in der Brennkammer standhalten.

2. Kolbenschürze

Der Kolbenmantel 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 ist ein kurzer, hohler Stab, der normalerweise aus einer hochfesten und harten Stahllegierung besteht. Dieser Stift verbindet den Kolben mit der Pleuelstange und dient auch als Lager für die Pleuelstange.

Article associé - 

Pleuel: Was ist seine Funktion?

Das Design des Kolbenbolzens ist entscheidend für die Leistung eines Motors, insbesondere bei kleinen, hochdrehenden Automotoren. 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 Ölleckagen zu verhindern. Kolbenringe werden mit einem gewissen Spiel in die Kolbennuten eingesetzt, um eine ordnungsgemäße Schmierung des Kolbenschafts und der Zylinderwände zu gewährleisten.

Article associé - 

Kolbenringe: Was sind ihre Funktion und Arten?

Üblicherweise werden zwei bis drei Kolbenringe auf einem Kolben montiert. Es gibt zwei Arten von Kolbenringen:

• Kompressionsring - Die beiden oberen Ringe (nur einer, falls der Kolben nur zwei Ringe hat) dichten den Brennraum ab, indem sie gegen die Zylinderwand drücken.

• Ölabstreifring – Der untere Ring, bekannt als Ölabstreifring, hat drei Funktionen: Er steuert die Motorölzufuhr zum Zylinder, schmiert den Kolbenschaft und hält überschüssiges Öl aus dem Brennraum fern.

Arten von Kolben

Es gibt drei Arten von Kolben mit jeweils unterschiedlicher Form und Funktion: Flat-Top, Dome und Dish.

Flat-Top-Kolben

Flat-Top-Kolben haben eine flache Oberfläche, die es ihnen ermöglicht, die meiste Kraft zu erzeugen und eine effiziente Verbrennung zu erzeugen. Sie können jedoch für kleinere Brennräume zu viel Kompression erzeugen.

Kuppelkolben

Anstelle einer ebenen Fläche haben kuppelförmige Kolben eine Kuppel in der Mitte des Bodens. Dieses Design erhöht das Verdichtungsverhältnis, aber das Design des Domkolbens ist anders. Einige gewölbte Kolben leiden unter langsamem Brennen.

Schüsselkolben

Schüsselkolben sind das genaue Gegenteil der Kuppelkolben und haben, wie der Name schon sagt, eine schüssel- oder schüsselförmige Oberseite mit leicht gewölbten Außenkanten. Dieses Design hilft, eine Detonation zu vermeiden, da es das Kompressionsverhältnis reduziert, indem es das zusätzliche Schalenvolumen zur Kammer hinzufügt. Diese Kolben werden üblicherweise in Turbo- oder Kompressormotoren verwendet.

Unterschied 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 wegen des geringeren Gewichts deutlich kürzere Kolben eingesetzt als bei konventionellen Motoren.

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. Benzinmotoren haben jedoch aufgrund ihrer niedrigeren 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.

Article associé - 

Motoröl-Spezifikationen: Was müssen Sie wissen?

Material der Motorkolben

Kolben bestehen häufig aus Aluminium-, Silizium-, Kupfer-, Nickel- und Magnesiumlegierungen, aber es können auch andere Materialien verwendet werden. Im Rennsport eingesetzte Kolben sind wesentlich stabiler als die Kolben für Pkw-Motoren, während ihr Gewicht deutlich geringer ist, um die hohe Motordrehzahl zu erreichen.

Um eine bessere Vorstellung davon zu bekommen, wie das alles funktioniert, sehen Sie sich das folgende Video an: