emner:
- generelt
- Stempelbund
- Materialer
- Stempelringe
- Endelig frigang af stempelringene
- Stempelstift
- Afsaxering af stempelstiften
- Stempelforvrængning
- Vippestempel
- Køling
overordnet:
Stemplerne laver op og ned bevægelser i cylinderen. Cylinderen sidder fast i motorblokken og bevæger sig ikke. Stemplet bevæger sig konstant fra ODP (Lower Dead Center) til TDC (Top Dead Center) i cylinderen. Forbrændingen sker i toppen af stemplet (kaldet stempelbunden). Fordi indsugningsventilerne åbner og stemplet bevæger sig mod, skabes et vakuum i indsugningssektionen. Dette vakuum suger luft (eller en brændstofblanding) ind i cylinderen. I en superladet motor (ved hjælp af en turbo eller kompressor) skubbes indsugningsluften ind i cylinderen med et vist overtryk.
De indsugningsventiler lukke og stemplet bevæger sig op. Luften (eller brændstofblandingen) komprimeres (komprimeres) derefter ved a benzinmotor med a tændrør og på én dieselmotor antændes ved tilsætning af diesel.
Fordi blandingen antændes, presses stemplet ned med stor kraft. Derefter udstødningsventiler åbner, og stemplet skubber de brændte gasser ind i udstødningen på opslaget.
Stempler skal opfylde følgende egenskaber:
- Den lavest mulige masse for at holde massekræfterne i TDC og ODP så lave som muligt. Små massekræfter belaster lejerne mindre og tillader højere rotationsfrekvenser.
- God varmeledning; temperaturen på stempelbunden kan overstige 400 grader Celsius. For at undgå at temperaturen på stempelbunden stiger for højt, afkøles den konstant med en oliestråle mod undersiden. Den lavere termiske belastning resulterer i mindre slid og mindre olieforbrug.
- Tilstrækkelig mekanisk modstand.
- Lav friktionskoefficient.
Stempelbund:
Toppen af stemplet kaldes "kronen" eller "stempelbunden". Udsparinger til ventilerne er ofte slebet i stempelbunden.
I dieselmotorer med direkte indsprøjtning er stempelbunden ofte stadig en del af forbrændingsrummet. Et særligt hulrum bliver derefter slebet i stemplet, som tjener til at hvirvle luften. Luften i det rum vil lave en hvirvlende bevægelse, så dieselbrændstoffet umiddelbart blander sig godt med denne luft under indsprøjtningen.
Billedet viser en dieselmotor med direkte indsprøjtning med et forhvirvelkammer i stemplet. En indirekte indsprøjtet dieselmotor har et separat for-hvirvelkammer i topstykket. Der er så ikke noget forbrændingsrum i stempelbunden.
Materialer:
Stempler er normalt lavet af aluminium eller magnesiumlegeringer. Nogle gange bruges smedede aluminiumsstempler med stempelbundene forkromet. Disse er meget stærke og har en lav vægt. Fordelen er, at de på grund af deres lave vægt også har en lavere mekanisk belastning på cylindervæggene (og derfor mindre slid), plus at de kan bruges i motorer med meget kraft. På grund af den specialiserede produktion er prisen en del højere end normale aluminiumsstempler.
Der laves også små riller i siden af stemplet, sammenlignet med honingrillerne i cylindervæggen. Disse tjener til at "bære" olien, når de bevæger sig op og ned. Hvis der ikke var tilvejebragt små riller, kunne olien blot bevæge sig forbi dem og ende i forbrændingskammeret.
Stempelringe:
Stempelringe skal sikre den bedst mulige gastætning mellem stemplet i cylinderen. Utætheder langs stempelringene forårsager bl.a.
- Kompressionstab (derved også effekttab).
- Olietab gennem forbrændingskammeret.
- For tidlig ældning og forurening af olien; Fordi lækagegasser kommer ind i olien, kan disse gasser blandes med olien, hvilket får olien til at ældes.
Der er altid et lag olie mellem stempelringsrillerne og stempelringene (se billedet nedenfor). Det er ikke muligt at lade stempelringene alene tage sig af tætningen. Olien spiller også en vigtig rolle i dette. Det går sådan her:
- Når stemplet hæver sig, bevæger stempelringene sig til den nederste del af stempelringens rille. (se billede)
- Olie på cylindervæggen trænger ind mellem stempelringen og stempelringens rille. Dette får stemplet til at blive presset mod cylindervæggen.
Når olieskraberingene er slidte, kan olien komme mellem cylindervæggen og olieskraberingen, så den ender i forbrændingskammeret. Olien bliver derefter brændt, hvilket resulterer i blå eller sort røg fra udstødningen. Blå røg kommer fra motorolie, der kommer direkte ind i udstødningen, uforbrændt og fordamper. I sort røg har olien deltaget i forbrændingsprocessen og de brændte olierester forlader udstødningen i form af (sort) sod.
Endelig frigang af stempelringene:
Spalteafstanden er mellemrummet mellem de to ender af stempelringen. Hvis låseafstanden er for lille, har stempelringen ikke plads til at formes til en mindre diameter. Cylindervæggen kan blive beskadiget, og stempelringen kan knække. Hvis låseafstanden er for stor, er der for meget mellemrum mellem enderne; stempelringene tætner ikke tilstrækkeligt og kan forårsage tab af kompression eller øget olieforbrug.
