Kolben.
Der Kolben führt eine Hin- und Herbewegung im Zylindergehäuse eines Automobilmotors aus. Sein Grundaufbau lässt sich in Kolbenboden, Kolbenkopf und Kolbenhemd unterteilen. Der Kolbenboden bildet den Hauptteil des Brennraums, und seine Form hängt von der gewählten Brennraumform ab. Benzinmotoren verwenden meist Flachkolben, die den Vorteil einer geringen Wärmeaufnahmefläche bieten. Dieselmotorkolben weisen häufig verschiedene Vertiefungen auf, deren spezifische Form, Position und Größe den Anforderungen der Gemischbildung und Verbrennung im Dieselmotor entsprechen müssen.
Der Kolbenboden ist Bestandteil des Brennraums und wird daher in verschiedenen Formen gefertigt. Benzinmotorenkolben weisen meist einen flachen oder konkaven Kolbenboden auf, um einen kompakten Brennraum, eine geringe Wärmeableitungsfläche und eine einfache Herstellung zu gewährleisten. Konvexe Kolbenböden kommen häufig in Zweitakt-Benzinmotoren zum Einsatz. Dieselmotorenkolben weisen oft verschiedene Vertiefungen auf.
Der Kolbenkopf ist der Teil oberhalb des Kolbenbolzensitzes und ist mit einem Kolbenring versehen, um zu verhindern, dass heiße und unter hohem Druck stehende Gase in das Kurbelgehäuse gelangen und dass Öl in den Brennraum gelangt; Der größte Teil der vom Kolbenkopf aufgenommenen Wärme wird ebenfalls über den Kolbenkopf an den Zylinder und anschließend über das Kühlmedium abgeführt.
Der Kolbenboden ist mit mehreren Ringnuten zur Aufnahme der Kolbenringe versehen. Die Anzahl der Kolbenringe hängt von den Dichtungsanforderungen ab, die wiederum von der Motordrehzahl und dem Zylinderdruck abhängen. Hochtourige Motoren benötigen weniger Ringe als langsamtourige, und Benzinmotoren weniger als Dieselmotoren. Typische Benzinmotoren verwenden zwei Gas- und einen Ölabstreifring; Dieselmotoren haben drei Gas- und einen Ölabstreifring; langsamtourige Dieselmotoren verwenden drei bis vier Gasabstreifringe. Um Reibungsverluste zu minimieren, sollte die Kolbenringhöhe so gering wie möglich gehalten und die Anzahl der Ringe unter Gewährleistung der Dichtheit reduziert werden.
Alle Teile des Kolbenrings unterhalb der Nut werden als Kolbenhemd bezeichnet. Seine Aufgabe ist es, den Kolben im Zylinder bei seiner Hin- und Herbewegung zu führen und dem Seitendruck standzuhalten. Im Motorbetrieb verbiegt und verformt sich der Kolben aufgrund des Gasdrucks im Zylinder. Nach der Erwärmung des Kolbens ist die Ausdehnung aufgrund des Metalls am Kolbenbolzen größer als an anderen Stellen. Zusätzlich erfährt der Kolben unter dem Einfluss des Seitendrucks eine Extrusionsverformung. Infolge dieser Verformung nimmt der Kolbenhemdquerschnitt in Richtung seiner Längsachse, die senkrecht zum Kolbenbolzen verläuft, die Form einer Ellipse an. Aufgrund der ungleichmäßigen Temperatur- und Massenverteilung entlang der Kolbenachse ist die Wärmeausdehnung in den einzelnen Abschnitten oben am größten und unten am geringsten.
Die wichtigsten Ausfälle der Kolbenbaugruppe und ihre Ursachen sind folgende:
1. Abtragung der Kolbenoberseite. Kolbenabtragung tritt an der Kolbenoberseite auf, in leichten Fällen als lose Lochfraßbildung und in schweren Fällen als lokales Schmelzen. Hauptursache für die Abtragung der Kolbenoberseite ist eine unnatürliche Verbrennung, die zu einer Überhitzung der Oberseite oder zu einer Überlastung nach dem Festfressen und Brechen des Kolbenrings führt.
2. Die Oberseite des Kolbens reißt. Die Rissrichtung auf der Oberseite des Kolbens verläuft im Allgemeinen senkrecht zur Achse des Kolbenbolzenlochs und wird hauptsächlich durch Ermüdungsrisse infolge thermischer Spannungen verursacht. Der Grund: Der Überlastbetrieb des Motors führt zu einer übermäßigen Verformung des Kolbens, was zu Ermüdungsrissen auf der Oberseite des Kolbens führt;
3. Verschleiß der Kolbenringnut-Seitenwand. Bei der Auf- und Abwärtsbewegung des Kolbens sollte sich der Kolbenring radial teleskopartig mit der Verformung des Zylinders bewegen. Insbesondere die Temperatur der ersten Ringnut ist hoch und wird durch den "Aufprall" von Gas und Ölkeil beeinflusst, sodass in der Ringnut Reibung und Vibrationen des Rings auftreten, die zu Verschleiß führen.
4. Der Kolbenring ist verkokt. Verkokung entsteht durch Oxidation des Schmieröls oder durch eingeschränkte Beweglichkeit der Ringe im Kolbenringsystem und ist sehr schädlich. Hauptursachen sind: Überhitzung oder dauerhafte Überlastung des Dieselmotors, wodurch Schmieröl verharzt und Kolbenringe und Zylinder stark thermisch verformt werden; starke Schmierölverschmutzung oder minderwertiges Schmieröl; eine mangelhafte Kurbelgehäuseentlüftung, die zu Unterdruck oder unzureichender Zylinderdichtigkeit und damit zu Ölaustritt führt. Daher ist die Verwendung von qualifiziertem Öl unerlässlich, um eine Überhitzung des Dieselmotors zu verhindern.
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