Wie funktioniert ein Hubkolben-Verbrennungsmotor? Drehkolbenmotor Beschreibung Foto Video Geschichte Kolben-Elektromotor.

• sorgt für die Übertragung mechanischer Kräfte auf die Pleuelstange;
• ist für die Abdichtung des Kraftstoffbrennraums verantwortlich;
• sorgt für eine rechtzeitige Abfuhr überschüssiger Wärme aus der Brennkammer

Der Betrieb des Kolbens findet unter schwierigen und in vielerlei Hinsicht gefährlichen Bedingungen statt - bei erhöhten Temperaturbedingungen und erhöhten Belastungen, daher ist es besonders wichtig, dass sich Kolben für Motoren durch Effizienz, Zuverlässigkeit und Verschleißfestigkeit auszeichnen. Aus diesem Grund werden für ihre Herstellung leichte, aber ultrafeste Materialien verwendet - hitzebeständige Aluminium- oder Stahllegierungen. Kolben werden nach zwei Methoden hergestellt - Gießen oder Stanzen.

Kolbendesign

Der Motorkolben hat ein recht einfaches Design, das aus folgenden Teilen besteht:

Volkswagen AG

1. ICE-Kolbenkopf
2. Kolbenbolzen
3. Haltering
4. Chef
5. Pleuelstange
6. Stahleinsatz
7. Kompressionsring zuerst
8. Kompressionsring Sekunde
9. Ölabstreifring

Die Konstruktionsmerkmale des Kolbens hängen in den meisten Fällen vom Motortyp, der Form seines Brennraums und der Art des verwendeten Kraftstoffs ab.

Unterseite

Der Boden kann je nach Funktion eine andere Form haben - flach, konkav und konvex. Der konkave Boden sorgt für eine effizientere Brennkammer, trägt jedoch zu mehr Ablagerungen während der Verbrennung bei. Die konvexe Form des Bodens verbessert die Leistung des Kolbens, verringert aber gleichzeitig die Effizienz des Verbrennungsprozesses des Kraftstoffgemisches in der Kammer.

Kolbenringe

Unterhalb des Bodens befinden sich spezielle Nuten (Nuten) zum Einbau von Kolbenringen. Der Abstand vom Boden bis zum ersten Kompressionsring wird als Feuergürtel bezeichnet.

Kolbenringe sind für eine sichere Verbindung zwischen Zylinder und Kolben verantwortlich. Sie sorgen für zuverlässige Dichtheit durch einen festen Sitz an den Zylinderwänden, der mit einem belastenden Reibungsprozess einhergeht. Motoröl wird verwendet, um die Reibung zu reduzieren. Zur Herstellung von Kolbenringen wird eine Gusseisenlegierung verwendet.

Die Anzahl der Kolbenringe, die in einen Kolben eingebaut werden können, hängt vom verwendeten Motortyp und dessen Einsatzzweck ab. Häufig werden Systeme mit einem Ölabstreifring und zwei Kompressionsringen (erster und zweiter) verbaut.

Ölabstreifring und Kompressionsringe

Der Ölabstreifring sorgt dafür, dass überschüssiges Öl rechtzeitig von den Innenwänden des Zylinders entfernt wird, und die Kompressionsringe verhindern das Eindringen von Gasen in das Kurbelgehäuse.

Der erste Kompressionsring nimmt die meisten Trägheitskräfte während des Kolbenbetriebs auf.

Um die Belastungen bei vielen Motoren zu reduzieren, wird in die Ringnut eine Stahleinlage eingebaut, die die Festigkeit und das Verdichtungsverhältnis des Rings erhöht. Kompressionsringe können in Form eines Trapezes, eines Laufs, eines Kegels mit einem Ausschnitt hergestellt werden.

Der Ölabstreifring ist in den meisten Fällen mit vielen Löchern zum Ölablauf ausgestattet, manchmal mit einem Federspanner.

Kolbenbolzen

Dies ist ein rohrförmiges Teil, das für die zuverlässige Verbindung des Kolbens mit der Pleuelstange verantwortlich ist. Aus Stahllegierung. Beim Einbau des Kolbenbolzens in die Naben wird dieser mit speziellen Sicherungsringen fest fixiert.

Kolben, Kolbenbolzen und Ringe bilden zusammen die sogenannte Kolbengruppe des Motors.

