Håller på att bli galen i denna kolvdjungel sjuttielva tillverkare , olika material, kolvspel, utformning, vikt osv

Nu har jag en tänkt motor som kommer ha ett herrejösses cylindertryck och höga varv men samtidigt så vet jag att den lider av torsionssvängningar och mycket leakdown (trots bra ringar) så en lätt kolv och smalt spel är att föredra men det krockar ju med vikten, utformningen osv

Så jag tänkte att ni rejsafolk som kan så mkt om kolvar kan berätta allt ni vet om kolvar för oss dödliga

(min teoretiskt bästa kolv just nu är en kolv i AlBe med smala kolvringar, och högt placerad kolvbult måste ju finnas bättre? )

Normalt brukar man använda två smala kolvringar vid höga varvtal, varav en oljeskrapring. I vissa fall går man upp till tre ringar; detta ökar vikten och friktionen men kan gynna driftsäkerheten. Det finns ringar av olika typer, material och ytbeläggningar för att passa olika ändamål.

Vanliga material är 2000-seriens och 4000-seriens aluminium. Den tidigare har låg kiselhalt och den senare en högre kiselhalt vilket innebär att värmeutvidningen är något mindre (man kan då köra med mindre spel). 2000-serien erbjuder i regel högre hållfasthet. AlMC förekommer också, högre densitet men bättre värmetålighet. AlBeMet erbjuder hög styvhet, god styrka, god värmeledningsförmåga och låg densitet. Nackdelarna är kostnaden, omständig tillverkning samt lågt nötnings- och krypmotstånd. De senare resulterar i att en annan design på kolvarna krävs, exempelvis högre kompressionshöjd och möjligtvis tre ringar istället för två.

oljekylning av kolvarna är viktigt. För mycket kylning resulterar dock i friktionsförluster genom den större oljemängd som sprutas upp mot kolvarna. I vissa fall, exempelvis kraftig överladdning så kan det vara önskvärt med kolvar med oljekanal i kolvtoppen för kylning. Detta kräver dock fräsning och svetsning i kolven eftersom gjutning inte är aktuellt.

Kolvbulten kan vara av höghållfast stål eller titan. Beläggning med DLC har blivit mycket vanligt när det gäller kolvbultarna och tillåter även att man kör utan lager i vevstakens lillände.

Ringlandet kan hårdanodiseras för att tåla nötning bättre om så önskas. Brukar förekomma vid exempelvis överladdning. Även andra beläggningar på kolvarna förekommer, exempelvis en typ av grafit, eller en typ av blandning mellan hårdanodisering och teflonbeläggning. Man kan även belägga med DLC.

Den bästa utformningen av en kolv avsedd för höga varvtal, höga förbränningstryck och minimal vikt är en kolvtyp som kallas "bridged slipper piston". Slipper syftar på att kolven saknar full kjol och "bridged" på förstärkningarna i kolven som kan liknas vid en bro. Se exempel nedan.




Vevstakar kan sedan göras i både titan och stål. Man kan få en stålvevstake som är lika stark/lätt som en i titan men den i titan är sannolikt billigare. Vevstaken kan styras axiellt via kolv eller vevaxel; den tidigare erbjuder vanligtvis något lägre friktion. Vevstaken bör ha en oljekanal från vevtapp till lillände för att säkerställa smörjningen.

-Är det inte så att en 'slipper'-kolv har väsentligt kortare livsläng jmfrt med en med 'full skirt' kolvar och lämpar sig bäst över ~9k rpm ?

superMOG skrev:

-Är det inte så att en 'slipper'-kolv har väsentligt kortare livsläng jmfrt med en med 'full skirt' kolvar och lämpar sig bäst över ~9k rpm ?

Det beror ju på hur man använder motorn. Är det kallstarter och stadskörning så kanske de inte är så lämpade men ska man använda motorn hårt på en bana så är det förstås en annan sak. Då blir inte hållbarheten så lång i vilket fall som helst. De flesta nyare högprestanda motorcyklar verkar också köra med slipper kolvar utan problem, vilket tyder på att de fungerar även vid gatkörning.
Sedan finns det inget specifikt varvtal då de lämpar sig bättre, utan är det lägsta vikt för en given styrka/styvhet så är de det bästa valet. För en kolv kring 90 mm så kanske man kan spara närmare 100 gram jämfört med enkla smidda kolvar, dvs en minskning av massan med kring 25% och det är mycket när man jagar effekt.

