Alles wat je ooit wilde weten over moderne zuigers (en waarschijnlijk een paar dingen die je niet wist)

Product, Lijn, Loodgieterswerk, Huishoudelijke ijzerwaren, Aluminium, Cirkel, Plastic, Illustratie, Zilver, Accessoire keukenapparatuur,

ROY RITCHIE, MARK BRAMLEY, MICHEAL SIMARI , ROBERT KERIAN, INTERNATIONAL TRUCKS, STIHL USA, THE MANUFACTUR

De aluminium slakken in uw motor leven in een vurige hel. Bij 6.000 toeren per minuut en volgas wordt een zuiger in een benzinemotor elke 0,02 seconde onderworpen aan bijna 10 ton kracht, terwijl herhaalde explosies het metaal verhitten tot meer dan 600 graden Fahrenheit.

Dezer dagen is dat cilindrische Hades heter en intenser dan ooit, en het zal waarschijnlijk alleen maar erger worden voor zuigers. Als automakers jacht hogere efficiëntie, zuiger fabrikanten bereiden zich voor op een toekomst waarin de meest-potente natuurlijk aangezogen benzinemotoren 175 pk per liter produceren, omhoog van 130 vandaag. Met turbolading en hogere vermogens komen nog zwaardere omstandigheden. In de afgelopen tien jaar zijn de bedrijfstemperaturen van de zuigers met 120 graden gestegen, terwijl de piekcilinderdrukken zijn opgelopen van 1500 psi tot 2200.

Een zuiger vertelt een verhaal over de motor waarin hij zich bevindt. De kroon kan de boring onthullen, het aantal kleppen, en of de brandstof al dan niet rechtstreeks in de cilinder wordt ingespoten. Maar het ontwerp en de technologie van een zuiger kunnen ook veel zeggen over de bredere trends en uitdagingen waarmee de auto-industrie wordt geconfronteerd. Om een spreuk te gebruiken: zoals de auto gaat, zo gaat de motor; en zoals de motor gaat, zo gaat de zuiger. In hun streven naar een zuiniger brandstofverbruik en lagere emissies vragen autofabrikanten om lichtere zuigers met minder wrijving en voldoende uithoudingsvermogen om zwaardere bedrijfsomstandigheden te doorstaan. Het zijn deze drie punten – duurzaamheid, wrijving en massa – die de werkdag van de zuigerleveranciers in beslag nemen.

In veel opzichten volgt de ontwikkeling van benzinemotoren het pad dat 15 jaar geleden door diesels werd uitgestippeld. Ter compensatie van de 50 procent hogere piekcilinderdruk hebben sommige aluminiumzuigers nu een ijzeren of stalen tussenstuk om de bovenste ring te ondersteunen. De heetste benzinemotoren zullen binnenkort een koelgalerij nodig hebben, of een ingesloten kanaal aan de onderkant van de kroon dat efficiënter is in het verwijderen van hitte dan de huidige methode om de onderkant van de zuiger eenvoudigweg met olie te besproeien. De sproeiers spuiten olie in een kleine opening aan de onderkant van de zuiger die de galerij voedt. De schijnbaar eenvoudige technologie is echter niet gemakkelijk te fabriceren. Om een holle doorgang te maken, moet de zuiger in twee stukken worden gegoten en via wrijving of laserlassen worden samengevoegd.

De zuigers zijn verantwoordelijk voor ten minste 60 procent van de wrijving van de motor, en verbeteringen op dit gebied hebben een directe invloed op het brandstofverbruik. Wrijving-verminderende, grafiet-geïmpregneerd hars patches zeefdruk op de rok zijn nu bijna universeel. Zuigermengelleverancier Federal-Mogul experimenteert met een taps toelopend oppervlak op de oliering, waardoor de ringspanning kan worden verlaagd zonder dat het olieverbruik toeneemt. Lagere ringwrijving kan tot 0,15 pk per cilinder vrijmaken.

