In jedem Kolben-Verbrennungsmotor gibt es ein Teil, das den Kolben mit dem oberen Kopf der Pleuelstange verbindet – den Kolbenbolzen.Alles über Kolbenbolzen, deren Konstruktionsmerkmale und Einbaumethoden sowie die richtige Auswahl und den richtigen Austausch verschiedener Bolzentypen wird im Artikel ausführlich beschrieben.
Was ist ein Kolbenbolzen?
Der Kolbenbolzen (PP) ist Bestandteil der Kolbengruppe des Verbrennungsmotors;Hohlzylinder aus Stahl, mit dessen Hilfe Kolben und Pleuel angelenkt sind.
Bei Hubkolben-Verbrennungsmotoren erfolgt die Übertragung und Umwandlung der Kräfte, die bei der Verbrennung des Kraftstoff-Luft-Gemisches im Zylinder entstehen, durch eine Kolbengruppe und einen Kurbeltrieb.Zu den Hauptbestandteilen dieser Systeme gehören ein Kolben und eine Pleuelstange mit Scharniergelenk, wodurch es möglich ist, die Pleuelachse von der Kolbenachse abzuweichen, wenn sie sich zwischen dem oberen und unteren Totpunkt (OT und TDC) befindet.Die Gelenkverbindung von Kolben und Pleuel erfolgt über ein einfaches Teil – einen Kolbenbolzen.
Der Kolbenbolzen löst zwei Hauptaufgaben:
● Fungiert als Scharnier zwischen Kolben und Pleuel;
● Sorgt für die Übertragung von Kräften und Drehmomenten von der Pleuelstange auf den Kolben beim Anlassen des Motors und vom Kolben auf die Pleuelstange bei laufendem Motor.
Das heißt, das PP verbindet nicht nur Kolben und Pleuel zu einem einzigen System (das auch die Kurbelwelle umfasst), sondern sorgt generell auch für den koordinierten Betrieb der Kolbengruppe und des Motorkurbelmechanismus.Daher beeinträchtigen Fehlfunktionen oder Abnutzung des Fingers den Betrieb des gesamten Aggregats und erfordern eine schnelle Reparatur.Bevor Sie jedoch neue Kolbenbolzen kaufen, sollten Sie deren Design und einige Funktionen verstehen.
Typen, Vorrichtung und Eigenschaften von Kolbenbolzen
Alle derzeit verwendeten Kolbenbolzen haben im Wesentlichen den gleichen Aufbau: Im Allgemeinen handelt es sich um eine hohle Stahlstange mit relativ dünnen Wänden, die in den Kolbennaben und dem oberen Pleuelkopf eingebaut ist.An den Enden des Bolzens werden Fasen (außen und innen) entfernt, die einen einfachen Einbau des Teils in den Kolben oder die Pleuelstange gewährleisten und zudem eine Beschädigung anderer Teile bei versehentlichem Kontakt mit diesen verhindern.
Gleichzeitig können verschiedene Hilfselemente in den Fingern ausgeführt werden:
● Die Innenwände werden von der Mitte nach außen konisch geformt, um den Finger leichter zu machen und gleichzeitig seine Festigkeit beizubehalten.
● Interne Ringgürtel im mittleren Teil des Fingers, um ihn zu härten;
● Seitliche Querbohrungen zur starren Fixierung des Bolzens in der Kolbennabe.
Kolbenbolzen bestehen aus weichem Strukturkohlenstoff (15, 20, 45 und andere) und einigen legierten Stählen (normalerweise Chrom 20X, 40X, 45X, 20HNZA und anderen).Die Außenfläche und ein kleiner Gürtel am Ende von Teilen aus Weichstahl werden aufgekohlt und bis zu einer Tiefe von 1,5 mm abgeschreckt, bis eine Härte von 55–62 HRC erreicht ist (während die Innenschicht eine Härte im Bereich von 22–62 HRC aufweist). 30 HRC).Teile aus Stählen mit mittlerem Kohlenstoffgehalt werden üblicherweise mit Hochfrequenzströmen gehärtet.Nach der Wärmebehandlung wird die äußere Oberfläche des PP geschliffen.Die Härtung des Teils sorgt für eine hohe Verschleißfestigkeit seiner Außenfläche, während die Viskosität der inneren Wandschichten die Fähigkeit des Fingers erhält, Stoßbelastungen und Vibrationen standzuhalten.Durch das Flächenschleifen werden Bereiche mit gefährlichen Spannungen beseitigt, die im Motorbetrieb zum Abrieb, zur Verhärtung oder sogar zur Zerstörung von Teilen führen können.
