Typischer Aufbau einer Pleuelstange für Kraftfahrzeugmotoren

Eine Pleuelstange für einen Verbrennungsmotor besteht aus dem „großen Ende“, der „Stange“ und dem „kleinen Ende“ (oder dem „kleinen Ende“). Das kleine Ende wird am Kolbenbolzen (auch Kolbenbolzen oder Handgelenksbolzen genannt) befestigt, der im Kolben schwenken kann. Typischerweise wird das große Ende über ein Gleitlager mit dem Kurbelzapfen verbunden, um die Reibung zu verringern; einige kleinere Motoren können jedoch stattdessen ein Wälzlager verwenden, um die Notwendigkeit eines Pumpschmiersystems zu vermeiden.

Typischerweise ist am großen Ende der Pleuelstange ein Loch durch das Lager gebohrt, so dass Schmieröl auf die Druckseite der Zylinderwand spritzt, um den Hub der Kolben und Kolbenringe zu schmieren.

Eine Pleuelstange kann sich an beiden Enden drehen, so dass sich der Winkel zwischen der Pleuelstange und dem Kolben ändern kann, wenn sich die Stange auf und ab bewegt und sich um die Kurbelwelle dreht.

Werkstoffebearbeiten

Aluminiumstange mit modularem Kopf und Buchse im Fuß (links), Aluminium-Ölabtropfstange mit Pats (Mitte), Stahlstange (rechts)

Bei serienmäßigen Automobilmotoren sind die Pleuelstangen aus Aluminium mit sind meist aus Stahl. In Hochleistungsanwendungen können „Billet“ -Pleuelstangen verwendet werden, die aus einem massiven Metallblock herausgearbeitet werden, anstatt gegossen oder geschmiedet zu werden.

Andere Materialien sind T6-2024 Aluminiumlegierung oder T651-7075 Aluminiumlegierung, die für Leichtigkeit und die Fähigkeit verwendet werden, hohe Stöße auf Kosten der Haltbarkeit zu absorbieren. Titan ist eine teurere Option, die das Gewicht reduziert. Gusseisen kann für billigere Anwendungen mit geringerer Leistung wie Motorroller verwendet werden.

Fehler während des Betriebsbearbeiten

Obere Hälfte einer ausgefallenen Pleuelstange

Pleuelstange, die zunächst durch Ermüdung versagte und dann durch Aufprall auf die Kurbelwelle weiter beschädigt wurde

Bei jeder Umdrehung der Kurbelwelle unterliegt eine Pleuelstange häufig großen und sich wiederholenden Kräften: Scherkräfte aufgrund des Winkels zwischen dem Kolben und dem Kurbelzapfen, Druckkräfte, wenn sich der Kolben nach unten bewegt, und Zugkräfte, wenn sich der Kolben nach oben bewegt. Diese Kräfte sind proportional zur Motordrehzahl (U / min) im Quadrat.Das Versagen einer Pleuelstange, oft als „Werfen einer Stange“ bezeichnet, ist eine der häufigsten Ursachen für einen katastrophalen Motorschaden in Autos, der häufig die gebrochene Stange durch die Seite des Kurbelgehäuses treibt und dadurch den Motor irreparabel macht. Häufige Ursachen für Pleuelversagen sind Zugversagen durch hohe Motordrehzahlen, die Aufprallkraft beim Auftreffen des Kolbens auf ein Ventil (aufgrund eines Ventiltriebsproblems), ein Ausfall des Stangenlagers (normalerweise aufgrund eines Schmierproblems) oder eine falsche Installation der Pleuelstange.

Zylinderverschleißes

Die seitliche Kraft, die die Kurbelwelle durch die Pleuelstange auf den Kolben ausübt, kann dazu führen, dass sich die Zylinder oval abnutzen. Dies verringert die Motorleistung erheblich, da die kreisförmigen Kolbenringe nicht richtig gegen die ovalen Zylinderwände abdichten können.

