Izraz "short block" engine se najčešće koristi kada su stvari jako loše, a rjeđe kada želite nešto novo. Objasnimo: kratki blok motora je skup bloka cilindra motora i niza komponenti motora, koji je najčešće potreban kada je klip istrošen kao razlog za skupe popravke. To je kratki blok koji je odlična alternativa kupovini cijelog motora, jer kada se grupa klipova istroši, mnogi dijelovi motora se zapravo ne istroše i ne zahtijevaju zamjenu, tako da za mnoge nema smisla kupovati kompletan sklop motora, a kratki blok je posebno dizajniran tako da uključuje samo bitne zamjenske komponente. Drugi slučaj (kada želite nešto novo) je kada kratki blok nije samo alternativa sklopu motora, već sredstvo za poboljšanje dinamike automobila - takav kratki blok može imati cilindre s klipovima većeg promjera.
Motor s kratkim blokom obično uključuje klipove s prstenovima (već utisnutim u blok cilindra), klipnjače i radilicu. Kratki blokovi uvijek zahtijevaju ugradnju dodatnih unutrašnjih dijelova, koji uključuju (ali nisu ograničeni na):
- pumpa za ulje,
- posuda za ulje,
- izduvna grana,
- glava cilindra (glava cilindra),
- brtve
Međutim, kratki blok se razlikuje od kratkog bloka, a skup određenih komponenti zavisi od modela motora i automobila. Dostupni su mnogi kratki blokovi sa bregastim vratilima i mnogim dodatnim dijelovima (uključujući brtve, mali broj senzora).
Kratki blok 4-cilindarskog motora sa setom klipova, klipnjača i radilice
Ali postoji i takozvani dugi blok - ovo je poboljšani i potpuniji kratki blok, koji uključuje, osim onoga čime je kratki blok opremljen, glavu cilindra, posudu za ulje, ispušni razvodnik, poklopac ventila i niz drugih delova. U stvari, dugi blok je gotovo kompletan motor.
Blok motora je dio motora s 2 ili više cilindra. Blok cilindra obavlja dvije glavne funkcije: to je kućište za smještaj svih komponenti, mehanizama i dijelova motora. Drugo, blok cilindra je osnova za pričvršćene dijelove motora: kućište radilice, glava cilindra.
Materijal bloka cilindara
Liveno gvožde– tradicionalni materijal od kojeg su se donedavno pravili blokovi. Lijevano željezo se koristi sa aditivima: nikl, hrom. Pozitivne kvalitete bloka cilindara od livenog gvožđa: manja osetljivost na pregrijavanje, potrebna krutost u visokom stepenu. Loša strana je velika masa, koja utiče na dinamiku automobila.
Aluminijum– zauzima drugo mjesto u proizvodnji blokova cilindara. Pozitivne osobine aluminijumskog bloka su: lakoća i bolje hlađenje. Kao nedostatak, postoji problem sa odabirom materijala od kojeg bi cilindar trebao biti napravljen.
U savremenim uslovima razvijene su tehnologije za proizvodnju cilindara u aluminijskim blokovima cilindara motora: Locasil - presovanje aluminijumsko-silikonskih košuljica, Nicasil - u obliku premaza od nikla na aluminijskoj površini bloka cilindra.
Nedostatak tehnologije nikla je u tome što ako klip izgori ili klipnjača pukne, niklovana prevlaka propada i blok cilindra se ne može popraviti. Mijenja se kao cjelina. Za razliku od livenog gvožđa, koji takođe podleže kompletu za popravku.
Blok cilindra od legure magnezijuma kombinuje tvrdoću livenog gvožđa i lakoću aluminijuma. Ali takav blok je vrlo skup i ne koristi se u proizvodnji transportera.
Svaki od materijala ima svoje prednosti i nedostatke, pa je netačno jasno navesti koji je bolji.
Osnovni zahtjevi za blok cilindra motora
- rupe svih kreveta moraju osigurati poravnanje;
- kreveti moraju imati isti prečnik. Izuzetak su posebni dizajni;
- osi ležajeva i ravnina bloka cilindra moraju biti savršeno paralelne.