Automakers zijn ook hongerig naar nieuwe wrijvingsverminderende afwerkingen tussen onderdelen die tegen elkaar wrijven of roteren. De harde en gladde diamantachtige deklaag, of DLC, houdt belofte voor cilindervoeringen, zuigerveren, en polspinnen, waar het de behoefte aan lagers tussen de pin en de drijfstang kan elimineren. Maar het is duur en heeft weinig toepassingen in de auto’s van vandaag.

“Er wordt vaak over DLC gesproken, maar of ze in productieauto’s terechtkomen is nog maar de vraag,” zegt Joachim Wagenblast, senior directeur productontwikkeling bij Mahle, een Duitse leverancier van auto-onderdelen.

Steeds verfijndere computermodellen en preciezere fabricagemethoden maken ook complexere vormen mogelijk. Naast de schalen, koepels en klepinkepingen die nodig zijn voor de speling en om een bepaalde compressieverhouding te bereiken, hebben asymmetrische skirts een kleiner, stijver gebied aan de stuwzijde van de zuiger om wrijving en spanningsconcentraties te verminderen. Draai een zuiger om en u ziet taps toelopende wanden die nauwelijks meer dan 0,1 inch dik zijn. Dunnere wanden vereisen een striktere controle op toleranties die al worden gemeten in microns, of duizendsten van een millimeter.

Dunnere wanden vereisen ook een beter begrip van de thermische uitzetting van een voorwerp dat soms in enkele seconden moet opwarmen van beneden het vriespunt tot enkele honderden graden. Het metaal in uw motor zet niet gelijkmatig uit als het opwarmt, dus het optimaliseren van toleranties vereist de ontwerpervaring en nauwkeurige bewerkingsmogelijkheden om kleine excentriciteiten in de onderdelen aan te brengen.

“Niets wat we maken is opzettelijk recht of rond,” zegt Keri Westbrooke, directeur van engineering en technologie bij Federal-Mogul. “

De zuigers van dieselmotoren ondergaan hun eigen evolutie naarmate de piekcilinderdruk oploopt tot 3600 psi. Mahle en Federal-Mogul voorspellen een verschuiving van gegoten aluminium naar gesmede stalen zuigers. Staal is dichter dan aluminium, maar drie keer sterker, wat leidt tot een zuiger die beter bestand is tegen hogere drukken en temperaturen, zonder dat het gewicht toeneemt.

Staal maakt een opmerkelijke verandering in de geometrie mogelijk door de compressiehoogte van de zuiger te verkorten, gedefinieerd als de afstand van het midden van de pen van de pols tot de bovenkant van de kroon. Dit gebied is goed voor 80% van het gewicht van de zuiger, dus korter betekent meestal lichter. Belangrijk is dat een lagere compressiehoogte niet alleen de zuigers kleiner maakt. Het maakt ook een korter en lichter motorblok mogelijk omdat de dekhoogte wordt verminderd.

Mahle produceert stalen zuigers voor toonaangevende turbodiesel toepassingen, zoals de vier keer Le Mans-winnende Audi R18 TDI en Mazda’s LMP2 Skyactiv-D motor. Het bedrijf zal later dit jaar beginnen met het verschepen van zijn eerste stalen zuigers voor een lichte productiedieselmotor, een Renault 1,5-liter viercilinder.

De blijvende relevantie van de verbrandingsmotor is te danken aan de voortdurende evolutie van zijn componenten. Zuigers zijn niet sexy. Ze zijn niet zo modieus als een lithium-ion batterij, niet zo complex als een transmissie met dubbele koppeling en ook niet zo interessant als een torque-vectoring differentieel. Maar na meer dan een eeuw van vooruitgang in de auto-industrie produceren zuigerzuigers nog steeds de meeste kracht die ons voortbeweegt.