Vad pratar vi om för livslängder då om man jämför rakt av vid samma typ av körning?

(bilfåne som man är, så är jag inte så hemma på hur ofta mc:s behöver byta kolvar osv)

Nyfiken fråga hur omvandlar man en vikt till effekt?
Eller snarare hur MYCKET ger en vikt kolvminsking på axereratione?

Att en lätt kolv är att föredra ur rent belastings hänsende på stake, vevlager mm är väll det ingent snack om, eller?

Ökar jag min kolvvikt med 100gram, från 490 ->590, så ökar max spänningen i staken med 7% sänker jag nu varvet från 7500 till 7200 så blir de ca ca lika igen.

Cobolt skrev:

Vad pratar vi om för livslängder då om man jämför rakt av vid samma typ av körning? (bilfåne som man är, så är jag inte så hemma på hur ofta mc:s behöver byta kolvar osv)

Hojmotorer behöver inte byta kolvar oftare än motorer gjorda för bilar eller båtar, det beror på den aktuella trimningsgraden samt motortypen och användning.

På en av räjshojarna är det MAX 40 mil på kolvarna, när man då plockar ut dem hittar man små fina sprickor på skirten. Vid 50 mil brukar de mer eller mindre explodera. Vet inte hur ofta det byts i dragsters, kan tänka mig att nitromotorerna inte kör mer än 2-5 mil på kolvar som absolut max men det är ren gissning nu.
och det finns motorer som ägarna i stort sett aldrig under en hojs livslängd byter kolvar.

hur är det med coating ? bra eller dåligt ? läste att mahle anväder på vissa kolvar coating på kolvtopp samt kjolen
på kjolen kan man ju tänka att det är bra pga friktion men på kolvtoppen ser jag inga fördelar med :översta kolvringen är det bra eller dåligt att placera den högt? tänkte på en turbomotor så vill man placera den lite längre ner pga värmen men endå vill man placera den långt upp för att få bättre squish

hur är det med total seals gapless ringar ... är det smart att använda gapless på en turbomotor eller blir det för mycket friktion?

Rolle Scirocco skrev:

Cobolt skrev: Vad pratar vi om för livslängder då om man jämför rakt av vid samma typ av körning? (bilfåne som man är, så är jag inte så hemma på hur ofta mc:s behöver byta kolvar osv) Hojmotorer behöver inte byta kolvar oftare än motorer gjorda för bilar eller båtar, det beror på den aktuella trimningsgraden samt motortypen och användning. På en av räjshojarna är det MAX 40 mil på kolvarna, när man då plockar ut dem hittar man små fina sprickor på skirten. Vid 50 mil brukar de mer eller mindre explodera. Vet inte hur ofta det byts i dragsters, kan tänka mig att nitromotorerna inte kör mer än 2-5 mil på kolvar som absolut max men det är ren gissning nu. och det finns motorer som ägarna i stort sett aldrig under en hojs livslängd byter kolvar.

Topfulers kör absolut max 10 repor på samma botten har jag för mig, de mesta körs inte mer än 3 repor med!! Vi har en i byn

det ger 66.66 kolvar /mil



enl. formeln :8 kolvar/1,2 km

Rolle Scirocco skrev:

Cobolt skrev: Vad pratar vi om för livslängder då om man jämför rakt av vid samma typ av körning? (bilfåne som man är, så är jag inte så hemma på hur ofta mc:s behöver byta kolvar osv) Hojmotorer behöver inte byta kolvar oftare än motorer gjorda för bilar eller båtar, det beror på den aktuella trimningsgraden samt motortypen och användning. Ja, så mycket känner jag till, men om kolvtypen ifråga är vanligare på de mer rejsiga hojjarna så antyder ju det en annan trimgrad än VAG:s senaste 150hk motor och förmodligen också kortare livslängd - så om man utgår från samma kolvhastigheter och cylindertryck i en bilmotor med nämnda kolvtyp? På en av räjshojarna är det MAX 40 mil på kolvarna, när man då plockar ut dem hittar man små fina sprickor på skirten. Vid 50 mil brukar de mer eller mindre explodera. Vet inte hur ofta det byts i dragsters, kan tänka mig att nitromotorerna inte kör mer än 2-5 mil på kolvar som absolut max men det är ren gissning nu.

Jo, men om man håller sig till hur en kolvtyp klarar sig i en motor som ska gå på gata och bana, så vad är det som gör att ni skickar kolvarna på 40 mil? är det cylindertrycken som "knäcker" kolven när skirten inte "håller emot" eller rör det sig om för höga kolvhastigheter, kombinationer etc?