Pregled glavnih dijelova bloka cilindra
Cilindar motora. Glavni dio cilindra motora je košuljica. Koriste se dvije vrste rukava:
- obloge utisnute direktno u blok cilindra. Obično u aluminijskim blokovima;
- koji se dijele na “mokre” i “suhe”.
Glava cilindra. Sadrži: komoru za sagorevanje, tačke za pričvršćivanje zupčastog remena, rashladni plašt i kanale za podmazivanje, rupe sa navojem za svjećice (injektore), rupe za ulazne i izlazne kanale.
Blok cilindra (blok motora) je glavni i osnovni dio motora s unutarnjim sagorijevanjem, on čini najveći dio opterećenja i sadrži glavne komponente i mehanizme. Zbog toga se postavljaju strogi zahtjevi za blok cilindra, izrađen je od visokokvalitetnih materijala i obrađen na posebnim strojevima visoke preciznosti. U osnovi, blokovi cilindara su izrađeni od perlitnog sivog lijeva sa malim dodacima legirajućih elemenata, ali se u posljednje vrijeme često mogu naći i od aluminija, pa čak i od magnezija. Blokovi se uglavnom izrađuju od livenog gvožđa za kamione i traktore, a od aluminijuma - za automobile i sportske automobile. Na visoko ubrzanim sportskim motorima s turbopunjačem blokovi se sada izrađuju od kombinovanih materijala, čiji je unutrašnji dio izliven od aluminija, a vanjski dio (gdje se nalazi rashladni plašt) izrađen je od magnezijuma.
Aluminijski i kompozitni blokovi omogućavaju značajno smanjenje težine cijelog motora i automobila u cjelini, što je veliki plus za sportske automobile. Zbog složenog dizajna labirintskog tipa sa ogromnim brojem skrivenih šupljina, blokovi cilindara se izlivaju pod visokim pritiskom. Visok pritisak omogućava dobijanje ispravnog oblika i sprečava stvaranje nehomogenosti i zračnih šupljina u "tijelo" metala.
Blokovi cilindara, koji se izrađuju od kompozitnog metala, proizvode se na složeniji način - prvo se srednji dio lijeva pod visokim pritiskom od aluminija visoke čistoće, a tek nakon toga se vanjski dio izrađuje od magnezija. Tehnologija izrade blokova od kombinovanih (slika 1) metala je veoma složena i odgovorna, zbog čega se ovaj dizajn koristi samo na veoma skupim automobilima i po pravilu u neserijskoj proizvodnji, gde je smanjenje težine motora opravdano. . Međutim, blokovi od lijevanog željeza mogu izdržati veća opterećenja, otporniji su na pregrijavanje i imaju manji toplinski kapacitet. Toplotni kapacitet livenog gvožđa omogućava da se motor brže zagreje na radnu temperaturu, što će smanjiti vreme rada motora sa unutrašnjim sagorevanjem tokom zagrevanja tokom rada zimi. Ne zaboravite da je toplotna provodljivost livenog gvožđa mnogo niža (oko 4 puta) od aluminijuma, zbog čega sistem hlađenja u takvim motorima radi u težim uslovima.
Pročitajte također
Prilikom izrade bloka cilindra uzima se u obzir način montaže košuljice cilindra (slika br. 3). Obloge cilindara su izrađene od čelika visokih kvaliteta. Obloge cilindara su uklonjive ili livene (ugrađene u blok), a trenutno se najčešće koriste livene košuljice. Izlivene košuljice se ugrađuju u kalup i prije nego što se formira sam blok cilindra, koji se lijeva zajedno sa košuljicama, zbog čega dolazi do difuzije jednog metala u drugi. Ova metoda izrade bloka cilindara smanjuje troškove proizvodnje motora s unutarnjim sagorijevanjem, ali i smanjuje mogućnost održavanja motora u cjelini. U slučaju kvara zbog prirodnog habanja ili drugih faktora, nije moguća zamjena čahure, već se cijeli uređaj zbrinjava. Rukavi koji se mogu skinuti mogu biti "mokri" ili "suvi". “Mokra” obloga je u kontaktu sa rashladnom tečnošću, dok je “suva” obloga ugrađena u dodatnu unutrašnju čauru i ne dolazi u kontakt sa tečnošću. Također, u aluminijskim motorima prve serije postojao je akutni problem u korištenju tehnologije ugradnje košuljice, pa ako je košuljica ulivena ili ugrađena „na suho“, tada je košuljica nakon nekog vremena zakivala blok cilindra zbog raznih linearne vibracije zbog uticaja temperatura. Zbog toga je prednost data "plutajućim" "mokrim" patronama. Od ranih 1980-ih godina počela se koristiti tehnologija utiskivanja tankosjedne košuljice okružene aluminijem u blok cilindra. Ali ova metoda ima mnogo nedostataka.
