Zylinderbohrflächen

In der vermeintlich guten alten Zeit hatte jeder Automotor einen gusseisernen Zylinderblock und jeder Motorradmotor hatte gusseiserne Zylinderlaufbuchsen. Was an diesen alten Zeiten gut sein sollte, war, dass wenn Ihre Zylinderbohrung abgenutzt war, könnte sie über 0,010 "oder .020" überdimensioniert und neue Kolben eingebaut werden und so die ursprüngliche Funktion wiederherstellen.

Der meiste Bohrungsverschleiß findet statt bei die Oberseite des Kolbenringweges und aus drei Gründen:

1) Kolbenringe werden durch den Verbrennungsdruck gegen die Bohrungsoberfläche gedrückt.

2) Der Kolben bewegt sich sehr langsam nahe dem OT, wodurch mehr Zeit für irgendeinen Ölfilm verbleibt zwischen Ring und Zylinderwand zum Auspressen, eventuell Metall-Metall-Kontakt.

3) Da der obere Teil der Bohrung der heißeste Teil ist, verliert das dort vorhandene Öl bei dieser hohen Temperatur eine hohe Viskosität

Das war erträglich, weil Automotoren nicht sehr hart arbeiteten. Sie waren groß und langsam drehend.

Aber in den Zweitakt-Motorradmotoren, die nach 1960 entwickelt wurden, waren die Bedingungen viel strenger - hauptsächlich, weil Zweitakter jedes Mal feuern, wenn ein Kolben zum OT kommt - nicht jedes zweite Mal wie in Viertaktern. Auch hatten Zweitakter Auspufföffnungen in ihren Zylinderwänden, so dass die Überschall-Ausströmung von sehr heißem Abgas kräftig die Kolbenkrone und die Öffnung selbst heizte. Bei der Luftkühlung waren der Geschwindigkeit, mit der diese Wärme an Kühlrippen abgeführt werden konnte, Grenzen gesetzt. Wir nennen das "Abkühlen", aber es war nur vergleichend; Wenn du zufällig eine Hand auf die Flossen eines Motors direkt neben der Strecke legst, würdest du sofort das kurze Leben eines Burgers auf dem Grill verstehen.

Zweitakter-Pionier Walter Kaaden reagierte auf Kolben, die "wie ein Kuchen anschwollen "Und Zylinder verzerren, indem sie versuchen, die Probleme mechanisch zu lösen. Er stellte einen dicken (1/4 "!) Eisenliner in den gerippten Aluminiumzylindern seiner MZ-Rennmotoren.

In den frühen 1960er Jahren begründeten japanische Hersteller Suzuki und Yamaha anders. Genau wie W.O. Bentley hatte mit den ersten Aluminiumkolben 1911 herausgefunden, dass Aluminium die Wärme so viel schneller leiten kann als Eisen, dass es unter Bedingungen, die Eisen viel heißer machen, relativ kühl bleiben kann. Daher war der japanische Ansatz für eine verbesserte Kühlung, den schlechten Wärmeleiter - Eisen - durch die Härtung nur der Oberfläche einer Aluminiumbohrung zu eliminieren.

Yamaha versuchte harteloxierte Zylinderbohrungen (Umwandlung in das keramische Aluminiumoxid), hatte jedoch keine Wirkung Ergebnisse. Suzuki hatte gerade mit der Hartverchromung begonnen, als neue Informationen durch den defekten DDR-MZ-Fahrer Ernst Degner eintrafen; "Nein, nein! Hören Sie den ganzen Unsinn mit der Verchromung auf und verwenden Sie stattdessen die dicken, stabilen Eisen-Liner von MZ! "

Und so hatte Suzuki Verzögerungen bei der Lösung dieses kritischen Problems. Yamaha, mit schnell verbesserter Chrom-Bohrung-Technologie, nahm zwei 250 Weltmeisterschaften über Honda in 1964 und 1965. Je cooler Sie die Kolben laufen lassen, desto mehr Drehmoment können Sie mit höherer Kompressionsrate machen. Umgekehrt, je heißer der Kolben läuft, desto mehr erhöht er die Temperatur der eintretenden Frischladung und treibt sie zur Detonation.