Rock

Der Führungsteil der Kolbenvorrichtung, der in Form eines Kegels oder einer Trommel ausgeführt sein kann. Das Kolbenhemd ist mit zwei Naben zum Anschluss an den Kolbenbolzen ausgestattet.

Um Reibungsverluste zu reduzieren, wird eine dünne Schicht Gleitmittel auf die Oberfläche der Schürze aufgetragen (häufig wird Graphit oder Molybdändisulfid verwendet). Der untere Teil der Schürze ist mit einem Ölabstreifring ausgestattet.

Ein obligatorischer Betrieb einer Kolbenvorrichtung ist ihre Kühlung, die mit folgenden Methoden durchgeführt werden kann:

• Sprühen von Öl durch Löcher in der Pleuelstange oder einer Düse;
• die Bewegung des Öls entlang der Spule im Kolbenkopf;
• Zuführen von Öl in den Bereich der Ringe durch den ringförmigen Kanal;
• Ölnebel

Dichtungsteil

Das Dichtungsteil und der Boden sind in Form eines Kolbenbodens verbunden. In diesem Teil des Geräts befinden sich Kolbenringe - Ölabstreifer und Kompressionsringe. Die Ringkanäle haben kleine Löcher, durch die das Altöl in den Kolben eintritt und dann in das Motorkurbelgehäuse fließt.

Generell ist der Kolben eines Verbrennungsmotors eines der am stärksten belasteten Teile, das starken dynamischen und gleichzeitig thermischen Einflüssen ausgesetzt ist. Dies stellt erhöhte Anforderungen sowohl an die bei der Herstellung von Kolben verwendeten Materialien als auch an die Qualität ihrer Herstellung.

Rotationskolbenmotor (RPD) oder Wankelmotor. Verbrennungsmotor von Felix Wankel 1957 in Zusammenarbeit mit Walter Freude entwickelt. Bei RPD wird die Funktion eines Kolbens von einem dreieckigen (dreieckigen) Rotor übernommen, der Drehbewegungen in einem Hohlraum mit komplexer Form ausführt. Nach der Welle experimenteller Auto- und Motorradmodelle in den 60er und 70er Jahren des 20. Jahrhunderts ging das Interesse an RPDs zurück, obwohl eine Reihe von Unternehmen immer noch daran arbeiteten, das Design des Wankelmotors zu verbessern. Derzeit ist der RPD mit Mazda-Pkw ausgestattet. Der Kreiskolbenmotor findet Anwendung im Modellbau.

Arbeitsprinzip

Die Kraft des Gasdrucks aus dem verbrannten Luft-Kraftstoff-Gemisch treibt den Rotor an, der über Lager auf der Exzenterwelle gelagert ist. Die Bewegung des Rotors relativ zum Motorgehäuse (Stator) erfolgt über ein Paar Zahnräder, von denen eines größer an der Innenfläche des Rotors befestigt ist, das zweite, tragende, kleiner Größe, ist fest mit der Innenfläche der motorseitigen Abdeckung verbunden. Das Zusammenspiel der Zahnräder führt dazu, dass der Rotor kreisförmige exzentrische Bewegungen ausführt und die Kanten mit der Innenfläche der Brennkammer berührt. Dadurch werden zwischen dem Rotor und dem Motorgehäuse drei isolierte Kammern mit variablem Volumen gebildet, in denen die Prozesse der Kompression des Kraftstoff-Luft-Gemisches, seiner Verbrennung, Expansion von Gasen, die Druck auf die Arbeitsfläche des Rotors ausüben und reinigen der Brennkammer aus Abgasen erfolgen. Die Drehbewegung des Rotors wird auf eine Exzenterwelle übertragen, die auf Lagern montiert ist und Drehmoment auf die Übertragungsmechanismen überträgt. So arbeiten im RPD zwei mechanische Paare gleichzeitig: Das erste reguliert die Bewegung des Rotors und besteht aus einem Zahnradpaar; und der zweite wandelt die Kreisbewegung des Rotors in eine Rotation der Exzenterwelle um. Das Übersetzungsverhältnis der Rotor- und Statorräder beträgt 2:3, daher hat der Rotor bei einer vollen Umdrehung der Exzenterwelle Zeit, sich um 120 Grad zu drehen. Bei einer vollständigen Umdrehung des Rotors in jeder der drei von seinen Rändern gebildeten Kammern wird wiederum ein vollständiger Viertaktzyklus der Brennkraftmaschine durchgeführt.
RPD-Schema
1 - Einlassfenster; 2 Austrittsfenster; 3 - Fall; 4 - Brennkammer; 5 - stationäres Getriebe; 6 - Rotor; 7 - Zahnrad; 8 - Welle; 9 - Zündkerze