Ferrari F136

Tire, Wheel, Automotive design, Mode of transport, Vehicle, Land vehicle, Car, Performance car, Automotive lighting, Supercar,

ROY RITCHIE, MARK BRAMLEY, MICHEAL SIMARI , ROBERT KERIAN, INTERNATIONAL TRUCKS, STIHL USA, THE MANUFACTURER

Applications: Ferrari 458 Italia (shown), 458 Spider

Engine Type: DOHC V-8

Displacement: 274 cu in, 4497 cc

Specific Output: 125.0 hp/l

Max engine speed: 9000 rpm

Bore: 3.70 in

Weight: 2.1 lb

Ford Fox

Tire, Motor vehicle, Automotive design, Automotive mirror, Transport, Automotive lighting, Car, Grille, Headlamp, Automotive tire,

ROY RITCHIE, MARK BRAMLEY, MICHEAL SIMARI , ROBERT KERIAN, INTERNATIONAL TRUCKS, STIHL USA, THE MANUFACTURER

Applications: Ford Fiesta (shown), Focus

Engine Type: turbocharged DOHC inline-three

Displacement: 61 cu in, 999 cc

Specific Output: 123.1 hp/l

Max engine speed: 6500 rpm

Bore: 2.83 in

Weight: 1.5 lb

Cummins ISB 6.7

Tire, Motor vehicle, Wheel, Automotive design, Automotive tire, Vehicle, Land vehicle, Automotive lighting, Rim, Automotive parking light,

ROY RITCHIE, MARK BRAMLEY, MICHEAL SIMARI , ROBERT KERIAN, INTERNATIONAL TRUCKS, STIHL USA, THE MANUFACTURER

Applications: Ram Heavy Duty (shown)

Engine Type: turbocharged pushrod diesel inline-six

Displacement: 408 cu in, 6690 cc

Specific Output: 55.3 hp/l

Max engine speed: 3200 rpm

Bore: 4.21 in

Weight: 8.9 lb

Ford Coyote

Motor vehicle, Automotive design, Vehicle, Headlamp, Automotive lighting, Hood, Automotive tire, Grille, Road, Automotive exterior,

ROY RITCHIE, MARK BRAMLEY, MICHEAL SIMARI , ROBERT KERIAN, INTERNATIONAL TRUCKS, STIHL USA, THE MANUFACTURER

Applications: Ford F-150, Mustang (shown)

Engine Type: DOHC V-8

Displacement: 302 cu in, 4951 cc

Specific Output: up to 84.8 hp/l

Max engine speed: 7000 rpm

Bore: 3.63 in

Weight: 2.4 lb

Fiat Fire 1.4L Turbo

Automotive design, Vehicle, Land vehicle, Car, Red, Grille, Fender, Alloy wheel, Bumper, Automotive lighting,

ROY RITCHIE, MARK BRAMLEY, MICHEAL SIMARI , ROBERT KERIAN, INTERNATIONAL TRUCKS, STIHL USA, THE MANUFACTURER

Applications: Dodge Dart; Fiat 500 Abarth (shown), 500L, 500 Turbo

Engine Type: turbocharged SOHC inline-four

Displacement: 83 cu in, 1368 cc

Specific Output: up to 117.0 hp/l

Max engine speed: 6500 rpm

Bore: 2.83 in

Weight: 1.5 lb

Cummins ISX15

Motor vehicle, Mode of transport, Automotive design, Product, Transport, Road, Automotive tire, Truck, Grille, Road surface,

ROY RITCHIE, MARK BRAMLEY, MICHEAL SIMARI , ROBERT KERIAN, INTERNATIONAL TRUCKS, STIHL USA, THE MANUFACTURER

Applications: heavy-duty trucks (International Prostar shown)

Engine Type: turbocharged SOHC diesel inline-six

Displacement: 912 cu in, 14,948 cc

Specific Output: up to 40.1 hp/l

Max engine speed: 2000 rpm

Bore: 5.39 in

Weight: 26.4 lb

Chrysler LA-Series Magnum V-10

Automotive design, Vehicle, Automotive lighting, Hood, Headlamp, Performance car, Car, Supercar, Fender, Bumper,