Låseafstanden måles med en følemåler. Med ovenstående måling bør låseafstanden være mellem 0,35 og 0,55 mm. Følemåleren med en tykkelse på 0,5 mm kunne bevæges igennem med en vis modstand. Så det sidste spil er fint. For mere information, se siden "stempelringsmål” under overskriften Måler mekanisk.
Stempelstift:
Stempelstiften bruges til roterbart at fastgøre stemplet til plejlstangen. Stempelstiften er (teoretisk) monteret i midten af stemplet og er sikret med en låsering. I virkeligheden er stempelstiften monteret off-center, hvilket forbedrer ydeevnen. Mere information om dette kan findes nedenfor i næste kapitel: Afsaxering af stempelstiften.
Desaxation af stempelstiften:
Stempelstiftens position uden for aksen betyder, at stempelstiften ikke er helt centreret (som vist på figuren). Disse stempler skal naturligvis også monteres i en bestemt retning. Retningen er angivet med en pil, som er markeret i stempelbunden. Denne pil peger mod fordelingssiden.
At placere stempelstiften off-center tjener et vigtigt formål; reducere slid på cylindervæggen og reducere støjen fra stemplet ved udskiftning af cylindervægge. Når stemplet bevæger sig opad, presses det mod venstre side af cylindervæggen, og når det bevæges nedad, presses det mod højre side. Med hvert kraftslag vil stemplet blive slået fra venstre side mod højre side med enorm kraft.
Fordi stempelstiften er placeret off-center, er plejlstangen allerede oprejst før TDC. Stemplet bevæger sig til højre side af cylinderen før kraftslaget. Når kraftslaget nu finder sted, er stemplet allerede i den rigtige position og kan nu gå lige ned i én bevægelse. På grund af den off-centrerede stempelstift bliver stemplet ikke længere slået mod cylindervæggen af kraftslaget, hvilket reducerer støj og slid.
Stempelforvrængning:
Stemplet får en anden form i en varm motor end i en kold motor. Materialet udvider sig på grund af varmen. Stemplet er konstrueret således, at ekspansion kun sker i én retning. Ellers kan stemplet sætte sig fast i cylinderen.
Yderst til venstre i figuren kan stemplet ses i normal tilstand. Det midterste billede er af stemplet i cylinderen set oppefra, når det er i driftstemperatur. Så motoren har kørt i et stykke tid, hvilket har fået stempelmaterialet til at varme op og udvide sig. Det højre billede er af stemplet i kold tilstand. Denne er nu oval i form. Pilene over og under angiver forskellen i størrelse. Stemplet på det højre billede er forstærket i bredden og bevidst konstrueret i længden, så det får plads til at udvide sig. Grunden til dette er, at hvert materiale udvider sig, når det opvarmes. Stemplet skal også gives plads til dette.
Den side, der ikke udvider sig, dvs. venstre og højre side af stemplet i illustrationen, presses mod cylindervæggen under kraftslaget. Denne side optager glidekraften (se billedet i kapitlet nedenfor "vippestemplet". Dette er naturligvis opbygget på denne måde, for ellers er mellemrummet mellem stemplet og cylindervæggen for stort med denne enorme kraft. Stemplet så bliver motoren kastes mod cylindervæggen og vil derfor have en kort levetid.
På trods af dette kan lyden stadig være anderledes, når motoren er kold, end når motoren er varm. Når motoren er kold, er der så meget slør mellem stempel og cylinder, at der stadig kan høres en let bankende lyd. Dette er overhovedet ikke et problem, så længe motorens opvarmningsfase forløber jævnt. Med dette mener jeg, at motoren skal varmes langsomt op (ikke for høje hastigheder og bestemt ikke for meget gas ved lave hastigheder). Hvis dette sker, er stemplet endnu ikke helt udvidet, og olien har endnu ikke nået driftstemperaturen på mindst 60 eller 80 grader. Motoren vil da have en væsentlig kortere levetid. Cylindervæggen vil slides hurtigere, ligesom siden af stemplet, som vil slides hårdt. Støjen fra stemplet kan også reduceres af producenten ved at anvende "afsaxering". (Se kapitlet ovenfor).
Vippestempel:
Mens det bevæger sig op og ned, bevæger stemplet sig også lidt i bredderetningen i cylindervæggen. Hvis der opstår slid i cylindervæggen på grund af forkert brug af motoren (tænk at køre hurtigt/høje omdrejninger, når motoren er kold), kan den del af cylindervæggen (markeret rødt på billedet) blive hul. Et dårligt materialevalg hos bilproducenten kan også spille en stor rolle i dette (tænk på visse 1.4 16v motorer fra VAG) Det betyder, at bredden på cylindervæggen øges, og derfor får stemplet mere bevægelsesfrihed som en resultat af glidekraften. I så fald taler vi om "vippestempler". Billedet viser, at stemplet er trukket let snoet i cylinderen. En lidt overdrevet situation, men begrebet "vippestempel" er tydeligt synligt.
Resultatet af at vippe stempler er, at motoren laver mange tikkende lyde. Det kan nogle gange næsten sammenlignes med lyden fra en dieselmotor. Lyden er udelukkende et slag af cylindervæggen på grund af den ekstra plads, som stemplet har i cylinderen. Som følge heraf stiger olieforbruget ofte (pga. dårlig tætning), og sliddet vil ofte også stige. Det eneste, der kan gøres ved dette, er at eftersyne motoren.
Køling:
Stemplet afkøles ved at sprøjte motorolie i bunden. Dette kan gøres med en oliesprøjte (se billedet nedenfor), eller gennem et hul i plejlstangen. Dette sammen med mere information om køling og smøring er beskrevet på siden smøresystem.