Vorteile des RPD

Der Hauptvorteil eines Kreiskolbenmotors ist seine einfache Konstruktion. Der RPD hat 35-40 Prozent weniger Teile als ein Viertakt-Kolbenmotor. Dem RPD fehlen Kolben, Pleuel und eine Kurbelwelle. Auch in der „klassischen“ Version des RPD gibt es keinen Gasverteilungsmechanismus. Das Kraftstoff-Luft-Gemisch tritt durch das Einlassfenster, das den Rand des Rotors öffnet, in den Arbeitsraum des Motors ein. Die Abgase werden durch den Auslasskanal abgeführt, der wiederum den Rand des Rotors kreuzt (dies erinnert an die Gasverteilungsvorrichtung eines Zweitakt-Kolbenmotors).
Besonders hervorzuheben ist das Schmiersystem, das in der einfachsten Version des RPD praktisch fehlt. Das Öl wird wie bei einem Zweitakt-Motorradmotor dem Kraftstoff beigemischt. Reibungspaare (vor allem der Rotor und die Arbeitsfläche der Brennkammer) werden durch das Kraftstoff-Luft-Gemisch selbst geschmiert.
Da die Rotormasse klein ist und durch die Masse der Exzenterwellen-Gegengewichte leicht ausgeglichen werden kann, hat der RPD ein niedriges Vibrationsniveau und eine gute Gleichmäßigkeit des Betriebs. Bei Fahrzeugen mit RPD ist es einfacher, den Motor auszuwuchten, da ein minimales Vibrationsniveau erreicht wurde, was sich positiv auf den Komfort des gesamten Fahrzeugs auswirkt. Besonders laufruhig sind Doppelläufermotoren, bei denen die Rotoren selbst schwingungsdämpfende Wuchtausgleicher sind.
Eine weitere attraktive Eigenschaft des RPD ist seine hohe Leistungsdichte bei hohen Drehzahlen der Exzenterwelle. Dies ermöglicht es, bei relativ geringem Kraftstoffverbrauch hervorragende Geschwindigkeitseigenschaften eines Autos mit einer RPD zu erreichen. Geringe Massenträgheit des Rotors und erhöhte Leistungsdichte im Vergleich zu Kolben-Verbrennungsmotoren verbessern die Fahrdynamik.
Schließlich ist ein wichtiger Vorteil des RPD seine geringe Größe. Ein Rotationsmotor ist etwa halb so groß wie ein Kolben-Viertaktmotor gleicher Leistung. Und so können Sie den Platz im Motorraum effizienter nutzen, die Position der Getriebeeinheiten und die Belastung der Vorder- und Hinterachse genauer berechnen.

