Pistonpenbreuk???
Pistonpennen worden gebruikt als bevestiging en draaipunt van de zuiger en de drijfstang. De (holle) pennen worden gemaakt van hoogwaardig staal met een hoge hardheid en goede loopeigenschappen. De pistonpen kan op drie manieren worden bevestigd aan de drijfstang en zuiger.
- Floating pin
- Semi-floating pin
- Pressed pin
Vier van de meest gebruikte pistonpen materialen staan hieronder.
52100 High carbon steel | Tensile strength: 325,000 | Yield strength: 295,000
300M - Aerospace steel | Tensile strength: 280,000 | Yield strength: 230,000
9310 Nickel carbon steel | Tensile strength: 187,000 | Yield strength: 162,000
5115 - Low carbon steel | Tensile strength: 107,000 | Yield strength: 71,000
De toepassingsgebieden van de verschillende materialen:
52 - High impact, Dragrace, Endurance
300M - High impact, Dragrace, Endurance
93 - Circle Track, Road Race, Endurance
5115 - High performance Street/Strip
Enige tijd geleden kwamen we de eerste gebroken pistonpen uit onze carrière tegen. Dat was een goede gelegenheid om er eens wat dieper in te duiken. Wanneer breekt zo'n pen nu eigenlijk?
Als we uit gaan van een boring van 82.00mm dan betekent dit dat er een kracht nodig is van 239,000N om de pen te breken (F > Fafschuif). De afschuifkracht is een functie van de treksterkte en ligt ergens rond de 60%. Als we deze kracht omzetten naar effectieve cilinderdruk komen we op 6,569.72 psi (= 446.92 bar).Om een realistische interpretatie van dit getal mogelijk te maken is eerst de drukval over P2/P3 berekend en vergeleken met het normale drukverloop bij een compressieverhouding van 8:1. Hierdoor kan er bepaald worden hoeveel druk er extra nodig is om de pistonpen tot aan het breekpunt (afschuifpunt) te brengen.
De extra druk vertalen we in dit geval naar boost.
De conclusie is dat een pistonpen van 52100 high carbon steel zal breken als, bij een compressieverhouding van 8:1, de boost groter is dan 3.86 bar. Aangezien het uitgesloten is dat dergelijke boost-niveau's bij straatauto's voorkomt moet de pistonpenbreuk een andere oorzaak hebben. Te denken valt daarbij aan:
- Fabricagefout
- Plotselinge drukverhoging in de cilinder (bv door het rijden door een kuil waardoor de krukas de verbranding (en expansie) kortstondig tegenwerkt.
- Mechanische defecten in de kleppentrein (gebroken klepveren eetc.)