Kolbenringe, Öl- und Zylinderwandfinish

Bei den Kolbenringen gibt es einen Kompressionsring, der die Kompression abdichtet, aber auch einen Ölabstreifring. Manchmal weist der zweite Ring in einem herkömmlichen Paket mit drei Ringen nur eine Komprimierung von etwa 20 % auf. Auch wenn es sich um einen Kompressionsring handelt, handelt es sich tatsächlich um eine 80-prozentige Ölkontrolle.

Das Besondere an einem Kolbenringpaket ist, dass es nicht nur die Kompression abdichtet, sondern auch das Öl an den Zylinderwänden des Blocks kontrolliert und verteilt. Ein Ring ist nicht nur eine Dichtung, sondern auch ein geschmiertes Bauteil. Die richtige Schmierung in jedem Teil und überall lässt sich einfach durch die vier Rs beschreiben – richtiges Öl, richtiger Ort, richtige Zeit und richtige Menge. Das richtige Öl bedeutet, dass es die richtige Viskosität und das richtige Additivpaket für die Anwendung hat und dass es zur richtigen Zeit in der richtigen Menge am richtigen Ort sein muss.

„Ich habe wirklich gesehen, dass das in Bezug auf Motoren und Kolbenringe ans Licht gekommen ist, und was ich sehe, ist, dass es eine Lücke gibt“, sagt Lake Speed ​​Jr. von Total Seal. „In den letzten drei davon gibt es viel zu gewinnen.“ vier Rs. In den letzten 15 Jahren haben sich die Verfügbarkeit und die Möglichkeiten, das richtige Öl zu haben, enorm erweitert. Es gibt mittlerweile viele wirklich gute Öle. Allerdings ist das nur einer der vier Rs. Das ist wirklich nicht der Fall Ganz gleich, wie gut das Öl ist, es spielt keine Rolle, wenn man es nicht dorthin bringt, wo es hingehört, wenn man es braucht, und zwar in ausreichender Menge.

Wenn man an Öl denkt, denkt man oft, dass es ein Schmiermittel ist, aber im Hinblick auf den Kolbenring bewirkt es tatsächlich zwei Dinge. Es schmiert nicht nur den Ring, da es sich um eine geschmierte Komponente handelt, sondern auch die Dichtung.

„Ich sage gerne, dass Öl die Dichtung ist“, sagt Speed. „Es gibt Unregelmäßigkeiten und Öl ist die Dichtung, die diese Unregelmäßigkeiten ausfüllt und so die Dichtung erzeugt. Der Kolbenring kann sich auf Makroebene an die Bohrung anpassen, auf Mikroebene jedoch nicht. Die Dichtung ist das Öl. Das ist sie.“ die Dichtung zwischen dem Ring und dem Ringsteg und dem Ring und der Zylinderwand. Es ist wichtig, dass genügend Öl vorhanden ist, um diese Dichtung zu ermöglichen.“

Was der Beziehung zwischen Öl und Ringen auch geholfen hat, ist die heutige Größe der Ringe. Durch den Wechsel zu einem 1-mm-, 1-mm- und 2-mm-Ringsatz konnte auch das Kolbendesign geändert werden.

„In vielen Fällen ermöglichte dies eine ununterbrochene Ölringnut“, sagt Joe Maylish von Mahle. „Diese Änderung ermöglichte es dem Design, einen flexibleren Ring zu verwenden und die Leistung und das Drehmoment zu verbessern, da die 1-mm-, 1-mm- und 2-mm-Ringsätze flexibler sind und sich an den Inkonsistenzen festhalten können, die in der Zylinderwand auftreten können.“

Joe sagt, es sei hilfreich, sich Kolben und Ringe als eine Einheit vorzustellen, die als Pumpe fungiert. Wenn diese Pumpe eine optimale und gleichmäßige Abdichtung erreichen kann, führt sie zu einer optimalen Leistung. Dies wurde durch ein Ringdesign erreicht, das aufgrund des geringeren Materialverbrauchs auch weniger potenziellen Kontakt mit dem Zylinder bietet.

Eine weitere Sache, die Lake Speed ​​Jr. im Laufe der Jahre zur Kenntnis genommen hat, ist, dass Treibstoff der Feind Ihres Öls ist. Eine der Anforderungen an Motoröl besteht darin, mit der Tatsache umzugehen, dass es zu Verbrennungsdurchbrüchen und Kraftstoffverdünnung im Öl kommt.