Nachteile von RAP

Der Hauptnachteil eines Rotationskolbenmotors ist die geringe Effizienz der Abdichtung des Spalts zwischen Rotor und Brennraum. Der RPD-Rotor mit komplexer Form erfordert zuverlässige Dichtungen nicht nur an den Kanten (und davon gibt es vier auf jeder Oberfläche - zwei oben, zwei an den Seitenkanten), sondern auch an der Seitenfläche, die mit den Motorabdeckungen in Kontakt steht . Die Dichtungen sind in diesem Fall als federbelastete Bänder aus hochlegiertem Stahl mit besonders präziser Bearbeitung sowohl der Arbeitsflächen als auch der Enden ausgeführt. Konstruktionsbedingte Toleranzen für Metalldehnungen durch Erwärmung beeinträchtigen deren Eigenschaften - ein Gasdurchbruch an den Endabschnitten der Dichtplatten ist kaum zu vermeiden (bei Kolbenmotoren wird der Labyrintheffekt genutzt, Dichtringe mit Spaltmaßen eingebaut) verschiedene Richtungen).
In den letzten Jahren hat sich die Zuverlässigkeit von Dichtungen dramatisch erhöht. Für die Dichtungen haben die Designer neue Materialien gefunden. Über einen Durchbruch muss jedoch noch nicht gesprochen werden. Dichtungen sind immer noch der Flaschenhals des RPD.
Das komplexe Rotordichtungssystem erfordert eine effektive Schmierung der Reibflächen. RPD verbraucht mehr Öl als ein Viertakt-Kolbenmotor (von 400 Gramm auf 1 Kilogramm pro 1000 Kilometer). Dabei verbrennt das Öl mit dem Kraftstoff, was sich negativ auf die Umweltfreundlichkeit der Motoren auswirkt. In den Abgasen der RPD sind mehr gesundheitsgefährdende Stoffe enthalten als in den Abgasen von Kolbenmotoren.
Auch an die Qualität der im RPD verwendeten Öle werden besondere Anforderungen gestellt. Dies liegt zum einen an der Tendenz zu erhöhtem Verschleiß (aufgrund der großen Fläche der sich berührenden Teile - Rotor und Innenraum des Motors) und zum anderen auf Überhitzung (wiederum aufgrund erhöhter Reibung und aufgrund der geringe Größe des Motors selbst). Für RPD sind unregelmäßige Ölwechsel tödlich – da abrasive Partikel im Altöl den Motorverschleiß und die Motorunterkühlung stark erhöhen. Das Starten eines kalten Motors und eine unzureichende Erwärmung führen dazu, dass im Kontaktbereich der Rotordichtungen mit der Oberfläche des Brennraums und der Seitendeckel wenig Schmierung vorhanden ist. Wenn der Kolbenmotor aufgrund von Überhitzung klemmt, ist die Drehzahl am häufigsten - beim Starten eines kalten Motors (oder beim Fahren bei kaltem Wetter, wenn die Kühlung übermäßig ist).
Im Allgemeinen ist die Betriebstemperatur des RPD höher als die von Hubkolbenmotoren. Der thermisch am stärksten belastete Bereich ist der Brennraum, der ein geringes Volumen und dementsprechend eine erhöhte Temperatur aufweist, was die Zündung des Kraftstoff-Luft-Gemisches erschwert (RPDs neigen aufgrund der verlängerten Form der Brennkammer zu Detonation, was auch auf die Nachteile dieses Triebwerkstyps zurückzuführen ist). Daher die Genauigkeit des RPD für die Qualität der Kerzen. Üblicherweise werden sie paarweise in diese Motoren eingebaut.
Rotationskolbenmotoren mit hervorragenden Leistungs- und Geschwindigkeitseigenschaften sind weniger flexibel (oder weniger elastisch) als Kolbenmotoren. Sie liefern nur bei ausreichend hohen Drehzahlen optimale Leistung, was die Konstrukteure dazu zwingt, RPDs in Kombination mit mehrstufigen Getrieben zu verwenden und die Konstruktion von Automatikgetrieben erschwert. Letztendlich sind RPDs nicht so wirtschaftlich, wie sie theoretisch sein sollten.

Praktische Anwendungen in der Automobilindustrie

RPDs waren in den späten 60er und frühen 70er Jahren des letzten Jahrhunderts am weitesten verbreitet, als das Patent für den Wankelmotor von 11 führenden Automobilherstellern der Welt gekauft wurde.
Im Jahr 1967 brachte die deutsche Firma NSU den serienmäßigen NSU Ro 80 Business-Class-Personenwagen auf den Markt. Dieses Modell wurde 10 Jahre lang produziert und weltweit in einer Menge von 37.204 Exemplaren verkauft. Das Auto war beliebt, aber die Mängel des darin installierten RPD haben am Ende den Ruf dieses wunderbaren Autos verdorben. Vor dem Hintergrund langlebiger Konkurrenten sah das Modell NSU Ro 80 "blass" aus - die Laufleistung vor der Motorüberholung mit den angegebenen 100.000 Kilometern überstieg nicht 50.000.
Die Konzerne Citroen, Mazda, VAZ experimentierten mit RPD. Den größten Erfolg erzielte Mazda, der 1963, vier Jahre vor dem Erscheinen des NSU Ro 80, seinen Pkw mit RPD auf den Markt brachte. Heute stattet Mazda Sportwagen der RX-Serie mit RPD aus. Moderne Mazda RX-8 Autos bleiben von vielen der Nachteile von Felix Wankels RPD verschont. Sie sind recht umweltfreundlich und zuverlässig, obwohl sie unter Autobesitzern und Reparaturspezialisten als "launisch" gelten.

