Bernie's blog

warum die DLC Kolbenringe nicht verbaut sind /Geheimnis gelüftet !

[Superbernie1966]

über den dysfunktionalen Handel im Internet habe ich lange genug monologisiert...

Jetzt geht es wieder um "langweiligen" Motorenbau.

Bei "modernen Saugmotoren" gibt es weniger Möglichkeiten Leistung und Verbrauch zu optimieren.
Die Saugmotoren sind ganz klar auf dem Rückzug. Turbo/Kompressor ist ganz einfach zu "tunen" und haben dank "downsize" Reibungsvorteile.

Früher hieß das noch Frisieren wobei die recht großen Toleranzen reduziert und ein paar Größen verbessert wurden.

-Pleuel und Kolben aufs gleiche Gewicht bringen
-Kurbelwelle wuchten
-Kanäle etwas weiten
-Brennraum auf gleiches Volumen bringen
-Verdichtung erhöhen
-Zündzeitpunkt gaanz wenig früher
-Mehrfachvergaser
-"scharfe" Nockenwelle ( in Wirklichkeit größerer Zeitquerschnitt ) mit angepassten Federn
-Abgasanlage mit geringerem Staudruck

-Drehzahlanhebung
-Hubraumvergrößerung

Also mehr Luft und Kraftstoff ( Durchsatz ). Wenn man vom Käfer ausgeht versteht man gut wie das Tuning damals funktioniert hat.

Bspl.: Es gibt ein maximaler Kompressionswert oberhalb dessen es zu unkontrollierbaren Verbrennungsstörungen ( Klopfen, Glühzündungen -> Motortod ) kommt. Deshalb muß unter allen Betriebsbedingungen sichergestellt sein, dass der Nutzer da nicht hinkommt.

Als Nutzer im Schwäbischen weis man, daß hier keine Temperaturen außerhalb -20°C bis +40°C vorkommen.
Also kann man ein kleines Stück die Kompression erhöhen. Und das 91er Normal-Benzin gibt es auch nicht mehr. Mit 95er, 98er oder gar 100+ geht deutlich mehr !

Eine Erhöhung des Expansionsverhältnisses bringt mehr Leistung und in diesem Fall auch einen besseren Wirkungsgrad. -> gut !
Expansionsverhältnis ist geometrisch gesehen das Ladungsvolumen bis Auslass öffnet dividiert durch das Volumen im oberen Todpunkt. Wenn das Ventil öffnet findet ein Druckausgleich statt und der Kolben "schiebt" nicht mehr. Die Steuerzeiten sind beim Sauger länger und somit macht das Auslassventil früher auf. Das in den Datenblättern angegebene Kompressionsverhältnis ist ebenso nur ein geometrischer Wert. Das Einlassventil ist in der Regel noch offen wenn der Kolben schon beim "Komprimieren" ist. Wie beim Auslass kann das auch um die 40° Kurbelwinkel sein.
Je länger die Öffnungszeiten von Ein- und Auslass sind, desto "schärfer" ist / sind die Steuerzeit /en. Ein weiterer Aspekt ist die "Überschneidung". Beim Sauger ganz wichtig weil das abströmende Abgas die frische Ladung "ansaugt". Diese Entdeckung war wohl ein Zufall und hat einen Leistungsschub gebracht.

bitte keine Diskussion über Sinn und Unsinn von "saugen"; im alltäglichen Gebrauch ist klar was "saugen" oder "blasen" bedeutet. In Absolutdruck denken die wenigsten Leute.

Jetzt sind wir ganz weit weg von den Kolbenringen.
Man kann den thermodynamischen Wirkungsgrad erhöhen bis man an die Grenzen kommt.

Man kann auch die Reibung reduzieren. Weniger Reibung bedeutet mehr Leistung an der Welle. und weniger Abwärme.
Also dünnes Öl, Reibungsminderer, Beschichtungen, Reduzierung der Relativgeschwindigkeit, Wechsel von Misch- und Gleitreibung zu Rollreibung, Reduzierung der Oberflächen, Verringerung von Vorspannungen und Optimierung der Materialpaarungen.

Jetzt kann man das weiter ausführen. Der "Stein der Weisen" ist auch hier noch lange nicht gefunden. Eine bestimmte Maßnahme hat entsprechende Folgen. Mit dünnerem Öl z.Bspl. kommt man der Mischreibung näher was mehr Reibarbeit und Verschleiß bedeutet. Die Spalte müssen enger toleriert und die Oberfläche glatter sein. Das bedeutet höhere Kosten in der Produktion.
Man erkauft sich den geringeren Verbrauch.