„Wenn ich mir Ölproben ansehe, sind in neun von zehn Fällen diejenigen mit dem meisten Kraftstoff diejenigen, die den größten Verschleiß aufweisen“, sagt Speed. „Einen hohen Verschleiß ohne hohen Kraftstoffstand sieht man nur dann, wenn ein Bauteilproblem vorliegt, was ziemlich selten vorkommt. Meistens ist es der Kraftstoff, der das Öl zerstört.“

Kraftstoff hat eine niedrigere Viskosität als Öl. Das wichtigste Merkmal eines jeden Schmierstoffs ist die Viskosität. Es ist Ihre primäre Schutzart. Bei hoher Kraftstoffverdünnung verringert sich die Viskosität und die Schmiereigenschaften des Öls. Das liegt an den Problemen mit den Kolbenringen.

„Heutige Ringe bestehen aus Stahl, weil Stahl ein besseres Material als Gusseisen ist“, sagt er. „Er verträgt mehr Hitze. Er ist formbarer. Die Leute haben die falsche Vorstellung, dass ein Ring stark und wirklich steif sein muss. Er ist kein struktureller Bestandteil des Kolbens. Der Kolbenbolzen ist – das ist das Rückgrat des Kolbens und muss es sein.“ Seien Sie stark und steif. Der Ring ist eine Dichtung. Sie würden keine gusseiserne Dichtung zwischen den Block und den Zylinderkopf legen, um ihn abzudichten. Nein, Sie legen etwas Weiches ein. Es könnte ein mehrlagiger Stahl sein, aber das ist es müssen anpassungsfähig sein. Dichtungen brauchen Konformität.“

Durch die Verwendung eines Stahlrings kann er sich bewegen, ist duktiler und kann die Aufgabe eines Kolbenrings besser erfüllen als Gusseisen, weil er eine größere elastische Festigkeit hat. Die Einschränkung besteht darin, dass Stahlringe nicht die Porosität aufweisen, die Gusseisen aufweist.

„Diese Porosität ermöglicht es ihm, Öl zu halten, was uns zu den vier Rs zurückführt – richtiges Öl, richtiger Ort, richtige Zeit und richtige Menge“, sagt er. „Die Porosität der Old-School-Ringe enthielt Öl, sodass das Öl nicht nur für die Dichtung, sondern auch für die Schmierung des Rings zur Verfügung stand. Dadurch mussten die Honung und die Oberfläche der Zylinderwand nicht so exakt sein.“ , also Jungs würden wirklich grobe Bohrungen haben.

„Da das Chrom hart war, brauchte man bei Chromringen eine raue Oberfläche, um es einzubetten, da es bei plattiertem Chrom Unregelmäßigkeiten gibt. Was haben Sie getan, um das auszugleichen? Sie hatten eine sehr raue Bohrungsoberfläche, um das Chrom abzuschleifen, also konnte sich abnutzen. Deshalb dauerte es ewig, bis Motoren mit Chromringen einlaufen konnten.“

Um auf die Grundidee des richtigen Öls, des richtigen Ortes, der richtigen Zeit und der richtigen Menge zurückzukommen: Diese altmodischen Ringe hatten die Porosität, einen Teil der Arbeit für Sie zu erledigen. Die Oberflächenbeschaffenheit konnte fehlerhaft sein, da sie fehlerverzeihend war. Bei den heutigen Stahlringen, die ein besseres Material sind und gasnitriert oder PVD-beschichtet sind, gibt es keine Öleinlagerungen. Jetzt muss Ihr Öl in der Bohrung zurückgehalten werden, daher ist jetzt die Oberflächenbeschaffenheit der Bohrung entscheidend.

„Man muss sich mit Zahlen und Begriffen wie Ra, Rpk, Rvk, Rk auseinandersetzen – man sollte sich einfach besser an diese Begriffe gewöhnen, weil man sie kennen muss“, sagt Speed. „Ra ist, wie die meisten Leute wissen, Ihr Rauheitsdurchschnitt. Das Problem ist, dass ein Gipfel und ein Tal in Bezug auf Ra genau das Gleiche sind, außer dass es beim Sitzen auf dem einen weh tut und der andere in Ordnung ist. Ra allein ist es nicht.“ t genug.