Praktische Anwendung in der Motorradindustrie

In den 70er und 80er Jahren experimentierten einige Motorradhersteller mit RPDs - Hercules, Suzuki und andere. Derzeit wird die Kleinserienproduktion von "rotierenden" Motorrädern nur bei Norton etabliert, das das Modell NRV588 produziert und das Motorrad NRV700 für die Serienproduktion vorbereitet.
Norton NRV588 ist ein Sportmotorrad mit einem Doppelrotormotor mit einem Gesamtvolumen von 588 Kubikzentimetern und einer Leistung von 170 PS. Bei einem Trockengewicht eines Motorrads von 130 kg sieht das Leistungsgewicht eines Sportbikes im wahrsten Sinne des Wortes unerschwinglich aus. Der Motor dieser Maschine ist mit variabler Ansaugung und elektronischer Kraftstoffeinspritzung ausgestattet. Über das Modell NRV700 ist nur bekannt, dass die RPD-Leistung dieses Sportbikes 210 PS erreichen wird.

In der Zylinder-Kolben-Gruppe (ZPG) findet einer der Hauptprozesse statt, durch den der Verbrennungsmotor funktioniert: die Freisetzung von Energie durch Verbrennung des Luft-Kraftstoff-Gemisches, die anschließend in eine mechanische Aktion - die Drehung der Kurbelwelle. Die wichtigste Arbeitskomponente des CPG ist der Kolben. Dank ihm werden die für die Verbrennung des Gemischs erforderlichen Bedingungen geschaffen. Der Kolben ist das erste Bauteil, das an der Umwandlung der aufgenommenen Energie beteiligt ist.

Der Kolben des Motors ist zylindrisch. Es befindet sich in der Zylinderlaufbuchse des Motors, es ist ein bewegliches Element - während des Betriebs bewegt es sich hin und her, wodurch der Kolben zwei Funktionen erfüllt.

1. Bei einer Vorwärtsbewegung verkleinert der Kolben das Brennraumvolumen und verdichtet das für den Verbrennungsprozess notwendige Kraftstoffgemisch (bei Dieselmotoren wird das Gemisch durch seine starke Kompression gezündet).
2. Nach der Zündung des Luft-Kraftstoff-Gemisches im Brennraum steigt der Druck stark an. Um das Volumen zu vergrößern, drückt es den Kolben zurück und macht eine Rückbewegung, die über die Pleuelstange auf die Kurbelwelle übertragen wird.

ENTWURF

Das Gerät des Teils umfasst drei Komponenten:

1. Unterseite.
2. Dichtungsteil.
3. Rock.

Diese Komponenten sind sowohl als einteilige Kolben (die gängigste Option) als auch in Einzelteilen erhältlich.

UNTERSEITE

Der Boden ist die Hauptarbeitsfläche, da die Wände der Auskleidung und der Kopf des Blocks eine Brennkammer bilden, in der das Kraftstoffgemisch verbrannt wird.

Der Hauptparameter des Bodens ist seine Form, die von der Art des Verbrennungsmotors (ICE) und seinen Konstruktionsmerkmalen abhängt.

Bei Zweitaktmotoren werden Kolben mit kugelförmigem Boden verwendet - einem unteren Vorsprung, der die Effizienz beim Befüllen des Brennraums mit einem Gemisch und beim Entfernen von Abgasen erhöht.

Bei Viertakt-Benzinmotoren ist der Boden flach oder konkav. Zusätzlich sind an der Oberfläche technische Aussparungen angebracht - Aussparungen für Ventilteller (eliminieren die Wahrscheinlichkeit einer Kolbenkollision mit dem Ventil), Aussparungen zur Verbesserung der Gemischbildung.

Bei Dieselmotoren sind die Rillen im Boden am maßvollsten und haben eine andere Form. Diese Aussparungen werden als Kolbenbrennkammer bezeichnet und sollen zur besseren Vermischung Turbulenzen im Luft- und Kraftstoffstrom in den Zylinder erzeugen.

Das Dichtteil ist für den Einbau von Spezialringen (Kompressions- und Ölabstreifer) ausgelegt, deren Aufgabe es ist, den Spalt zwischen Kolben und Laufbuchsenwand zu beseitigen und das Eindringen von Arbeitsgasen in den Nebenkolbenraum und Schmierstoffen in die Verbrennung zu verhindern Kammer (diese Faktoren verringern die Effizienz des Motors). Dadurch kann Wärme vom Kolben auf die Laufbuchse übertragen werden.

