Motorzuiger: hoe hij is gebouwd en hoe hij werkt

De zuiger is een van de meest belaste en belangrijkste onderdelen van een automotor. Dankzij deze zuiger wordt de thermische energie van de brandstofverbranding omgezet in beweging van de machine. Maar veel automobilisten hebben geen idee hoe een motorzuiger eruitziet. Wij vertellen over de structuur van de zuiger en de mogelijke fouten.

Hoe de motorzuiger in een auto werkt

Traditionele verbrandingsmotoren worden ook wel zuigermotoren genoemd. In hun lichaam (blokken) zijn cilindrische holtes gemaakt, of gewoon cilinders. Elke cilinder heeft zijn eigen zuiger. Laten we eens terugdenken aan het werkingsprincipe van verbrandingsmotoren. Bij de verbranding van het brandstof-luchtmengsel drukken de gassen op de zuiger en begint deze geleidelijk te bewegen. Met behulp van de drijfstang en de krukas wordt deze translatiebeweging omgezet in rotatiebeweging en vervolgens via de transmissie overgebracht naar de wielen.

De zuiger zelf heeft natuurlijk ook een cilindrische (of liever, bijna cilindrische) vorm om goed tegen het oppervlak van de cilinder in de motor te passen. In feite is de zuiger (samen met andere onderdelen) ontworpen om de verbrandingsenergie van het lucht-brandstofmengsel om te zetten in kinetische energie.

Uit welke onderdelen bestaat een zuiger

Als je goed kijkt naar hoe de zuiger van een verbrandingsmotor eruitziet, zie je twee belangrijke onderdelen: de zuigerbehuizing en het afdichtingsgedeelte. Het zuigerhuis bestaat op zijn beurt weer uit een bodem en een geleidegedeelte.

De onderkant van de zuiger (of kop) is het bovenste, afsluitende deel van de zuiger. Deze neemt de gasdruk en het grootste deel van de warmtebelasting op zich en heeft daarom dikker metaal dan de rest van de behuizing.

De onderkant van de zuiger kan een andere vorm hebben: vlak, met een inkeping om de optimale vorm van de verbrandingskamer te creëren, met inkepingen voor klepplaatjes (als deze onderdelen elkaar plotseling raken wanneer de distributieriem breekt of de ketting slipt). In diesels en benzinemotoren met een hoge compressieverhouding kan de zuiger een holle onderkant hebben – in feite zit het grootste deel van de verbrandingskamer daarin. In andere motoren (benzinemotoren met hoge compressieverhouding) kan de zuigerkop bol zijn.

Het geleidende (zijdelingse) deel van de zuiger wordt ook wel de rok genoemd. Het zorgt voor de juiste positie van de zuiger ten opzichte van de cilinder. De zuigerrok glijdt langs de zuigerwanden. Daarom is hij meestal bekleed met wrijvingsdempende materialen.

Aan de binnenkant van de zuigerrok zijn verdikkingen (nokken) gemaakt met gaten voor de zuigerpen, die dit deel verbindt met de drijfstang. De pen wordt vastgezet met een nauwe passing of met borgringen – hiervoor zijn groeven in de rok aangebracht.

Het afdichtingsgedeelte is een zeer belangrijk onderdeel van de zuiger die in de cilinder beweegt. Zonder dit deel zouden gassen uit de verbrandingskamer in het carter stromen en olie uit het carter in de verbrandingskamer. Om dit te voorkomen heeft de zuiger groeven voor het installeren van speciale compressie- en olieleidingen. Zuigerveren worden ook gebruikt om de zuiger zelf te koelen, door overtollige warmte van de onderkant van de zuiger naar de cilinderwanden af te voeren.

Het doel van dergelijke ringen blijkt duidelijk uit de naam. Compressieringen – er zijn er meestal twee per zuiger, boven en onder – zorgen ervoor dat gassen niet in het carter kunnen ontsnappen, waardoor de werkdruk (compressie) in de cilinder behouden blijft. En olieskimmers – deze verwijderen overtollige olie van het oppervlak van de cilinder als de zuiger naar beneden beweegt.

