Wie groß sollte der Spalt zwischen Kolben und Zylinder sein?
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Um eine hohe Verdichtung im Motor zu gewährleisten, die sich stark auf dessen Effizienz und andere Leistungsfähigkeiten hinsichtlich Leistung, Startfreundlichkeit und spezifischem Verbrauch auswirkt, müssen die Kolben mit einem Mindestspiel in den Zylindern liegen. Es ist jedoch unmöglich, ihn auf Null zu reduzieren, da der Motor aufgrund der unterschiedlichen Temperaturen der Teile blockiert.
Daher wird das Spiel rechnerisch ermittelt und genau eingehalten, die notwendige Abdichtung wird durch den Einsatz von Federkolbenringen als Gas- und Öldichtung erreicht.
Warum verändert sich das Spiel zwischen Kolben und Zylinder?
Autodesigner streben danach, Motorteile im Flüssigkeitsreibungsmodus arbeiten zu lassen.
Hierbei handelt es sich um eine Methode zur Schmierung von Reibflächen, wenn aufgrund der Stärke des Ölfilms oder der Ölzufuhr unter Druck und mit der erforderlichen Durchflussmenge auch bei erheblicher Belastung kein direkter Kontakt der Teile auftritt.
Nicht immer und nicht in allen Modi kann ein solcher Zustand aufrechterhalten werden. Mehrere Faktoren beeinflussen dies:
- Ölmangel, die Zufuhr von Schmierflüssigkeit, wie sie in den Lagern der Kurbelwelle und der Nockenwellen erfolgt, erfolgt nicht unter Druck in den Bereich zwischen Kolben und Zylinder, und andere Schmiermethoden führen nicht immer zu einem stabilen Ergebnis, Spezialöl Düsen funktionieren am besten, werden aber aus verschiedenen Gründen nur ungern eingesetzt;
- Schlecht gemachtes oder abgenutztes Honmuster auf der Zylinderoberfläche; es soll den Ölfilm halten und verhindern, dass er unter der Kraft der Kolbenringe vollständig verschwindet;
- Verstöße gegen das Temperaturregime führen dazu, dass die thermische Lücke auf Null geht, die Ölschicht verschwindet und Riefen an Kolben und Zylindern entstehen;
- die Verwendung von minderwertigem Öl mit einer Abweichung in allen wesentlichen Eigenschaften.
Es scheint paradox, aber die Oberfläche des Zylinders verschleißt stärker, obwohl sie normalerweise aus Gusseisen besteht, es handelt sich um einen massiven Gusseisenblock oder verschiedene trockene und nasse Laufbuchsen, die in das Aluminium des Blocks eingegossen sind.
Auch wenn die Hülse fehlt, wird die Oberfläche des Aluminiumzylinders einer speziellen Behandlung unterzogen und es entsteht eine Schicht aus einer speziellen harten, verschleißfesten Beschichtung.
Dies ist auf einen stabileren Druck auf den Kolben zurückzuführen, der bei Vorhandensein von Schmierung während der Bewegung fast kein Metall von ihm entfernt. Aufgrund der kleinen Kontaktfläche ist der Zylinder jedoch der rauen Arbeit der Federringe mit hohem spezifischem Druck ausgesetzt.
Natürlich verschleißt auch der Kolben, wenn auch langsamer. Durch den Gesamtverschleiß beider Reibflächen vergrößert sich der Spalt kontinuierlich und ungleichmäßig.
Einhaltung
Im Ausgangszustand entspricht der Zylinder voll und ganz seinem Namen, es ist eine geometrische Figur mit einem konstanten Durchmesser über die gesamte Höhe und einem Kreis in jedem Abschnitt senkrecht zur Achse. Allerdings hat der Kolben eine deutlich komplexere Form, außerdem verfügt er über wärmefixierende Einlagen, wodurch er sich im Betrieb ungleichmäßig ausdehnt.
Zur Beurteilung des Spaltzustandes wird der Durchmesserunterschied des Kolbens im Schaftbereich und des Zylinders in seinem Mittelteil gewählt.