DICHTUNGSTEIL

Der Dichtungsteil enthält Nuten in der zylindrischen Oberfläche des Kolbens - Nuten, die sich hinter dem Boden befinden, und Brücken zwischen den Nuten. Bei Zweitaktmotoren werden zusätzlich spezielle Einsätze in die Nuten eingelegt, in die die Ringschlösser einrasten. Diese Einsätze sind erforderlich, um zu verhindern, dass sich die Ringe drehen und ihre Verriegelungen in die Einlass- und Auslassöffnungen gelangen, wodurch sie zusammenfallen können.


Der Jumper von der Unterkante zum ersten Ring wird als Kopfland bezeichnet. Dieser Riemen hat die größte Temperaturwirkung, daher wird seine Höhe nach den im Brennraum herrschenden Betriebsbedingungen und dem Material des Kolbens gewählt.

Die Anzahl der Nuten im Dichtungsteil entspricht der Anzahl der Kolbenringe (und sie können von 2 bis 6 verwendet werden). Die gebräuchlichste Ausführung ist mit drei Ringen – zwei Kompressionsringen und einem Ölabstreifer.

In die Nut für den Ölabstreifring sind Bohrungen für den Ölablass eingebracht, der durch den Ring aus der Laufbuchsenwand entfernt wird.

Das Dichtteil bildet zusammen mit dem Boden den Kolbenboden.

ROCK

Der Schaft dient als Führung für den Kolben, verhindert, dass er seine Position relativ zum Zylinder ändert und ermöglicht nur die Hin- und Herbewegung des Teils. Dank dieses Bauteils erfolgt eine bewegliche Verbindung des Kolbens mit der Pleuelstange.

Zur Verbindung werden Löcher in den Schaft zum Einbau des Kolbenbolzens gebohrt. Um die Festigkeit an der Kontaktstelle des Fingers zu erhöhen, werden auf der Innenseite des Rocks spezielle massive Perlen, sogenannte Bosse, angebracht.

Um den Kolbenbolzen im Kolben zu fixieren, sind in den Befestigungslöchern dafür Nuten für Sicherungsringe vorgesehen.

KOLBENTYPEN

In Verbrennungsmotoren werden zwei Arten von Kolben verwendet, die sich in der Konstruktion unterscheiden - einteilig und zusammengesetzt.

Massivteile werden durch Gießen und anschließende Bearbeitung hergestellt. Beim Gießen wird aus Metall ein Rohling hergestellt, dem die allgemeine Form des Teils gegeben wird. Darüber hinaus werden auf Metallbearbeitungsmaschinen Arbeitsflächen im resultierenden Werkstück bearbeitet, Nuten für Ringe geschnitten, technologische Löcher und Nuten hergestellt.

Bei den Komponenten werden Kopf und Schürze getrennt und bei der Montage am Motor zu einer einzigen Struktur zusammengefügt. Außerdem erfolgt die Montage in einem Stück, wenn der Kolben mit der Pleuelstange verbunden ist. Dafür gibt es neben den Kolbenbolzenlöchern im Schaft spezielle Nasen am Kopf.

Der Vorteil von Verbundkolben ist die Möglichkeit, Fertigungsmaterialien zu kombinieren, was die Leistung des Teils erhöht.

HERSTELLUNGSMATERIALIEN

Als Werkstoff für die Herstellung von Vollkolben werden Aluminiumlegierungen verwendet. Teile aus solchen Legierungen zeichnen sich durch geringes Gewicht und gute Wärmeleitfähigkeit aus. Gleichzeitig ist Aluminium jedoch kein hochfestes und hitzebeständiges Material, was die Verwendung von daraus hergestellten Kolben einschränkt.

Gusskolben werden ebenfalls aus Gusseisen hergestellt. Dieses Material ist langlebig und beständig gegen hohe Temperaturen. Ihr Nachteil ist ihre erhebliche Masse und schlechte Wärmeleitfähigkeit, die im Motorbetrieb zu einer starken Erwärmung der Kolben führt. Aus diesem Grund werden sie bei Benzinmotoren nicht verwendet, da die hohe Temperatur eine Glühzündung verursacht (das Luft-Kraftstoff-Gemisch entzündet sich durch Kontakt mit heißen Oberflächen und nicht durch den Funken einer Zündkerze).

Die Konstruktion der Verbundkolben ermöglicht die Kombination der angegebenen Werkstoffe untereinander. Bei solchen Elementen besteht die Schürze aus Aluminiumlegierungen, die eine gute Wärmeleitfähigkeit bieten, und der Kopf besteht aus hitzebeständigem Stahl oder Gusseisen.

