Emner:
- Algemeen
- Stempelbunn
- materialer
- Stempelringer
- Endelig klaring av stempelringene
- Stempelstift
- Avsaksering av stempelpinnen
- Stempelforvrengning
- Vippestempel
- Kjøling
generelle:
Stemplene gjør opp og ned bevegelser i sylinderen. Sylinderen sitter fast i motorblokken og beveger seg ikke. Stempelet beveger seg konstant fra ODP (Lower Dead Center) til TDC (Top Dead Center) i sylinderen. Forbrenningen skjer på toppen av stempelet (kalt stempelbunnen). Fordi inntaksventilene åpnes og stemplet beveger seg mot, dannes det et vakuum i inntaksdelen. Dette vakuumet suger luft (eller en drivstoffblanding) inn i sylinderen. I en superladet motor (ved hjelp av turbo eller kompressor) presses inntaksluften inn i sylinderen med et visst overtrykk.
De inntaksventiler lukkes og stempelet beveger seg opp. Luften (eller drivstoffblandingen) komprimeres (komprimeres) deretter ved a bensinmotor med a tennplugg og på ett dieselmotor antennes ved å tilsette diesel.
Fordi blandingen antennes, presses stempelet ned med stor kraft. Og så eksosventiler åpnes og stempelet skyver de brente gassene inn i eksosen på oppslaget.
Stempler må oppfylle følgende egenskaper:
- Lavest mulig masse for å holde massekreftene i TDC og ODP så lave som mulig. Små massekrefter legger mindre belastning på lagrene og tillater høyere rotasjonsfrekvenser.
- God varmeledning; temperaturen på stempelbunnen kan overstige 400 grader Celsius. For å hindre at temperaturen på stempelbasen stiger for høyt, avkjøles den hele tiden med en oljestråle mot undersiden. Den lavere termiske belastningen gir mindre slitasje og mindre oljeforbruk.
- Tilstrekkelig mekanisk motstand.
- Lav friksjonskoeffisient.
Stempelbunn:
Toppen av stempelet kalles "kronen" eller "stempelbunnen." Utsparinger for ventilene er ofte slipt i stempelbunnen.
I dieselmotorer med direkte innsprøytning er stempelbunnen ofte fortsatt en del av forbrenningsrommet. Et spesielt hulrom blir deretter slipt i stempelet, som tjener til å virvle luften. Luften i det rommet vil gjøre en virvlende bevegelse, slik at dieseldrivstoffet umiddelbart blander seg godt med denne luften under injeksjonen.
Bildet viser en dieselmotor med direkte innsprøytning med et forsvirvelkammer i stempelet. En indirekte injisert dieselmotor har et separat forsvirvelkammer i sylinderhodet. Det er da ikke noe forbrenningsrom i stempelbunnen.
Materialer:
Stempler er vanligvis laget av aluminium eller magnesiumlegeringer. Noen ganger brukes smidde aluminiumsstempler med stempelbasene forkrommet. Disse er veldig sterke og har lav vekt. Fordelen er at de på grunn av sin lave vekt også har en lavere mekanisk belastning på sylinderveggene (og dermed mindre slitasje), pluss at de kan brukes i motorer med mye kraft. På grunn av den spesialiserte produksjonen er prisen mye høyere enn vanlige aluminiumsstempler.
Det lages også små spor i siden av stempelet, sammenlignbare med honesporene i sylinderveggen. Disse tjener til å liksom "bære" oljen når man beveger seg opp og ned. Hvis det ikke var små riller, kunne oljen ganske enkelt bevege seg forbi dem og havne i forbrenningskammeret.
Stempelringer:
Stempelringer skal sikre best mulig gasstetning mellom stempelet i sylinderen. Lekkasjer langs stempelringene forårsaker blant annet:
- Kompresjonstap (derved også krafttap).
- Oljetap gjennom brennkammeret.
- For tidlig aldring og forurensning av oljen; Fordi lekkasjegasser kommer inn i oljen, kan disse gassene blande seg med oljen og få oljen til å eldes.
Det er alltid et lag med olje mellom stempelringsporene og stempelringene (se bildet under). Det er ikke mulig å la stempelringene alene ta seg av tetningen. Oljen spiller også en viktig rolle i dette. Det går slik:
- Når stempelet stiger, beveger stempelringene seg til den nedre delen av stempelringsporet. (se bilde)
- Olje på sylinderveggen trenger inn mellom stempelringen og stempelringens spor. Dette fører til at stempelet presses mot sylinderveggen.
Når oljeskraperingene er slitt, kan oljen komme inn mellom sylinderveggen og oljeskraperingen og føre til at den havner i brennkammeret. Oljen blir deretter brent, noe som resulterer i blå eller svart røyk fra eksosen. Blå røyk kommer fra motorolje som kommer direkte inn i eksosen, uforbrent og fordamper. I svart røyk har oljen deltatt i forbrenningsprosessen og de brente oljerestene forlater eksosen i form av (svart) sot.
Endelig klaring av stempelringene:
Sporklaringen er mellomrommet mellom de to endene av stempelringen. Hvis låseklaringen er for liten, har ikke stempelringen plass til å formes til en mindre diameter. Sylinderveggen kan bli skadet og stempelringen kan gå i stykker. Hvis låseklaringen er for stor, er det for mye plass mellom endene; stempelringene tetter ikke tilstrekkelig og kan forårsake tap av kompresjon eller økt oljeforbruk.