Obloga rashladnog sistema igra veoma važnu ulogu u bloku cilindra motora sa unutrašnjim sagorevanjem - obezbeđuje pristup rashladnoj tečnosti zagrejanim delovima grupe cilindra i klipa. Rashladni plašt se sastoji od šupljina u unutrašnjim šupljinama bloka i dizajniran je na način da rashladna tečnost može efikasno i ravnomerno da odvodi toplotu sa zagrejanih delova.
Također u bloku cilindara postoje kanali za dovod tekućine za podmazivanje (motorno ulje) na sve trljajuće površine. Najčešće se takvi kanali izrađuju u gotovom odljevku, a nepotrebni izlazi se zatvaraju čepovima.
Blok cilindra sadrži sve glavne komponente motora sa unutrašnjim sagorevanjem: radilicu, klipove, mehanizam za razvod, karter itd. Vrlo je važno zadržati njihov relativni položaj unutar tolerancije navedene na crtežu. Nepoštivanje ovih zahtjeva dovodi do kvarova ili naglog smanjenja radnog vijeka motora s unutarnjim sagorijevanjem. Prilikom proizvodnje i obrade bloka cilindra, vrlo je važno održavati tolerancije za okomitost osi cilindra i osovine radilice. Zato je kod obrade bloka cilindra važan pravilan odabir i priprema podloga, osiguravajući konzistentnost ugradnje dijelova u odnosu na alate i radne dijelove mašine u svim operacijama. Najčešće se pri obradi blokova koriste prilično velike ravnine i dvije rupe koje se nalaze na najvećoj udaljenosti. Kod blokova se kao montažne osnove najčešće biraju razdjelne ravnine ili ravnine stopa i montažnih rupa, a za grubu podlogu biraju se rupe za košuljice cilindara i ležišta.
Utičnice za ugradnju čepova glavnih ležajeva obično se obrađuju setom glodala, nakon čega slijedi obrada montažnim provlačenjem na specijalnim mašinama za provlačenje i konvencionalnim horizontalnim mašinama za provlačenje opremljenim uređajima za osiguranje dijela i usmjeravanje provlačenja.
Krajnje površine velikih blokova obrađuju se na horizontalnim bušilicama.
Ravnine poklopaca cilindara (glave) blokova velikih motora, posebno u slučajevima kada površine dijelova imaju izbočine ili udubljenja, obrađuju se na rotacijskim mašinama. Ravnine malih blokova obrađuju se na mašinama za uzdužno provlačenje.
Obrada glavnih rupa se izvodi na univerzalnim mašinama za horizontalno bušenje i radijalno bušenje prema oznakama.
Bušenje slijepih rupa se izvodi pomoću šipki za bušenje konzolno postavljenih u vretenu stroja. Prilikom obrade kroz rupe, kao i da bi se osigurala ispravna lokacija i tačnost rupa, strojevi su opremljeni uređajima u kojima se šipke za bušenje vode fiksnim ili rotirajućim čaurama.
U masovnoj proizvodnji, bušenje rupa za čahure u velikim blokovima izvodi se pomoću držača postavljenih na stol horizontalne bušilice sa trajnim, kruto pričvršćenim nosačima za bušilice i blok se ugrađuje na trajne osnovne površine. U velikoj proizvodnji, pri obradi rupa za čahure u blokovima srednjih i malih veličina, široko se koriste vertikalne i viševretenske mašine. Na ovim strojevima dio je montiran na donju šupljinu i upravljačke rupe, a šipke za bušenje sa setom glodala se okreću u gornjim i donjim vodilicama. Istovremeno sa bušenjem rupa za rukave, obrezuju se prirubnice na kojima se rukav oslanja. Ove prirubnice moraju biti precizno obrađene po visini i strogo okomite na os otvora za košuljice, jer to određuje dimenzije kompresijske komore i pouzdanost brtve na spoju bloka i glave cilindra.