En F1 motor håller ca 120-180 mil, då brukar man anse att kolven är en av de kritiska komponenterna. Håller en racingmotorcykels kolvar bara 40 mil, ja då har man offrat hållbarhet för ytterligare ett par gram eller så har man inte använt lämpliga kolvar.

Vad som tar på kolven är temperaturen och växelverkande belastning (utmattning) orsakade av förbränningstryck och accelerationer. Temperaturen resulterar i att kolvmaterialets hårdhet och med det hållfasthet sjunker med tiden. Säg att 2618 aluminium har en initiell hårdhet av 137 HB, vid 260 grader och en timma senare är hårdheten 127 HB. Ytterligare en timma och samma temperatur och hårdheten är 122 HB.

Placeringen av översta kolvringen är viktig. Sätter man ringen högt så går den varm och då tappar man kylning (kolvar kyls bland annat via kolvringarna). Sätter man den istället för lågt så kan man få problem med sotuppbyggnad ovanför ringen.

Top Fuel motorer har olika bytesintervaller på olika komponenter. Detta varierar förstås på om de drar på sig några skador.

Kolvens misnkade massa kan förstås inte direkt översättas till effekt. Men har man exempelvis en 280 grams kolv vid en kolvacceleration av 10000 g istället för 380 gram så minskar belastningen med nästan 10 kN. Eller med samma belastning kan man med den lättare kolven använda ca 39% högre kolvaccelerationer. Minskar man dessa krafter så minskar också sidobelastningen mot cylinderväggen, torsionssvängningar hos vevaxeln, belastningar på lager osv.

De beläggningar man använder på kolvar är för att minska friktion/nötning så att lägga dem på kolvtoppen är meningslöst. Dock kan man i vissa fall bli tvungen att belägga hela kolven eller så är det enklare att göra så.
Exempelvis DLC (Diamond Like Carbon) som används är hårt och fungerar som fast smörjmedel. Grafitbeläggningar som Mahles Grafal bör också fungera som fast smörjmedel. Top Fuel kolvar brukar anodiseras och teflonbeläggas; anodiseringen ökar hårdheten och teflon är ett fast smörjmedel som motverkar skärning. Man använder också fosforbeläggningar för att underlätta inkörningen.

Johan Edlund skrev:

En F1 motor håller ca 120-180 mil, då brukar man anse att kolven är en av de kritiska komponenterna. Håller en racingmotorcykels kolvar bara 40 mil, ja då har man offrat hållbarhet för ytterligare ett par gram eller så har man inte använt lämpliga kolvar.

Detta är väl ett exempel på hur reglerna påverkar konstruktionen. F1 motorn ska ju hålla två race inkl träning och kval (i alla fall förra säsongen). Vill minnas att livslängden angavs betydligt lägre på turbotiden, då behövde ju motorerna bara hålla en tävling exkl träning eller kval.
Jag antar att racingmotorcykeln ifråga är en tvåtaktare? De går ju hårdare åt kolvarna p.g.a portarna i cylindern och då förbränning sker varje varv.

Cobolt skrev:

Rolle Scirocco skrev: Cobolt skrev: Vad pratar vi om för livslängder då om man jämför rakt av vid samma typ av körning? (bilfåne som man är, så är jag inte så hemma på hur ofta mc:s behöver byta kolvar osv) Ja, så mycket känner jag till, men om kolvtypen ifråga är vanligare på de mer rejsiga hojjarna så antyder ju det en annan trimgrad än VAG:s senaste 150hk motor och förmodligen också kortare livslängd - så om man utgår från samma kolvhastigheter och cylindertryck i en bilmotor med nämnda kolvtyp? På en av räjshojarna är det MAX 40 mil på kolvarna, när man då plockar ut dem hittar man små fina sprickor på skirten. Vid 50 mil brukar de mer eller mindre explodera. Vet inte hur ofta det byts i dragsters, kan tänka mig att nitromotorerna inte kör mer än 2-5 mil på kolvar som absolut max men det är ren gissning nu. Jo, men om man håller sig till hur en kolvtyp klarar sig i en motor som ska gå på gata och bana, så vad är det som gör att ni skickar kolvarna på 40 mil? är det cylindertrycken som "knäcker" kolven när skirten inte "håller emot" eller rör det sig om för höga kolvhastigheter, kombinationer etc?

om vi börjar med standardhojar så är det allt som oftast extremt mycket mindre borrning och slaglängd än bilar, mindre borrning medger lättare kolv.