„Um es noch komplexer zu machen: In der heutigen Welt haben wir auch viele verschiedene Materialien, aus denen die Bohrungen bestehen werden. Früher hatte jeder Grauguss. Heute gibt es Grauguss, verdichtetes Graphiteisen (CGI), Aluminium, Alusil usw. Alle diese Materialien unterscheiden sich aus chemischer Sicht. Es ist nur logisch, dass man dasselbe Schleifmittel mit derselben Belastung, derselben Geschwindigkeit, durch Materialien mit vier unterschiedlichen Härten und chemisch unterschiedlichen Eigenschaften laufen lässt Materialien erhalten Sie vier verschiedene Oberflächenveredelungen.

„Das ist die Lektion, die ich in den letzten 12 Monaten wahrscheinlich am meisten gelernt habe: Ich habe gesehen, wie unterschiedliche Menschen mit den gleichen Produkten unterschiedliche Erfolge und Misserfolge hatten und nicht verstanden haben, was fehlte – es war die Oberflächenbeschaffenheit. Das ist der Unterschied und der Grund für die Oberflächenbeschaffenheit.“ Dass das nicht einheitlich war, ist die Tatsache, dass das Blockmaterial, also das Bohrungsmaterial selbst, variiert. Selbst bei gehärteten Hülsen gibt es von einem Hersteller zum anderen große Unterschiede.“

Motorenbauer müssen sich mit diesen Variablen auseinandersetzen, von einem Block aus Grauguss über einen Block mit hohem Nickelgehalt bis hin zu einem Vollaluminiumblock, der mit Hülsen gegossen wird, im Vergleich zu einem Block aus Billet mit Hülsen. Sie müssen auch berücksichtigen, wie groß diese Ärmel sind. Wie viel hast du aus den Ärmeln herausgenommen? Sind sie sehr dünn? Sind sie sehr dick? All dies führt nicht nur zu Unterschieden bei der Unregelmäßigkeit der Oberflächenbeschaffenheit, sondern auch bei der Bohrungsverzerrung.

„Das sind die Herausforderungen, die unserer Meinung nach Spaß machen“, sagt Speed. „Das Tolle an einem Motor ist, dass ein Motor ein immer komplexeres Ding ist. Keiner von ihnen ist gleich. Die Umgebung, in der sie laufen, ist völlig unterschiedlich, daher gibt es keine magische Antwort. Wir alle wünschten, wir könnten einfach zu Smokeys oder Grumpys Buch gehen.“ Buch und blättern Sie einfach auf Seite 15 und da ist die Antwort, machen Sie es einfach. Ich wünschte, es wäre so einfach, aber das ist es nicht. Das ist es, was den Spaß macht.“

Diese unterschiedlichen Materialien haben auch Kolbenhersteller dazu veranlasst, verstärkt Beschichtungen auf Kolbenhemden und -böden zu verwenden, da diese den Komponentenverschleiß wirksam minimieren.

„Ein Großteil der von uns angebotenen Kolbensätze ist mit GRAFAL am Schaft versehen, was die Reibung verringert und als Dämpfungseigenschaft wirkt, wenn Kolben und Zylinder in Kontakt kommen“, sagt Maylish. „Die Phosphatbeschichtung kommt tatsächlich den Bolzenbohrungen und Ringnuten zugute, bis das Ölsystem des Motors den Betriebsdruck erreicht. Der Vorteil besteht darin, dass sie Abrieb und Mikroschweißen verhindert. Wir leben in einer Zeit, in der die Leistung gesteigert wird und dies neue Konzepte und Designs vorantreibt.“ und Möglichkeiten, den Kolben zu schützen.“

Die von Total Seal hergestellten Kolbenringe sind für viele verschiedene Anwendungen geeignet, da es keine einheitliche Lösung gibt.

