Detaillierte Analyse: Zylinder, Kolben, Kurbelwelle und Motorschmierung

Zylinderblock, Kolben und Ringe

1. Herstellung und Zylinderblock

Blöcke bestehen aus Gusseisen oder Leichtmetall. Gusseisen (aus Lamellengraphit) ist ein Material mit hoher mechanischer Festigkeit, aber sehr schwer. Die Aluminiumlegierung wird mit Silizium gebildet. Die Zylinderlaufbuchsen (Hemden/Camisas) bestehen in der Regel aus Grauguss.

2. Typen der Zylinder

• Integraler Block: Der Zylinder befindet sich direkt im Blockmaterial und besitzt keine Laufbuchsen.
• Trockene Laufbuchse (Camisa trocken): Dünnwandige Zylinder, die durch Presspassung in die Blocköffnungen montiert werden.
• Nasse Laufbuchse (Camisa nass): Stehen in direktem Kontakt mit dem Kühlwasser (Hydraulikzylinder). Sie sind abnehmbar und müssen korrekt eingestellt werden.

3. Ursachen für Zylinderverschleiß

Ursachen für Zylinderverschleiß sind:

• Kaltstart.
• Nichteinhaltung der empfohlenen Öl- und Filterwechselintervalle.
• Motorbetriebsbedingungen in Umgebungen mit viel atmosphärischem Staub.
• Verwendung hoher Motordrehzahlen.

Diese Faktoren erzeugen ovale und konische Abnutzung am Zylinder. Aufgrund dieses Verschleißes verringert sich die Kompression, was die Motorleistung reduziert und den Öl- und Kraftstoffverbrauch erhöht.

4. Zylinderverschleißmuster

Das obere Ende des Zylinders leidet am meisten unter Verschleiß, da dort die größten Kräfte auf den Kolben wirken. Zudem ist die Schmierung im oberen Totpunkt (OT) gering und die Temperaturen sind sehr hoch.

5. Kolben (Funktion)

Die Aufgabe des Kolbens ist es:

• Die durch die Verbrennung der Gase erzeugte Kraft über den Pleuelstangenbolzen auf die Pleuelstange zu übertragen.
• Zu verhindern, dass Öl in den Brennraum gelangt.
• Gasleckagen in das Kurbelgehäuse zu verhindern.
• Die Verbrennungswärme zur Ableitung an das Kühlsystem zu übertragen.

6. Kolbenausdehnung (Dilatation)

Die thermische Ausdehnung wird durch die Platzierung von mehr Material in den Teilen des Kolbens kompensiert, wo es benötigt wird.

7. Ausgleich der Querkräfte

Durch die versetzte Montage der Pleuelstange wird erreicht, dass die Längsachse des Kolbens nicht mit der Drehachse der Kurbelwelle zusammenfällt. Dies sorgt für gleichmäßigeren Verschleiß des Zylinders auf beiden Seiten.

8. Kolbenringe (Segmente)

Die Mission der Kolbenringe ist es, die Gasdichtheit sicherzustellen, Wärme an den Zylinder abzuführen und den Durchgang von Öl in den Brennraum zu verhindern.

• Kompressionsringe: Sind für die Abdichtung des Zylinders verantwortlich und leiten fast die gesamte Wärme ab. Der erste Ring ist der sogenannte „Feuerring“.
• Ölabstreifringe (Rascador): Befinden sich an letzter Stelle. Sie sammeln das an der Zylinderwand abgelagerte Öl, um zu verhindern, dass es die Brennkammer erreicht, wo es verbrennen und Kohle bilden würde. Sie lassen nur eine geringe Menge Öl zur Schmierung der Zylinderspitze passieren. Sie besitzen eine Feder.

Kurbelwellen-Ausgleich und Schwungmasse

Statischer und Dynamischer Ausgleich

Der statische Ausgleich wird erreicht, wenn alle um die Drehachse angeordneten Körper in jeder Position in Ruhe bleiben, wenn sie frei gedreht werden. Beim dynamischen Ausgleich treten, wenn sich die Kurbelwelle dreht, Zentrifugalkräfte auf. Bei guter Auswuchtung sind diese Kräfte ausgeglichen (Nullsummenspiel).

11. Lagerschalen (Anforderungen)

Anforderungen an Lagerschalen:

• Beständigkeit gegen Fressen.
• Gute Wärmeleitfähigkeit.
• Einfache Anpassung an die Form des Zapfens.
• Einfache Einbettung fester Partikel.

12. Schwungrad (Trägheitsrad)

Das Schwungrad besteht aus Gusseisen und ist eine Scheibe mit hoher Masse. Es speichert die kinetische Energie der Impulse und gibt sie zurück, um Energiepausen zu vermeiden. Seine Mission ist es, den Motorlauf ruhiger zu machen. Nachteile sind der große Kraftaufwand beim Anziehen der Kurbelwelle und der Widerstand gegen schnelle Drehzahländerungen.