Låseklaringen måles med en følemåler. Med målingen ovenfor bør låseklaringen være mellom 0,35 og 0,55 mm. Følemåleren med en tykkelse på 0,5 mm kunne beveges gjennom med noe motstand. Så den endelige klareringen er fin. For mer informasjon, se siden "stempelring mål" under overskriften Måler mekanisk.
Stempelstift:
Stempelpinnen brukes til å roterbart feste stempelet til koblingsstangen. Stempelpinnen er (teoretisk) montert i midten av stempelet og er sikret med en låsering. I virkeligheten er stempelpinnen montert utenfor midten, noe som forbedrer ytelsen. Mer informasjon om dette finner du nedenfor i neste kapittel: Avsaksering av stempelpinnen.
Desaxation av stempelpinnen:
Off-akse posisjon av stempelpinnen betyr at stempelpinnen ikke er helt sentrert (som vist på figuren). Disse stemplene må selvfølgelig også monteres i en bestemt retning. Retningen er angitt med en pil, som er markert i stempelbunnen. Denne pilen peker mot distribusjonssiden.
Å plassere stempelpinnen utenfor midten tjener en viktig hensikt; redusere slitasje på sylinderveggen og reduser støyen fra stempelet ved bytte av sylindervegger. Når stempelet beveger seg opp presses det mot venstre side av sylinderveggen og når det beveger seg ned presses det mot høyre side. For hvert kraftslag vil stempelet bli slått fra venstre side mot høyre side med enorm kraft.
Fordi stempelpinnen er plassert utenfor midten, er koblingsstangen allerede oppreist før TDC. Stempelet beveger seg til høyre side av sylinderen før kraftslaget. Når kraftslaget nå finner sted, er stempelet allerede i riktig posisjon og kan nå gå rett ned i en bevegelse. På grunn av den off-senter stempeltappen, blir ikke stempelet lenger slått mot sylinderveggen av kraftslaget, noe som reduserer støy og slitasje.
Stempelforvrengning:
Stempelet får en annen form i en varm motor enn i en kald motor. Materialet utvider seg på grunn av varmen. Stempelet er konstruert slik at ekspansjon kun skjer i én retning. Ellers kan stempelet sette seg fast i sylinderen.
Helt til venstre i figuren kan stempelet sees i normal tilstand. Det midterste bildet er av stempelet i sylinderen sett ovenfra, når det er i driftstemperatur. Så motoren har gått en stund, noe som har fått stempelmaterialet til å varmes opp og utvide seg. Det høyre bildet er av stempelet i kald tilstand. Denne er nå oval i form. Pilene over og under indikerer forskjellen i størrelse. Stempelet på det høyre bildet er forsterket i bredden og bevisst konstruert i lengden slik at det får plass til å utvide seg. Grunnen til dette er at hvert materiale utvider seg når det varmes opp. Stempelet må også gis plass til dette.
Siden som ikke utvider seg, dvs. venstre og høyre side av stempelet i illustrasjonen, presses mot sylinderveggen under kraftslaget. Denne siden absorberer glidekraften (se bildet i kapittelet under "vippestempel". Denne er selvsagt konstruert slik, for ellers blir mellomrommet mellom stempelet og sylinderveggen for stort med denne enorme kraften. Stempelet da blir motoren kastes mot sylinderveggen og vil derfor ha kort levetid.
Til tross for dette kan lyden fortsatt være annerledes når motoren er kald enn når motoren er varm. Når motoren er kald, er det så mye slark mellom stempel og sylinder at det fortsatt kan høres en liten bankelyd. Dette er ikke noe problem i det hele tatt, så lenge motoroppvarmingsfasen går jevnt. Med dette mener jeg at motoren må varmes opp sakte (ikke for høye turtall og absolutt ikke for mye gass ved lave turtall). Hvis dette skjer, har stempelet ennå ikke utvidet seg helt og oljen har ennå ikke nådd driftstemperaturen på minst 60 eller 80 grader. Motoren får da vesentlig kortere levetid. Sylinderveggen vil slites raskere, det samme vil siden av stempelet, som vil slites hardt. Støyen fra stempelet kan også reduseres av produsenten ved å bruke "deaxation". (Se kapittel over).
Vippestempel:
Mens det beveger seg opp og ned, beveger stempelet seg også litt i bredderetningen i sylinderveggen. Dersom det oppstår slitasje i sylinderveggen på grunn av feil bruk av motoren (tenk å kjøre fort/høyt turtall når motoren er kald), kan delen av sylinderveggen (merket rødt på bildet) bli hul. Dårlig materialvalg fra bilprodusenten kan også spille en stor rolle i dette (tenk på enkelte 1.4 16v motorer fra VAG) Dette gjør at bredden på sylinderveggen øker og derfor får stempelet større bevegelsesfrihet som en resultat av glidekraften. I så fall snakker vi om "vippestempler". Bildet viser at stempelet er trukket litt vridd i sylinderen. En litt overdrevet situasjon, men konseptet med "vippestempel" er godt synlig.
Resultatet av å vippe stempler er at motoren lager mye tikkende lyder. Det kan noen ganger nesten sammenlignes med lyden som produseres av en dieselmotor. Lyden er rent å treffe sylinderveggen på grunn av den ekstra plassen stempelet har i sylinderen. Som følge av dette øker ofte oljeforbruket (pga dårlig tetting) og slitasje vil ofte også øke. Det eneste som kan gjøres med dette er å overhale motoren.
Kjøling:
Stempelet avkjøles ved å spraye motorolje i bunnen. Dette kan gjøres med en oljesprøyte (se bildet under), eller gjennom et hull i vevstangen. Dette, sammen med mer informasjon om kjøling og smøring, er beskrevet på siden smøresystem.