Formal geht man davon aus, dass der thermische Spalt bei Neuteilen etwa 3 bis 5 Hundertstel Millimeter im Durchmesser betragen sollte und sein Maximalwert infolge Verschleiß 15 Hundertstel Millimeter, also 0,15 mm, nicht überschreiten sollte.
Natürlich handelt es sich hierbei um Durchschnittswerte, es gibt sehr viele Motoren und sie unterscheiden sich sowohl in unterschiedlichen Konstruktionsansätzen als auch in den geometrischen Abmessungen der Teile je nach Arbeitsvolumen.
Ergebnis einer Lückenverletzung
Mit zunehmendem Spalt, der meist auch mit einer Verschlechterung der Leistung der Ringe einhergeht, dringt immer mehr Öl in den Brennraum ein und wird als Abfall verbraucht.
Theoretisch sollte dies die Kompression verringern, im Gegenteil jedoch häufiger, da sich reichlich Öl auf den Kompressionsringen befindet und deren Lücken abdichtet. Aber das dauert nicht lange, die Ringe verkoken, legen sich hin und die Kompression verschwindet vollständig.
Kolben mit erhöhtem Spiel können nicht mehr normal arbeiten und beginnen zu klopfen. Das Klopfen des Kolbens ist beim Schalten deutlich zu hören, also in der oberen Position, wenn der untere Kopf der Pleuelstange seine Bewegungsrichtung ändert und der Kolben den Totpunkt passiert.
Die Schürze bewegt sich von einer Wand des Zylinders weg und trifft, indem sie einen Spalt wählt, mit Gewalt auf die gegenüberliegende. Mit einem solchen Klingeln kann man nicht fahren, da der Kolben kollabieren kann, was zu einer Katastrophe für den gesamten Motor führt.
So prüfen Sie das Spiel zwischen Kolben und Zylinder
Zur Überprüfung des Spalts werden Messgeräte in Form einer Mikrometerschraube und einer Innenlehre verwendet. Dieses Paar verfügt über eine Genauigkeitsklasse, mit der Sie auf jeden Hundertstel Millimeter reagieren können.
Das Mikrometer misst den Durchmesser des Kolbens im Bereich seines Kolbenschafts senkrecht zum Finger. Der Mikrometerstab wird mit einer Klemme fixiert, anschließend wird die Innenlehre auf Null gestellt, während ihre Messspitze auf dem Mikrometerstab aufliegt.
Nach einer solchen Nullstellung zeigt die Anzeige des Bremssattels Abweichungen vom Kolbendurchmesser in Hundertstelmillimetern an.
Der Zylinder wird in drei Ebenen, dem oberen Teil, der mittleren und der unteren, entlang der Kolbenhubzone gemessen. Die Messungen werden entlang der Fingerachse und quer wiederholt.
Dadurch kann der Zustand des Zylinders nach Verschleiß beurteilt werden. Erforderlich ist vor allem das Vorhandensein von Unregelmäßigkeiten wie „Ellipse“ und „Kegel“. Das erste ist die Abweichung des Abschnitts vom Kreis zum Oval und das zweite ist die Durchmesseränderung entlang der vertikalen Achse.
Das Vorhandensein von Abweichungen von mehreren Hektar weist darauf hin, dass ein normaler Betrieb der Ringe nicht möglich ist und die Zylinder repariert oder der Block ausgetauscht werden müssen.
Fabriken neigen dazu, ihren Kunden eine Blockbaugruppe mit einer Kurbelwelle (kurzer Block) vorzuschreiben. Viel günstiger erweist sich aber oft die Reparatur mit einer Bohrung, im schlimmsten Fall mit einer Hülse, mit dem Austausch der Kolben durch neue Standard- oder übergroße Reparaturkolben.
Auch bei nicht neuen Motoren mit Standardkolben ist es möglich, das Spiel genau auszuwählen. Dazu werden die Kolben in Gruppen mit einer Durchmesserabweichung von einem Hundertstel aufgeteilt. Dadurch können Sie den Spalt mit perfekter Genauigkeit einstellen und eine optimale Motorleistung und zukünftige Lebensdauer sicherstellen.