13. Zweimassenschwungrad (ZMS/BIMAS)

Das ZMS dient dazu, Schwingungen zu verhindern, die in der Kurbelwelle auftreten, und verhindert, dass diese Schwingungen über das Schwungrad auf den Motor übertragen werden. Das ZMS verteilt die Schwingungen, da die beiden Teile durch ein Feder- und Dämpfungssystem verbunden sind. Schwingungen treten nur bei niedrigen Drehzahlen auf.

14. Gegenläufige Achsen (Ausgleichswellen)

Sie dienen dazu, die Stärke der Schwingungen auszugleichen, die trotz guter Kurbelwellen-Auswuchtung auftreten. Die Achsen befinden sich auf beiden Seiten des Blocks, rotieren gegenläufig und mit doppelter Kurbelwellendrehzahl. Die Achsen erzeugen Kräfte gleicher Größe, aber entgegengesetzter Richtung, um diese Störungen aufzuheben.

Motorschmierung und Ölsorten

Aufgaben des Motoröls

• Reibung reduzieren: Verringert Reibung und mechanische Verluste durch die Zwischenschaltung eines Schmierfilms zwischen den Passflächen.
• Kühlen: Das Öl nimmt Wärme aus den Bereichen auf und transportiert sie zum Kurbelgehäuse, wo es abgekühlt wird.
• Abdichten (Estanqueidad): Erhöht die Dichtheit zwischen den Kolbenringen und verbessert die Kompression.
• Dämpfen und Reinigen: Dämpft Belastungen und reinigt Lager von Reibungspartikeln.

Arten von Schmierstoffen

• Mineralöl: Besteht aus Kohlenwasserstoffen mineralischen Ursprungs.
• Synthetisches Öl: Wird durch einen Sinterprozess gewonnen, bei dem die molekulare Struktur verändert wird.
• Halbsynthetisches Öl: Eine Mischung aus Mineralöl und synthetischen Komponenten.

Eigenschaften von Schmierölen

Schmieröle müssen Beständigkeit gegen Wasserverschmutzung, ätzende Säuren, Kraftstoffleckagen und hohe Temperaturen aufweisen.

Klassifikation von Handelsölen (SAE)

Die SAE-Klassifikation bezieht sich auf die Viskosität in Abhängigkeit von der Temperatur, sagt aber nichts über die Qualität aus. Die Klassifikation erfolgt in 10 Viskositätsgraden. Die ersten 6 Grade (von 0 bis 25) werden mit dem Buchstaben W gekennzeichnet. Die Grade von 20 bis 50 (in 4er-Schritten) zeigen das Verhalten bei heißem Öl.

Mehrbereichsöl

Entspricht zwei verschiedenen Viskositäten (warm und kalt). Es hält die erforderliche Fließfähigkeit beim Kaltstart aufrecht und verhindert, dass es bei Hitze zu dünnflüssig wird.

Buchstabe W

Steht für Winter.

Schmierstoffanpassung

• Ottomotor: Jede neue Kategorie ist leistungsfähiger als die vorherige.
• Dieselmotor: Eine Antwort auf die unterschiedlichen Leistungsmerkmale verschiedener Motortypen.

Schmiersysteme und Pumpen

Öldruckschmierung (Nasssumpf)

Das Öl wird im Kurbelgehäuse des Motors gespeichert und von der Pumpe durch einen Filter angesaugt. Die Pumpe fördert das Öl durch Kanäle zu allen Punkten, die Druckschmierung benötigen. Das Öl schmiert auch bestimmte Elemente durch Überschuss.

Mischungsschmierung (Zweitakter)

Öl wird dem Kraftstoff im Verhältnis von ca. 2 % beigemischt. Nur für 2-Takt-Motoren. Die Kraftstoff-Öl-Mischung muss das Kurbelgehäuse passieren, bevor sie zum Zylinder gelangt, da das Öl schwerer ist und an den Elementen (Zylinder, Kurbelwelle, Pleuel) haften bleibt. Ein Teil gelangt in die Brennkammer und verbrennt mit dem Kraftstoff.

Pumpentypen

• Zahnradpumpe: Besteht aus zwei ineinandergreifenden Zahnrädern. Das antreibende Ritzel überträgt die Bewegung auf das angetriebene Ritzel.
• Rotorpumpe: Besteht aus einem inneren und einem äußeren Rotor, die sich gleichsinnig drehen.
• Innenzahnradpumpe: Wird direkt von der Kurbelwelle angetrieben. Der innere Rotor greift in den äußeren Rotor ein.

Ablassventil (Druckbegrenzungsventil)

Die Mission ist es, den maximalen Schmierdruck zu begrenzen. Wenn der Druck zu hoch wird, öffnet das Ventil gegen die Federkraft, und das Öl wird zurück in das Kurbelgehäuse geleitet.

Ölfilter (Notwendigkeit und Typen)

Filter müssen Verunreinigungen wie Ruß und Abriebpartikel zurückhalten, um das Öl sauber zu halten.

• Hauptstromfilter (Serie): Die am häufigsten verwendete Art. Das gesamte Öl wird durch den Filter gepresst.
• Nebenstromfilter (Ableitung): Das System filtert nur einen Teil des Öls und leitet es zurück ins Kurbelgehäuse. Er ist wirksamer, aber langsamer.