In der "realen Welt" wuchsen Ölzusätze. Von großer Bedeutung waren Anti-Wear-Additive. An Stellen mit hohem lokalen Druck und hoher Temperatur (wie zwischen Kolbenring und Zylinderwand nahe dem oberen Totpunkt) reagiert ein Antiverschleißadditiv zu einem weichen Metallphosphid. Anstelle von lokalen Mikroschweißungen zwischen Ring und Zylinderwand oder zwischen Nocken und Stößel, die zur Freisetzung von Verschleißpartikeln zerbrochen werden, wird das Phosphid geschert. Wenn sich der Vorgang im nächsten Zyklus wiederholt, wird die weiche Schicht von dem in dem Öl enthaltenen Additiv erneuert. Auf diese Weise wurde der Verschleiß stark reduziert.

Als ich die Auto-Motoren der 1940er Jahre auseinander nahm, war die Abnutzungsleiste am oberen Ende des Kolbenringweges so tief, dass ein kräftiges Schaukeln nötig war, um die Kolben herauszuholen. Sogenannte Zylinderkammreibahlen wurden hergestellt, um das ungetragene Material oberhalb des Ringwegs abzuschneiden. Aber wenn ich später Motoren untersuchte, waren ihre Abnutzungskämme viel flacher; Öladditive funktionieren!

Im Emissionszeitalter hat sich das Design der Motoren schnell verändert. Da kleinere Motoren bei der Fahrt auf der Autobahn weniger Kraftstoff verbrauchen als große, die die gleiche Leistung erbringen, wurden die Motoren schnell verkleinert, und in den Zylinderblöcken und -köpfen wurde häufig Aluminium durch Eisen ersetzt. Um die für den Verkauf wichtige Leistung zu erhalten, mussten die kleineren Motoren immer härter arbeiten. Auf zwei Rädern trank die "Sportbike-Ära" dieses anregende Getränk, Pferdestärken. In beiden Fällen stiegen die Kolbentemperaturen und es traten Haltbarkeitsprobleme auf.

Die offensichtliche Antwort bestand darin, den Wärmefluss von den Kolben zu den Zylinderwänden durch Anwendung der Zweitakt-Lösung - Hartplattierung - zu verbessern. Einige erste Versuche waren unscheinbar, wie der Alloy 390-Prozess, der in einigen Chevy Vega-Motoren verwendet wurde (der Block wurde aus einer Aluminiumlegierung mit hohem Siliziumgehalt hergestellt und das Aluminium wurde nach der Bohrungsbearbeitung zurückgeätzt, um eine Verschleißoberfläche zu hinterlassen, die hauptsächlich aus harten Siliziumteilchen bestand ).

Auf der Motorradseite fühlten sich Ingenieure deprimiert, als sie vier große, dicke, schwere, wärmeisolierende Eisenrohre im Kilogramm-Maßstab anstarrten und sich danach sehnten, sie und ihr Übergewicht zu verschrotten (jedes Jahr neues Modell) um leichter und leistungsfähiger zu sein!). Aber sie wussten, dass die Oldtimer da draußen sich beschweren würden, dass die einzige Möglichkeit, verschlissene Zylinderbohrungen nachzurüsten, ein neuer Zylinderblock war (der bei einigen Motoren mit dem oberen Kurbelgehäuse in einem Stück gegossen wurde).

In zwei Motorrad-Rennsport, verchromte Zylinderbohrungen gingen in den 1980er Jahren an Mahle's Nikasil über, eine Schicht aus stromlosem Nickel mit 5 Prozent superharten Siliziumcarbidpartikeln. Beim Diamantschleifen ergab dies eine ölhaltige strukturierte Oberfläche, die extrem verschleißfest war.

High-End-Autohersteller begannen nun, Aluminium-Zylinderblöcke mit Nikasil-Bohrungen zu verwenden, und die Erfahrung nahm schnell zu. Die Kombination von Öl-Antiverschleißadditiven und Hartplattierung mit Nikasil hat gut funktioniert.

Bei Motorradmotoren - insbesondere bei Rennsport - wurden die Bohrungen größer und die Hübe kürzer. Größere Kolben bedeuten, dass die Wärme weiter von der heißen Mitte zur gekühlten Zylinderwand wandern muss. Steigende Drehzahlen nixten die Idee, die Wärmeleitung des Kolbens zu verbessern, indem sie ihre Kuppeln dicker machten. Für die Kühlung dieser größeren Kolben waren kühlere, hartbeschichtete Aluminium-Zylinderbohrungen ein wichtiges Element, später ergänzt durch nach oben gerichtete Ölstrahlen im Kurbelgehäuse, um noch mehr Kolbenwärme abzuführen.

Notwendigkeit ist die Mutter der Erfindung.

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