Blok cilindra ima potporne površine za ugradnju radilice; glava cilindra je obično pričvršćena na vrh bloka; donji dio je dio kućišta radilice. Dakle, blok cilindra je osnovni (tijelo) dio motora, na koji su ostale njegove jedinice i komponente nekako pričvršćene.
Enciklopedijski YouTube
-
1 / 5
Stvarni cilindri u bloku cilindara mogu biti ili dio odlivka bloka cilindara, ili mogu biti odvojeni zamjenjivi košuljice ("obloge"), koje mogu biti "mokre" ili "suhe" - ovisno o tome da li su u direktnom kontaktu sa rashladna tečnost u omotu hlađenja motora. Osim funkcije kućišta, blok cilindra ima i dodatne funkcije: glavni je dio sistema za podmazivanje - kroz kanale u bloku cilindara ulje pod pritiskom se dovodi do mjesta podmazivanja, au motorima za hlađenje tekućinom - sistem hlađenja: rashladna tečnost cirkuliše unutar bloka cilindara kroz šupljine koje čine rashladni plašt.
Zidovi unutrašnje šupljine cilindra služe i kao vodilice za klip kada se kreće između krajnjih položaja. Stoga je dužina sastavnih dijelova cilindra unaprijed određena hodom klipa.
Materijal za proizvodnju blokova cilindara
Istrošenost cilindara motora automobila posledica je složenog dejstva na zidove cilindara brojnih brzoprotočnih fizičko-hemijskih procesa, koji se prema prirodi ispoljavanja dele na tri glavna tipa habanja: erozivno, koje se javlja kao rezultat mehaničkog habanja, stvrdnjavanja i drugih destruktivnih procesa pri direktnom kontaktu metalnih površina koje trljaju; korozivna, koja se javlja tokom svih vrsta oksidativnih procesa na tarnim površinama; abrazivno, što uzrokuje uništavanje tarnih površina u prisustvu tvrdih ili, kako kažu, abrazivnih čestica između njih, uključujući proizvode habanja.
Cilindar radi u uslovima promenljivog pritiska u šupljini iznad klipa. Njegovi unutrašnji zidovi su u kontaktu sa plamenom i vrućim gasovima zagrejanim na temperaturu od 1500-2500 °C. Prosječna brzina klizanja klipnih prstenova duž zidova cilindara u automobilskim motorima dostiže 12-15 m/sec. Stoga materijal koji se koristi za izradu unutrašnjih zidova cilindara mora imati visoku mehaničku čvrstoću, a sama konstrukcija zida mora imati povećanu krutost. Zidovi cilindra moraju dobro izdržati abraziju pod ograničenim podmazivanjem i imati ukupnu visoku otpornost na druge moguće vrste habanja (abrazivne, korozivne i neke vrste erozije) koje smanjuju vijek trajanja cilindara. Uz sve to, materijali koji se koriste za izradu cilindara moraju imati dobra svojstva livenja i biti laki za obradu na mašinama.
U skladu s ovim zahtjevima, kao glavni materijal za izradu blokova cilindara koristi se perlitno sivo željezo s malim dodacima legirajućih elemenata (nikl, krom, itd.). Koriste se i visokolegirane legure livenog gvožđa, čelika, magnezijuma i aluminijuma. Blokovi napravljeni od ovih materijala nikako nisu ekvivalentni po svojim svojstvima.
Dakle, blok od livenog gvožđa je najkrutiji, što znači da, pod jednakim uslovima, može izdržati veći stepen sile i najmanje je osetljiv na pregrijavanje. Toplotni kapacitet livenog gvožđa je otprilike upola manji od aluminijuma, što znači da se motor sa blokom od livenog gvožđa brže zagreva do radne temperature. Međutim, liveno gvožđe je veoma teško - 2,7 puta teže od aluminijuma, sklono je koroziji, a njegova toplotna provodljivost je oko 4 puta manja od aluminijuma, tako da sistem hlađenja motora sa karterom od livenog gvožđa radi u intenzivnijim uslovima.