Van welk materiaal zijn zuigers gemaakt? Ooit werden ze gegoten van zwaar en nogal broos gietijzer. Toen namen aluminiumlegeringen het over. Deze hebben een betere warmteafvoer en wegen minder – zodat ze kunnen worden gebruikt in moderne motoren met hogere toerentallen.

Naast aluminium zuigers worden er nu ook stalen zuigers gemaakt. Deze zijn beter bestand tegen nog hogere cilindertemperaturen en drukken. En dankzij dunnere wanden en totale hoogte bij dezelfde cilinderdiameter hebben ze meestal een lagere massa.

Wat zijn de oorzaken van zuigerslijtage en wat zijn de gevolgen

.
Net als andere onderdelen is de zuiger van een verbrandingsmotor onderhevig aan natuurlijke slijtage, vooral het bovenste gedeelte, dat zich dichter bij de verbrandingskamer bevindt. Deze neemt de belangrijkste thermische en fysieke belasting op zich. De eerste zuigerveer en zijn groef slijten het eerst.

Er zijn factoren die de levensduur van een motorzuiger verkorten, zoals een gebrek aan olie of een slechte oliekwaliteit. Ook kan de zuiger defect raken door oververhitting of het optreden van detonatie – een explosief verbrandingsproces van brandstof dat gepaard gaat met plotselinge drukpieken en temperatuurstijgingen in de cilinders.

Symptomen van kritieke zuigerslijtage zijn meestal gemakkelijk merkbaar:

• stabiele werking van de motor;
• kloppen als de motor draait;
• afname van het motorvermogen;
• verhoogd olieverbruik en blauwe rook uit de uitlaatpijp;
• roet op de bougies;
• verhoogd brandstofverbruik.

Als een van de bovenstaande problemen wordt geconstateerd, moet de oplossing ervan niet worden uitgesteld – ze kunnen ernstige gevolgen hebben tot aan motorrevisie toe.

Deze zuiger heeft goed zichtbare krassen (kerven) op de rok, die kunnen zijn ontstaan door oververhitting of oliegebrek.

Hoe kies je de juiste vervangingszuiger

Goede motorzuigers bestaan uit kwaliteitsmetaal, een hoge maatnauwkeurigheid en een vast (met minimale afwijkingen) gewicht. Weinig bekende fabrikanten hebben meestal problemen met elk van deze punten.

Om geen defect tegen te komen, is het daarom beter om alleen originele reserveonderdelen of zuigers van bekende fabrikanten te kiezen. Bijvoorbeeld gevestigde bedrijven zoals Mahle of Kolbenschmidt.

Zuigers van deze vorm worden geïnstalleerd in dieselmotoren. Links is een aluminium zuiger, rechts – staal. Foto: Mahle

Het is belangrijk om je niet te vergissen in de grootte van de zuiger. Voor veel motormodellen zijn er onderdelen met reparatiematen – ze hebben een iets (meestal een fractie van een millimeter) grotere diameter. Dit compenseert de slijtage van de cilinderwanden, die tijdens het reparatieproces onder de nieuwe maat worden geboord, terwijl tegelijkertijd hun oppervlak wordt hersteld.

Bij de keuze van de grootte van de zuiger wordt dus rekening gehouden met de productie van de cilinder (als die niet significant is, is het voldoende om zuigers van nominale grootte te kopen). Welke onderdelen in elk specifiek geval nodig zijn, wordt bepaald door de meesters van diensten op basis van de resultaten van defecten en metingen van de gerepareerde motor.

Dus, in het kort

• De zuiger beweegt door de cilinder van de motor en neemt de belasting op zich van de expanderende gassen tijdens de verbranding van het brandstofmengsel.
• De belangrijkste onderdelen van de zuiger zijn de behuizing (bodem en rok) en het afdichtingsgedeelte met ringen.
• Zuigers slijten op natuurlijke wijze, maar het proces kan versnellen door gebrek aan smering, detonatie en oververhitting.
• Bij het vervangen van zuigers is het noodzakelijk om de juiste maat te kiezen, het is beter om producten van bekende fabrikanten te gebruiken.