Typische Kolbenkonstruktion mit Pleuel
Wie bereits angedeutet, befindet sich der Kolbenbolzen im Kolben und im oberen Kopf der Pleuelstange und verbindet diese Teile zu einem System.Im Kolben dieses Teils befinden sich zwei Verlängerungen mit Querlöchern – Vorsprünge.Für das Scharnier zwischen Kolben und Pleuel gibt es zwei Gestaltungsmöglichkeiten:
● Mit einem „schwebenden“ Finger;
● Mit einem Finger in die Pleuelstange gedrückt.
Das zweite Schema lässt sich am einfachsten umsetzen: In diesem Fall wird das PP in den oberen (einteiligen) Kopf der Pleuelstange gedrückt, wodurch dessen axiale Verschiebung verhindert wird, und in den Naben des Kolbens liegt es mit einem gewissen Spalt , was es ermöglicht, den Kolben während des Betriebs des Aggregats in allen Modi relativ zum PP zu drehen.Außerdem sorgt der Spalt für die Schmierung der reibenden Teile (obwohl der Finger und die damit in Kontakt stehenden Oberflächen der Vorsprünge aufgrund des kleinen Spalts immer im Modus mit unzureichender Schmierung arbeiten).Dieses Schema wurde bei inländischen Autos VAZ-2101, 2105, 2108 verwendet und ist bei modernen Modellen ausländischer Produktion weit verbreitet.
Das „schwebende“ Fingerschema ist komplexer, da es mehrere Hilfsteile enthält.Bei diesem Schema ist in beiden Teilen – sowohl in den Kolbennaben als auch im oberen Pleuelkopf – das PP mit kleinem Spalt verbaut, dies gewährleistet dessen freie Drehung im Motorbetrieb.Um eine axiale Verschiebung des Fingers zu verhindern, werden federnde Sicherungsringe verwendet, die sich über den Löchern in den Vorsprüngen befinden. Sie dienen als Anschläge für das PP und verhindern, dass es herausfällt.Die Ringe können aus Federdraht mit kreisförmigem Querschnitt oder aus Blech gestanzt sein.Im letzteren Fall haben die Teile einen rechteckigen Querschnitt und an beiden Enden sind Löcher für das Werkzeug vorgesehen, um den Ein- und Ausbau der Ringe zu erleichtern.
Teilweise werden Sperrpilze oder Stopfen verwendet, diese bestehen aus weichem Metall, sodass sie den Zylinderspiegel bei Kontakt nicht beschädigen.Stopfen werden in Zweitaktmotoren mit einer bestimmten Anordnung von Einlass- und Auslassfenstern verwendet, um einen unerwünschten Gasfluss zwischen ihnen zu verhindern.Manchmal wird das Teil mit einer Schraube befestigt, die in den unteren Teil des Vorsprungs und in das Loch am Ende des PP eingeschraubt wird.
Feste und schwimmende Kolbenbolzen
PP kann unabhängig von der Art seiner Installation eine Verschiebung relativ zur Kolbenachse aufweisen, die eineinhalb oder mehr Millimeter erreicht.Ziel dieser Verschiebung ist es, die dynamischen Belastungen zu reduzieren, denen Kolben, PP und Pleuelkopf im TDC und TDC ausgesetzt sind.Der Kolben wird bei seiner Bewegung zum oberen Totpunkt und zum oberen Totpunkt gegen eine Wand des Zylinders gedrückt, was auch dazu führt, dass das PP gegen eine Wand der Löcher in den Naben gedrückt wird.Dadurch entstehen Kräfte, die das Drehen des PP in den Gegenstücken erschweren, und beim Passieren von TDC und TDC kann die Drehung abrupt erfolgen – dies geschieht bei einem Schlag, der sich in einem charakteristischen Klopfen bemerkbar macht.Diese Faktoren werden durch den Einbau von PP in den Kolben mit einer gewissen Achsverschiebung genau eliminiert.