Elemente eines zusammengesetzten Typs haben jedoch auch Nachteile, darunter:

• die Fähigkeit, nur in Dieselmotoren zu verwenden;
• mehr Gewicht im Vergleich zu Aluminiumguss;
• die Notwendigkeit, Kolbenringe aus hitzebeständigen Materialien zu verwenden;
• höherer Preis;

Aufgrund dieser Merkmale ist der Einsatzbereich von Verbundkolben begrenzt, sie werden nur bei großen Dieselmotoren eingesetzt.

VIDEO: KOLBEN. FUNKTIONSPRINZIP DES MOTORKOLBENS. GERÄT

Wie oben erwähnt, wird die Wärmeausdehnung in einem Verbrennungsmotor verwendet. Aber wie es angewendet wird und welche Funktion es erfüllt, betrachten wir am Beispiel des Betriebs einer Kolben-Brennkraftmaschine. Ein Motor ist eine Energie-Kraft-Maschine, die jegliche Energie in mechanische Arbeit umwandelt. Motoren, bei denen durch die Umwandlung von thermischer Energie mechanische Arbeit geleistet wird, werden als Thermomotoren bezeichnet. Thermische Energie wird durch die Verbrennung jeglicher Art von Brennstoff gewonnen. Eine Wärmekraftmaschine, bei der ein Teil der chemischen Energie des im Arbeitsraum verbrannten Kraftstoffs in mechanische Energie umgewandelt wird, wird als Kolben-Brennkraftmaschine bezeichnet. (Sowjetisches enzyklopädisches Wörterbuch)

3. 1. Klassifizierung von Verbrennungsmotoren

Wie bereits erwähnt, sind Verbrennungsmotoren, bei denen der Prozess der Kraftstoffverbrennung unter Freisetzung von Wärme und deren Umwandlung in mechanische Arbeit direkt in den Zylindern stattfindet, als Kraftwerke für Autos am weitesten verbreitet. In den meisten modernen Autos sind jedoch Verbrennungsmotoren eingebaut, die nach verschiedenen Kriterien klassifiziert werden: Nach der Methode der Gemischbildung - Motoren mit externer Gemischbildung, bei denen das brennbare Gemisch außerhalb der Zylinder (Vergaser und Gas) aufbereitet wird, und Motoren mit innerer Gemischbildung (das Arbeitsgemisch wird in den Zylindern gebildet) -Diesel; Durch die Ausführung des Arbeitszyklus - Viertakt und Zweitakt; Je nach Anzahl der Zylinder - Einzylinder, Zweizylinder und Mehrzylinder; Je nach Anordnung der Zylinder - Motoren mit vertikaler oder geneigter Zylinderanordnung in einer Reihe, V-förmig mit einer Zylinderanordnung in einem Winkel (bei einer Zylinderanordnung in einem Winkel von 180 wird der Motor als Motor bezeichnet) mit gegenüberliegenden Zylindern oder gegenüberliegend); Nach Kühlmethode - für Motoren mit Flüssigkeits- oder Luftkühlung; Nach der Art des verwendeten Kraftstoffs - Benzin, Diesel, Gas und Multi-Fuel; Nach dem Verdichtungsverhältnis. Je nach Kompressionsgrad unterscheidet man zwischen

Motoren mit hoher (E = 12 ... 18) und niedriger (E = 4 ... 9) Kompression; Durch das Befüllen des Zylinders mit frischer Ladung: a) Saugmotoren, bei denen Luft oder ein brennbares Gemisch aufgrund des Unterdrucks im Zylinder während des Saughubs des Kolbens eingelassen wird;) aufgeladene Motoren, bei denen Luft oder ein brennbares Gemisch wird unter Druck, der vom Kompressor erzeugt wird, in den Arbeitszylinder eingespritzt, um die Ladung zu erhöhen und eine erhöhte Motorleistung zu erzielen; Nach der Rotationsfrequenz: langsam, schnell, schnell; Zweckmäßig werden stationäre Motoren, Autotraktoren, Schiffe, Diesel, Luftfahrt usw.