Att vi skickar kolvarna efter 40mil är just att de spricker i skirten. Den cylinder som vi använder är känd för att ha lite för stora portar som gör att kolven vickar varje gång den passerar men den ger mest effekt och bästa registret. De tråkigare cylindrarna håller kolvarna 70-80mil istället.

Tomas L skrev:

Johan Edlund skrev: En F1 motor håller ca 120-180 mil, då brukar man anse att kolven är en av de kritiska komponenterna. Håller en racingmotorcykels kolvar bara 40 mil, ja då har man offrat hållbarhet för ytterligare ett par gram eller så har man inte använt lämpliga kolvar. Detta är väl ett exempel på hur reglerna påverkar konstruktionen. F1 motorn ska ju hålla två race inkl träning och kval (i alla fall förra säsongen). Vill minnas att livslängden angavs betydligt lägre på turbotiden, då behövde ju motorerna bara hålla en tävling exkl träning eller kval. Jag antar att racingmotorcykeln ifråga är en tvåtaktare? De går ju hårdare åt kolvarna p.g.a portarna i cylindern och då förbränning sker varje varv.

Är det tvåtaktare så blir det förstås lite skillnad. I dessa fall skulle det kanske var intressant att använda exempelvis en DLC beläggning på kolven för att minska på nötningen som orsakas av portarna. Det kan ju i dessa fall också vara aktuellt att kika på en design och materialval vilket kan motverka utmattning hos kjolen. Ett mer värmebeständigt material såsom AlMC kanske också kan vara intressant. Med tvåtaktare brukar det dock inte vara så aktuellt med något annat än en full kjol som kan täcka portarna i cylindern.

Går man bara tillbaka ett par år så ser hållbarheten olika ut hos en F1 motor. Tidigare motorer behövde hålla ca 60 mil då de användes en hel helg och kring 40 mil då de bara behövde tåla själva loppet. Genom att höja hållberheten hos motorerna behöver man inte tillverka så många medans kostnaden per motor har gått upp.
När det gäller kolvar så ska inte vikten ha påverkats så mycket, något tyngre kanske men i princip ganska lika. Dock ska man ha flyttat om en del material så hade man inte infört denna regel så hade de förmodligen varit ännu lättare idag. Totalt sett hade man väl räknat med att denna ökning av hållbarheten ökade motorns totala vikt med bara något enstaka kg.

Big Al skrev:

hur är det med coating ? bra eller dåligt ? läste att mahle anväder på vissa kolvar coating på kolvtopp samt kjolen på kjolen kan man ju tänka att det är bra pga friktion men på kolvtoppen ser jag inga fördelar med : översta kolvringen är det bra eller dåligt att placera den högt? tänkte på en turbomotor så vill man placera den lite längre ner pga värmen men endå vill man placera den långt upp för att få bättre squish hur är det med total seals gapless ringar ... är det smart att använda gapless på en turbomotor eller blir det för mycket friktion?

Ang. coating så kan jag säga att man coatar för att få värmeenergin att gå ut genom avgaskanalen istället för att värma upp kolven. Det är alltså typ av isolering och bidrar till att kolven inte utmattas.
Den ska tydligen vara riktigt effektiv och värmetålig.

om man coatar förbränningsrum och kolvtopp, måste man inte tänka om ang. kompressionsförhållande då?

borde då vara lättare för spikning pga lättare att få hotspots på kolvtoppen?
man vill ju ha hög värme i förbränningsrummet fasst utan hotspots, jag tror att det är bäst att ha en bra värmeledningsförmåga i materialen i förbränningsrummet och sedan låta oljesprayning på kolvbotten och kylvattnet stå för hotsports "utjämningen"
finns det kolvar med nicasilbelagt kolvtopp?

en till fråga om sin motor bygger på swirl men endå har 2st squishzoner i topplocket (istället för en squishzon runt hela ytterkant) hur är smartast att forma kolvtoppen då?
kan tänka mig att man bör göra nån form av försänkning i mitten men hur bra fungerar det ihop med squishen?`tändstiftet är centralt placerat

En tanke jag gått och grunnat på, coatingar fungerar tydligen rätt bra på kompressionstända motorer såsom dieslar, topfueldragsters osv... dvs motorer som inte är lika känsliga för hotspots.