„Wir haben eine Armee oder ein Arsenal an Technologien“, sagt Speed. „Es gibt kein einziges Material, keine einzige Beschichtung, kein einziges Design. Was für einen Turbodieselmotor ideal ist, wird sich von dem unterscheiden, was ideal für Ihren Honda Clone-Gokart-Motor ist. Wir beginnen mit der Anwendung und lassen dann die Anwendung bestimmen Material, die Beschichtung und das Design. Es geht um Effizienz, und wenn Sie Effizienz brauchen, können wir Ihnen helfen.“

Wenn es um die Maximierung der Effizienz geht, ist das Verständnis von Reibung, Verschleiß und Schmierung von entscheidender Bedeutung. Tatsächlich sind 40 % der Reibung in einem Motor darauf zurückzuführen, dass der Kolbenring an der Zylinderwand reibt. Wenn Sie versuchen, die Effizienz eines Motors zu verbessern, sollten Sie sich als Erstes das Kolbenringpaket ansehen.

„Aus diesem Grund sind wir aufgrund dieser Effizienz von 5/64-Ringen in Serienmotoren auf 2,8-mm-Ringe in Serienmotoren umgestiegen“, sagt Speed.

Auch wenn kein einzelner Kolbenringtyp für alle Motoranwendungen perfekt geeignet ist, gibt Lake zu, dass die Kombination der Technologien, die im diamantbearbeiteten Ring mit Gasanschlüssen zu sehen sind, vielversprechend ist.

„Das Diamantfinish macht den Ring glatter“, sagt er. „Während man diese Rauheit an der Zylinderwand haben muss, um das Öl festzuhalten, möchte man keine Rauheit am Ring haben, denn wenn man versucht, zwei Dinge miteinander abzudichten, kommt es zu Durchblasen. Durchblasen bedeutet weniger Effizienz.“ und mehr Ölverschmutzung – beides schlechte Dinge. Ein Standard-Produktionsring wird wahrscheinlich einen Ra-Wert irgendwo im Bereich von 13 bis 14 haben. Die diamantierten Ringe werden bei etwa 2 und ganz sicher unter 6 liegen. Das stimmt wirklich glatt. Das sorgt allein schon durch die glattere Oberfläche für eine bessere Ringdichtung.“

Ringe in der heutigen Umgebung dichten statische Spannungen nicht mehr ab. Früher, als es riesige Ringe und eine geringe Kompression gab, reichte diese Spannung des Rings aus, um die Dichtung herzustellen. Bei einem 17:1-Verdichtungsmotor, der einen Zylinderdruck von über 2.500 psi erzeugt, können Sie die Spannung nicht abdichten.

„Was dafür verantwortlich ist, ist der Gasdruck, der hinter den Ring gelangt, weshalb Leute wie Grumpy Jenkins Gasöffnungen in Kolben eingebaut haben, um dem Gas einen kürzeren Weg zu geben, um hinter den Ring zu gelangen und den Ring dynamisch zu nutzen“, sagt er. „Durch die Platzierung des Gasanschlusses im Ring anstelle des Kolbens muss man kein Loch mehr in den Kolben bohren und erhält den Platz zurück. Jetzt kann ich einen Gasanschluss in der Nähe der Ventilentlastungstasche haben.“ und ich muss mir keine Sorgen machen, dass dieser Anschluss zu nahe an der Tasche liegt. Ich kann eine gleichmäßig verteilte Anzahl von Anschlüssen im Ring haben und jetzt kann die Ventiltasche tiefer sein, um mehr Ventilhub zu erzielen oder was auch immer ich tun muss .

„Da außerdem die Reinigungsmittelzusätze im Motoröl auf Stahl wirksam sind und auf Aluminium nicht so wirksam, kann ich den Kolbenring länger sauber halten, sodass der Gasanschluss nicht verschmutzt und mit der Zeit nicht an Wirksamkeit verliert.“ Und weil ich sie gleichmäßig verteilt habe, benötige ich nicht so viel Anschlussvolumen. Dadurch wird die Bohrung nicht abgenutzt. Außerdem dreht sich der Ring ständig, sodass der Gasdruck nicht nur auf eine Stelle zielt . Es bewegt sich, also nutzt es die Bohrung gleichmäßig und weniger stark ab.“

Laut Lake können Motorenbauer die Vorteile des Gasanschlusses auf eine breitere Palette von Motoren anwenden als bisher. Diese Ringe bieten eine hervorragende Ringdichtung, was eine höhere Effizienz bedeutet und die Lebensdauer des Motors verlängert. Die Kolbenringtechnologie hat die breiteste Anwendung.EB