ROY RITCHIE, MARK BRAMLEY, MICHEAL SIMARI , ROBERT KERIAN, INTERNATIONAL TRUCKS, STIHL USA, THE MANUFACTURER

Applications: Dodge Viper (shown)

Engine Type: pushrod V-10

Displacement: 512 cu in, 8382 cc

Specific Output: 76.4 hp/l

Max engine speed: 6400 rpm

Bore: 4.06 in

Weight: 2.8 lb

Ford EcoBoost 3.5L

Tire, Motor vehicle, Wheel, Automotive design, Automotive tire, Vehicle, Rim, Automotive parking light, Automotive exterior, Hood,

ROY RITCHIE, MARK BRAMLEY, MICHEAL SIMARI , ROBERT KERIAN, INTERNATIONAL TRUCKS, STIHL USA, THE MANUFACTURER

Applications: Ford Expedition, Explorer Sport, F-150 (shown), Taurus SHO, Transit; Lincoln MKS, MKT, Navigator

Engine Type: twin-turbocharged DOHC V-6

Displacement: 213 cu in, 3496 cc

Specific Output: up to 105.8 hp/l

Max engine speed: 6500 rpm

Bore: 3.64 in

Weight: 2.6 lb

Toyota 2AR-FE

Tire, Wheel, Automotive design, Alloy wheel, Automotive tire, Vehicle, Rim, Automotive lighting, Car, Automotive wheel system,

ROY RITCHIE, MARK BRAMLEY, MICHEAL SIMARI , ROBERT KERIAN, INTERNATIONAL TRUCKS, STIHL USA, THE MANUFACTURER

Applications: Scion tC (shown); Toyota Camry, RAV4

Engine Type: DOHC inline-four

Displacement: 152 cu in, 2494 cc

Specific Output: up to 72.2 hp/l

Max engine speed: 6500 rpm

Bore: 3.54 in

Weight: 2.5 lb

Stihl MS441 Chain Saw

Automotive tire, Soil, Fender, Workwear, Goggles, Blue-collar worker, Sunglasses, Job, Agricultural machinery, Employment,

ROY RITCHIE, MARK BRAMLEY, MICHEAL SIMARI , ROBERT KERIAN, INTERNATIONAL TRUCKS, STIHL USA, THE MANUFACTURER

Applications: MS441 C-M Magnum chain saw (shown), MS441 C-MQ Magnum chain saw

Engine Type: two-stroke single-cylinder

Displacement: 4 cu in, 71 cc

Specific Output: 79.7 hp/l

Max engine speed: 13,500 rpm

Bore: 1.97 in

Weight: 0.4 lb

Chrysler Hellcat 6.2L

Tire, Wheel, Motor vehicle, Automotive tire, Automotive design, Vehicle, Automotive wheel system, Alloy wheel, Automotive exterior, Automotive lighting,