So wählen Sie den Kolbenbolzen aus und ersetzen ihn
Beim Betrieb des Motors, insbesondere im Wechselbetrieb, sind die Finger erheblichen Belastungen ausgesetzt, sie verschleißen, können sich verformen und müssen ausgetauscht werden.Die Notwendigkeit, die Finger auszutauschen, wird durch eine Verschlechterung der Kompression und eine Verschlechterung der dynamischen Eigenschaften des Motors angezeigt, die sich zusätzlich durch ein charakteristisches Klopfen bemerkbar macht.
Die Reparatur des Aggregats beschränkt sich in diesem Fall auf den Austausch von Fingern und manchmal auch von passenden Teilen – Pleuelkopfbuchsen in Systemen mit „schwimmendem“ PP, Ringen und anderen.Die Auswahl neuer Finger und anderer Teile erfolgt nach den Reparaturmaßen.Beispielsweise werden für die meisten Haushaltsmotoren Teile in drei Reparaturgrößen angeboten, die sich um 0,004 mm unterscheiden (bei VAZ-Motoren werden beispielsweise häufig Stifte mit einem Durchmesser von 21,970–21,974 mm (1. Kategorie), 21,974–21,978 mm (2. Kategorie) verwendet. und 21,978-21,982 mm (3. Kategorie)).Dies ermöglicht die Auswahl von Stiften mit unterschiedlichen Durchmessern unter Berücksichtigung der Vergrößerung der Lochdurchmesser in den Gegenteilen aufgrund von Verschleiß und anschließendem Aufbohren.Das Aufbohren erfolgt immer für die gleichen Reparaturmaße und wenn der Verschleiß der Teile die angegebenen Bereiche überschreitet, müssen sie ersetzt werden.
In der Regel werden Finger im Set (2, 4 oder mehr Stück) verkauft, manchmal auch zusammen mit Sicherungsringen und anderen Teilen.
Kolbenbolzen verschiedener Art und Methoden ihrer Befestigung im Kolben
Bei der Reparatur einer Kolbengruppe mit „schwimmenden“ Bolzen ist keine Spezialausrüstung erforderlich – der Einbau der Teile in die Naben und den Pleuelkopf erfolgt per Hand.Wenn der Finger mit Fixierung in der Pleuelstange gewechselt wird, muss zum Pressen und Pressen des PP ein spezielles Gerät verwendet werden (im einfachsten Fall können dies Buchsen und Stangen sein, Profis verwenden jedoch komplexere mechanisierte Geräte ähnlich einem Schraubstock ).
In manchen Fällen erfolgt der Einbau des „schwimmenden“ PP in die Naben auch im Eingriff, dazu wird der Kolben vor dem Einbau in Wasser oder einer anderen Flüssigkeit auf 55-70 °C erhitzt.Tatsache ist, dass sich ein Aluminiumkolben schneller ausdehnt als ein Stahlbolzen, sodass sich bei einem ungeheizten Motor der Spalt zwischen den Teilen vergrößert und ein Klopfen auftritt.Beim Einbau des PP in das Übermaß entsteht der Spalt erst, wenn der Motor warm wird, wodurch ein Aufprall der Teile und damit ein Klopfen verhindert wird.
Es ist zu beachten, dass die Arbeiten zum Austausch der Kolbenbolzen eine erhebliche Demontage des Motors erfordern. Daher ist es besser, sie mit entsprechender Erfahrung durchzuführen oder Fachleuten zu vertrauen.Nur mit der richtigen Auswahl der Finger und der richtigen Reparatur funktioniert die Kolbengruppe zuverlässig und effizient und gewährleistet eine hohe Leistung des Aggregats.
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 11. Juli 2023