Die Seitenkraft ist proportional zum Winkel der Pleuelstange, daher verringern längere Pleuelstangen die Seitenkraft und den Motorverschleiß. Die maximale Länge einer Pleuelstange ist jedoch durch die Motorblockgröße begrenzt; Die Hublänge plus die Pleuellänge darf nicht dazu führen, dass der Kolben an der Oberseite des Motorblocks vorbeifährt.

Master-und-Slave-rodsEdit

Sternmotoren verwenden typischerweise Master- und Slave-Pleuelstangen, wobei ein Kolben (der oberste Kolben in der Animation) eine Masterstange mit direkter Befestigung an der Kurbelwelle aufweist. Die übrigen Kolben stecken die Befestigungen ihrer Pleuelstangen an Ringen um den Rand der Hauptstange fest.

Mehrbankmotoren mit vielen Zylindern, wie V12-Motoren, haben wenig Platz für viele Pleuelzapfen auf einer begrenzten Kurbelwellenlänge. Die einfachste Lösung, wie sie in den meisten Straßenautomotoren verwendet wird, besteht darin, dass sich jedes Zylinderpaar einen Kurbelzapfen teilt, Dies verringert jedoch die Größe der Stangenlager und bedeutet, dass eine Anpassung (dh. gegenüberliegende) Zylinder in den verschiedenen Bänken sind entlang der Kurbelwellenachse leicht versetzt (wodurch ein Schaukelpaar entsteht). Eine andere Lösung ist die Verwendung von Master- und Slave-Pleuelstangen, wobei die Master-Stange auch einen oder mehrere Ringstifte enthält, die mit den großen Enden von Slave-Stangen an anderen Zylindern verbunden sind. Ein Nachteil von Master-Slave-Stangen besteht darin, dass die Hübe der Slave-Kolben etwas länger sind als die des Master-Kolbens, was die Vibration in V-Motoren erhöht.Eines der kompliziertesten Beispiele für Master-and-Slave-Pleuel ist das für den Zweiten Weltkrieg entwickelte 24-Zylinder-Versuchsflugzeugtriebwerk Junkers Jumo 222. Dieser Motor bestand aus sechs Zylinderbänken mit jeweils vier Zylindern pro Bank. Jede „Schicht“ von sechs Zylindern verwendete eine Master-Pleuelstange, während die anderen fünf Zylinder Slave-Stangen verwendeten. Ungefähr 300 Testmotoren wurden gebaut, der Motor erreichte jedoch nicht die Produktion.

Gabel- und Klingenstangenbearbeiten

Gabel- und Klingenstangen

Gabel- und Klingenstangen, auch bekannt als „Split Big-End-Stangen“, wurden auf V-Twin-Motorrad-Motoren und V12-Flugzeugmotoren verwendet. Für jedes Zylinderpaar wird eine „Gabel“ -Stange am großen Ende in zwei Teile geteilt und die „Klinge“ -Stange vom gegenüberliegenden Zylinder wird verdünnt, um in diesen Spalt in der Gabel zu passen. Diese Anordnung entfernt das Schaukelpaar, das verursacht wird, wenn Zylinderpaare entlang der Kurbelwelle versetzt sind.Eine übliche Anordnung für das Big-End-Lager besteht darin, dass die Gabelstange eine einzige breite Lagerhülse aufweist, die die gesamte Breite der Stange einschließlich des zentralen Spalts überspannt. Die Klingenstange läuft dann nicht direkt am Kurbelzapfen, sondern an der Außenseite dieser Hülse. Dadurch schwingen die beiden Stangen hin und her (anstatt sich relativ zueinander zu drehen), was die Kräfte auf das Lager und die Oberflächengeschwindigkeit verringert. Die Lagerbewegung wird jedoch auch hin- und herbewegt, anstatt sich kontinuierlich zu drehen, was ein schwierigeres Problem für die Schmierung darstellt.Zu den bemerkenswerten Motoren, die Gabel- und Blattstangen verwenden, gehören der Rolls-Royce Merlin V12-Flugzeugmotor und verschiedene Harley Davidson V-Twin-Motorradmotoren.