3.2. Grundlagen der Kolben-Verbrennungsmotoren

Hubkolben-Verbrennungsmotoren bestehen aus Mechanismen und Systemen, die ihre zugewiesenen Funktionen ausführen und miteinander interagieren. Die Hauptteile eines solchen Motors sind der Kurbeltrieb und der Gasverteilungsmechanismus sowie die Stromversorgungs-, Kühl-, Zünd- und Schmiersysteme.

Der Kurbeltrieb wandelt die lineare Hubbewegung des Kolbens in eine Drehbewegung der Kurbelwelle um.

Der Gasverteilungsmechanismus gewährleistet die rechtzeitige Aufnahme des brennbaren Gemischs in den Zylinder und die Entfernung von Verbrennungsprodukten daraus.

Das Antriebssystem ist für die Aufbereitung und Zufuhr eines brennbaren Gemisches in den Zylinder sowie für die Abfuhr von Verbrennungsprodukten ausgelegt.

Das Schmiersystem dient der Ölversorgung der zusammenwirkenden Teile, um die Reibungskraft zu reduzieren und teilweise zu kühlen, gleichzeitig führt die Ölzirkulation zum Abwaschen von Kohleablagerungen und zum Abtransport von Verschleißprodukten.

Das Kühlsystem hält eine normale Betriebstemperatur des Motors aufrecht und sorgt für die Wärmeabfuhr von den Teilen der Zylinder der Kolbengruppe und des Ventilmechanismus, die während der Verbrennung des Arbeitsgemisches sehr heiß sind.

Das Zündsystem ist dafür ausgelegt, das Arbeitsgemisch im Motorzylinder zu zünden.

Ein Viertakt-Kolbenmotor besteht also aus einem Zylinder und einem Kurbelgehäuse, das von unten durch einen Sumpf verschlossen ist. Im Inneren des Zylinders bewegt sich ein Kolben mit Kompressionsringen (Dichtungsringen) in Form eines Glases mit einem Boden im oberen Teil. Der Kolben ist über einen Kolbenbolzen und eine Pleuelstange mit der Kurbelwelle verbunden, die sich in den im Kurbelgehäuse befindlichen Hauptlagern dreht. Die Kurbelwelle besteht aus Hauptzapfen, Wangen und Pleuelzapfen. Zylinder, Kolben, Pleuel und Kurbelwelle bilden den sogenannten Kurbeltrieb. Von oben ist der Zylinder mit einem Kopf mit Ventilen bedeckt, deren Öffnen und Schließen streng auf die Drehung der Kurbelwelle und damit auf die Bewegung des Kolbens abgestimmt ist.

Die Bewegung des Kolbens ist auf zwei Extrempositionen begrenzt, bei denen seine Geschwindigkeit Null ist. Die oberste Position des Kolbens wird als oberer Totpunkt (TDC) bezeichnet, seine unterste Position als unterer Totpunkt (UT).

Die ununterbrochene Bewegung des Kolbens durch den Totpunkt wird durch ein Schwungrad in Form einer Scheibe mit massivem Rand gewährleistet. Die Strecke, die der Kolben vom OT zum UT zurücklegt, wird als Kolbenhub S bezeichnet und entspricht dem doppelten Radius R der Kurbel: S = 2R.

Der Raum über dem Kolbenboden bei OT wird Brennraum genannt; sein Volumen wird mit Vc bezeichnet; der Raum des Zylinders zwischen zwei Totpunkten (UT und OT) wird als Arbeitsvolumen bezeichnet und mit Vh bezeichnet. Die Summe des Brennraumvolumens Vc und des Arbeitsvolumens Vh ergibt das Gesamtvolumen des Zylinders Va: Va = Vc + Vh. Das Arbeitsvolumen des Zylinders (es wird in Kubikzentimetern oder Metern gemessen): Vh = pD ^ 3 * S / 4, wobei D der Zylinderdurchmesser ist. Die Summe aller Arbeitsvolumina der Zylinder eines Mehrzylindermotors wird als Arbeitsvolumen des Motors bezeichnet und wird durch die Formel bestimmt: Vр = (pD ^ 2 * S) / 4 * i, wobei i das ist Anzahl der Zylinder. Das Verhältnis des Gesamtvolumens des Zylinders Va zum Volumen der Brennkammer Vc wird als Verdichtungsverhältnis bezeichnet: E = (Vc + Vh) Vc = Va / Vc = Vh / Vc + 1. Das Verdichtungsverhältnis ist ein wichtiger Parameter für Verbrennungsmotoren, weil wirkt sich stark auf seine Effizienz und Leistung aus.