Kylningen av tex en kolv är ju kontinuerlig, men uppvärmningen är cyklisk, vad man vill uppnå är ju att låta materialet "soaka" värme som sen inte är mer än att det hinner kylas bort innan nästa upppvärmning, detta kräver ju en bra värmeledningförmåga. Carbon-carbon har ju visat sig ha för dålig värmeledningförmåga och råkar ut för heatsoak och får hotspots och knackningar för att materialet inte kan transportera bort tillräckligt mycket värme per cykel.

Ska man sväva iväg kring detta så tänker jag mig att eftersom man kan räkna ut den maximala värmebelastningen på kolven och man även vet materialets värmeledningsförmåga, kylvattnets temperatur, kylkapacitet och även vet värmeledningsförmågan på coatingen i fråga, så borde man kunna räkna ut en optimal tjocklek på en coating och på så sätt säkra att även om hotspots uppkommer i coatingen pga värmebelastningen, så hinner oljekylningen och ringarna transportera bort mer värmeenergi än vad coatingen kan lagra (tjockleken blir här väldigt viktig för att för tjock coating skulle innebära att bara underdelen av coatingen kyls pga för dålig värmeledningsförmåga). I detta scenario så skulle alltså coatingen bli skithet under förbränningen, men kylas ned till jämförbara temperaturer mot en vanlig kolvtopp och materialet i tex en kolv skulle då agera "buffert, accumulatortank etc" som vanligt men ha en lägre genomsnittstemperatur än tidigare eftersom värmegenomsläppet i coatingen är lägre än vad en ocoatad kolvtopp har. Coatingens komposition, appliceringsmetod, tjocklek mm är dock i detta läge inte på något sätt något man bara fixar lite på känn, ok, är metoden "jag lägger på för tunnt för att slippa problem, alltid hjälper det lite" så kan det ju fungera enligt min tanke, men kör man för tjockt så lär det skita sig ordentligt och då kommer problemen vid höga varv/hög last, vilket ju lätt kan innebära att man skjuter motorn.

Dvs jag tror att coatingar som koncept kan fås att fungera, men är ytterst tveksam till saker man bakar hemma i ugnen eller saker som "hemmapulare" vill sälja på folk.

Top Fuel motorer tänds med hjälp av tändstift oavsett vad vissa historier försöker påpeka (tändenergin avgör hur fett de kan köra och har på så sätt stor påverkan på motorernas effekt, av denna anledning finns det begränsningar på tändanordningen dessa motorer får ha). Med dessa motorer har man också en enorm kylförmåga från själva bränslet. TBC's används dock inte. Kolvarna som används är smidda från 2618 och har anodiserad/teflon belagd yta och kraftiga kolvringar.

Med dieslar har man dock testat TBC's och det finns små vinster. Kräver dock ett ganska tjockt keramskikt och denna keram är väldigt känslig. Keramers höga sprödhet gör att det är svårt att förutspå när de havererar, detta har lett till att man bara använder keramer i små mängder då risken för materialfel är liten. Keramer med dålig värmeledningsförmåga är också känsliga för termoshock, dvs snabba växlingar av temperaturen. Termoshock leder till sprickbildning, detta kan man notera om man kikar på exempelvis en bromsskiva. För en keram som är spröd kan sprickbildning snabbt resultera i haveri.
Med TBC syftar jag på de kerambeläggningar som används bland annat i flygindustrin, inget av de blandningar man kan måla på hemma och härda i ugnen. De senare är för övrigt inte några rena keramer utan som bäst kerampulver i matris material och ger sannolikt inte så mycket mer än en snygg finish...

På en motor som tänds med tändstift är det önskbart att ha bra kylning hos kolvarna. En bra kylning leder till att endgaserna kyls under förbränningen och spikning motverkas. Detta innebär att man kan köra med ex. högre kompressionsförhållande och vinna verkningsgrad och effekt på det sättet istället.

Johan Edlund skrev:

På en motor som tänds med tändstift är det önskbart att ha bra kylning hos kolvarna. En bra kylning leder till att endgaserna kyls under förbränningen och spikning motverkas. Detta innebär att man kan köra med ex. högre kompressionsförhållande och vinna verkningsgrad och effekt på det sättet istället.

Fan det där satt ju till och med jag själv och tjoade om i en tidigare tråd om alu vs gjutjärn... ibland kopplar man inte det ena sammanhanget till det andra. Med anledning av det, så får jag nog revidera min tidigare tanke kring att TBC coatingar som koncept borde kunna fås att fungera på ett bra sätt till något i stil med - troligen inte, iaf inte i en tändstiftständ motor med hög litereffekt.