Wenn man nach dem größten Verursacher von Reibung im Hubkolbenmotor sucht findet man den Kolben mit den Kolbenringen. Etwa 25% der Gesamtmotorreibung fallen hier an.
Ist ja auch klar. Die Kolbenringe müssen ziemlich gasdicht sein. Dazu liegen sie im gesamten Umfang im Zylinder dicht an. ( bis auf den Ringstoß ) die Verdichtungsringe werden vom Gasdruck des Brennraumes und ihre Vorspannung an die Zylinderwand gepresst.
Die Kolbenringe befinden sich oft in der Misch- und Trockenreibung ( OT und UT ) Im den Totpunkten ist die Relativgeschwindigkeit einen kurzen Moment =0.

Früher hatte man sehr harte Gusszylinder (mit Si und Cr und Mn) und teilweise Kolbenringe aus Grauguss ( Graphit Lamellen ) die recht robust gegen "Fressen" waren. Besonders das weiche Graugusszeug hatte Verschleiß und man musste die Ringe aufgrund Abnutzung ersetzen. Beim Käfer kein Problem. Teilweise konnte man die Zylinder -so wie sie waren- wiederverwenden.

Heute darf ein Kolbenring innerhalb 150.000 km nicht mehr verschleißen und deshalb sind die sehr viel härter geworden.
Auf der anderen Seite ist ein Zylinder im Verbrennungsmotor nicht perfekt rund. Der Kolbenring muss das ausgleichen. Und er soll am Zylinder kein Material abtragen. Deshalb ist der nicht durchgehend hart sondern elastisch und an der Oberfläche hart. Das macht man durch Oberflächenbehandlung wie Nitrieren, Verchromen. manche Ringe haben auch eine plasmagespritzte Einlaufbeschichtung (Molybdän)

Laut Untersuchungen ist die Kombination von Alusil und DLC beschichteten Kolbenringen sehr reibarm mü etwa 0,05+0,1 also sehr viel flutschiger als die anderen...

So: meine Verdichtungsringe waren Chrom-Keramik beschichtet und ich habe dann noch DLC draufgepackt. Ja - das Stoßspiel hätte man besser vorher gemacht. Aber: die Superdupervorrichtung war da noch nicht fertig und die scharfen Kolbenringe im Motorblock einzustellen hinterlässt Kratzer !
Jedenfalls ist DLC wahnsinnig hart. Mit der Feile ist es als würde man einen Quarz oder eine andere Feile beharken.
Deshalb musste der Druckluftschleifer aktiviert werden.

Langer Rede kurzer Sinn: In der Produktion beim Verchromen bildet sich am Punkt erhöhter Feldstärke ( Ringstoß ) ein Aufwurf. In einem Graugussblock glättet das schnell und weitgehend folgenlos ein. In meinem Alusil Zylinder gibt das einen Kratz pro rauf oder runter.

In Nullkommanix ist die Bohrung kaputt. Das DLC verschleisst nicht ! Das ist wie eine Schneidplatte auf dem Kolbenring. Und verrückterweise auf der Seite, die ich NICHT bearbeitet habe. Quasi ab Werk.
Deshalb habe ich alle DLC Kolbenringe wieder demontiert und die gut eingelaufenen original Ringe verbaut. Pfusch ? Nein - mit 0,85 mm Stoßspiel sind wir auf der sicheren Seite. Die 2ten Ringe sind neu und mit einem Stoß von 0,3 mm hinreichend eng.

Ich rede mit den Mahle Jungs ob sie mir einen Satz neue Ringe spendieren können.

Bei den DLC Kolbenbolzen bin ich positiv überrascht; die flutschen sehr leicht. Aber auch hier verfügen die über magische Kräfte. Wenn man die schwarzen Kobos im Pleuelauge umeinanderschiebt wird der Kobo goldfarben. Der frisst die Büchse. Die Schicht ist aber nur 3/ 1000 mm dick - wie geht das ?

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neue Riefen in den neu gehonten Zylindern durch neuartiges Verfahren

[Goify]

OK, halbwegs verstanden. Und nun?

[PIPD black]

Verstehe ich das richtig? Die Riefen im Zylinder sind nicht vom Hohnen sondern von deinen beschichteten Kolbenringen?

[Superbernie1966]

@PIPD black

Ja - ich habe weder Kosten noch Mühe gescheut und supadupa hightech verbaut. Damit der Stoß auch gerade / senkrecht wird habe ich nur eine Seite beschliffen und die unbearbeitete Seite hat mir Kratzer hineingezogen !

@Goify

es ist alles zu spät ! Diese Riefen in diesen Zylindern sind in Cabby's neuem Motor. Und das Ding geht wie Hölle !
Ein paar Kleinigkeiten muss ich noch in Ordnung bringen, dann bin ich GLÜCKLICH !