ROY RITCHIE, MARK BRAMLEY, MICHEAL SIMARI , ROBERT KERIAN, INTERNATIONAL TRUCKS, STIHL USA, THE MANUFACTURER

Applications: Dodge Challenger SRT Hellcat

Engine Type: supercharged pushrod V-8

Displacement: 376 cu in, 6166 cc

Specific Output: 114.7 hp/l

Max engine speed: 6200 rpm

Bore: 4.09 in

Weight: 3.0 lb

Line, Cylinder, Circle, Illustration, Drawing, Graphics,

ROY RITCHIE, MARK BRAMLEY, MICHEAL SIMARI , ROBERT KERIAN, INTERNATIONAL TRUCKS, STIHL USA, THE MANUFACTURER

As the workload for pistons increases, so do the demands on connecting rods. Higher combustion pressures translate to greater stresses on the sticks linking the pistons to the crank. Met de zeldzame uitzondering van exotische stukken van titanium, worden de drijfstangen typisch of van staalpoeder gemaakt, samengeperst en in een vorm verwarmd, of uit staalvoorraad voor hogere prestatiestoepassingen gesmeed. De belangrijkste technologische verschuiving zijn gescheurde drijfstangkappen voor zowel poeder-metalen als gesmede drijfstangen. Vroeger werden de drijfstang en de krukpeneinddop als afzonderlijke stukken vervaardigd. Stangen met gescheurde doppen komen uit de gietvorm als één enkel, steeksleutelvormig stuk. Het krukpenuiteinde wordt geëtst en vervolgens met een pers in tweeën gebroken. Het resulterende onregelmatige oppervlak verbetert de uitlijning, zorgt voor een stevigere verbinding tussen de dop en de stang, en maakt een slankere, lichtere drijfstangassemblage mogelijk.

Lijn, Parallel, Illustratie, Machine, Automotoronderdeel, Tekening, Cilinder, Techniek, Schets,

ROY RITCHIE, MARK BRAMLEY, MICHEAL SIMARI , ROBERT KERIAN, INTERNATIONAL TRUCKS, STIHL USA, THE MANUFACTURER

Nonmetalen Zuigers: De keramiek en de samenstellingen bieden de verleiding van lagere thermische uitbreiding, lichter gewicht, en hogere sterkte en stijfheid in vergelijking met aluminium aan. In de jaren ’80, gebruikte Mercedes-Benz een Duitse overheidssubsidie om een 190E motor met koolstof-samengestelde zuigers tot stand te brengen die 15.000 mijlen zonder kwestie liepen. Hoewel de technologie deugdelijk is, was de fabricage de beperkende factor. Uit een NASA-studie uit 1990 bleek dat het bewerken van een enkele zuiger uit een koolstof-koolstof billet $2000 kostte. Het alternatief was een tijdrovend hand lay-up proces.

Wankel Rotors: Oké, oké, we weten dat het geen zuiger is, maar de gietijzeren driehoekige rotor is het zuiger-analoog van de Wankelmotor omdat hij verbrandingsenergie omzet in koppel. Met geen nieuwe Mazda RX aan de horizon, lijkt onze enige hoop op een revival van de rotatiemotor Audi te zijn, die ons plaagde met een Wankel-achtige range extender in zijn 2010 Audi A1 e-tron plug-in hybride concept.

Oval Pistons: In een tijd waarin tweetaktmotoren de norm waren, bracht Honda in 1979 een viertakt naar de World Motorcycle Grand Prix. Het staat bekend als een van de vreemdste motoren uit de geschiedenis. Honda’s NR500 GP-motor werd aangedreven door een V-4-motor met een spinehoek van 100 graden, ovale cilinders met elk acht kleppen en twee drijfstangen per zuiger. Het afdichten van de ovale zuigers bleek moeilijk (Soichiro Honda’s oorspronkelijke business was het leveren van zuigerveren aan Toyota), maar dat was een van de minste zorgen van het team. De motoren vielen regelmatig uit in World GP races en slaagden er soms niet in zich te kwalificeren. Binnen drie jaar stapte Honda weer over op een traditionele tweetakt racemotor.

Opposed-Piston Engines: EcoMotors’ dieselverbrandende tweetaktmotor met tegenoverliggende zuigers en cilinders (OPOC) claimt een rendementsverbetering van maar liefst 15 procent ten opzichte van een conventionele motor met compressie-ontsteking. Door de verbrandingskamer tussen twee zuigers te plaatsen, heeft het bedrijf de cilinderkoppen en de kleppenaandrijving, die bronnen van aanzienlijk warmteverlies en wrijving zijn, geëlimineerd. Een OPOC motor met minder onderdelen zou ook goedkoper en lichter moeten zijn, als hij niet op de plank belandt met de fantastische Fish Carburetor.

Deze inhoud is gemaakt en onderhouden door een derde partij, en geïmporteerd op deze pagina om gebruikers te helpen hun e-mailadressen te verstrekken. U kunt meer informatie vinden over deze en soortgelijke inhoud op piano.io

Geef een antwoord

Het e-mailadres wordt niet gepubliceerd. Vereiste velden zijn gemarkeerd met *