Aluminijski blokovi cilindara su lakši i bolje hlade, ali u ovom slučaju postoji problem s materijalom od kojeg su izrađeni zidovi cilindara. Ako su klipovi motora s takvim blokom izrađeni od lijevanog željeza ili čelika, tada će vrlo brzo istrošiti aluminijske zidove cilindra. Ako napravite klipove od mekog aluminijuma, oni će jednostavno "zgrabiti" aluminijumske zidove, a motor će se zaglaviti.
Stoga je prva generacija motora s aluminijskim blokom koristila „mokre“ košuljice od sivog lijeva umetnute u blok, koje „plutaju“ u rashladnoj tekućini i služe direktno kao zidovi cilindra. Ovaj dizajn, razvijen 1930-ih, postao je široko rasprostranjen 1950-ih, i to samo u Evropi, gdje su ga koristili proizvođači sportskih i skupih vrhunskih automobila (BMW, Jaguar, Rover, neke italijanske kompanije), te u SSSR-u, gdje je aluminijum Blokovi cilindara korišteni su u gotovo svim automobilima vlastitog dizajna, uključujući i kamione - što je, pored gore navedenih prednosti, omogućilo remont bloka cilindra jednostavnom zamjenom košuljica, pružajući veliki ekonomski učinak.
Međutim, ona je imala i svojih nedostataka. Aluminijski blok s mokrim rukavima - posebno tehnološki napredniji u proizvodnji s nižom fiksacijom rukava - ispada primjetno manje krut od bloka od punog lijevanog željeza, zbog čega je osjetljiv na pregrijavanje i slabije podnosi silu. Aluminij je mnogo skuplji od lijevanog željeza, a tehnologija izrade obloženog aluminijskog bloka cilindra mnogo je radno intenzivnija i značajno komplicira proizvodnju. Osim toga, neke legure aluminija su vrlo sklone koroziji kada se koriste određene marke antifriza, što je ponekad stvaralo značajne neugodnosti u radu (pod planskom ekonomijom SSSR-a, ovaj problem je riješen jednostavnim usvajanjem jedinstvenog državnog standarda za rashladnu tekućinu TOSOL, neutralnu do legura aluminijuma). Stoga je do 80-ih - 90-ih godina lijevano željezo ostalo glavni materijal za proizvodnju blokova cilindara, posebno na američkim automobilima.
Ponekad su motori s blokom cilindra od lijevanog željeza također koristili uklonjive obloge cilindra. To je dalo istu prednost u smislu lakoće remonta, kao i mogućnosti izrade košuljica od kvalitetnijeg i otpornijeg na habanje, ali i skupljeg materijala od samog bloka od livenog gvožđa. Na primjer, u SSSR-u su košuljice cilindara obično bile izrađene od posebnog lijevanog željeza otpornog na kiseline (ili opremljene umetcima od ovog materijala), što je značajno smanjilo koroziju zidova cilindra pri interakciji s produktima sagorijevanja goriva koji su se kondenzirali nakon što se motor zaustavio. trčanje.
U 1980-im, tehnologija u kojoj su tankozidne „suhe“ čahure od livenog gvožđa ili kompozitne navlake, okružene sa svih strana aluminijumom, utisnute u aluminijumski blok, postala je sve raširenija. Takvi motori su danas prilično česti. Međutim, ni takvi blokovi nisu bili bez nedostataka, jer se koeficijenti toplinskog širenja lijevanog željeza i aluminija ne poklapaju, što zahtijeva posebne mjere kako bi se spriječilo da se košuljica otrgne od bloka kada se motor zagrije i potencijalno smanjuje njegovu trajnost.
Alternativni pristup uključuje potpuno aluminijski blok, čiji su zidovi cilindra posebno ojačani. Na primjer, na primjeru ovog smjera - motor Chevrolet Vega iz 1971. - blok je izliven od legure koja sadrži do 17% silicija (trgovački naziv Silumal), a posebna obrada stijenki cilindara kemijskim jetkanjem obogatila je njihove površinske slojeve sa kristali silicijuma (posebno odabrana kiselinska kompozicija isprala je aluminijum sa površine zida bez dodirivanja silicijuma), dovodeći ga do potrebne tvrdoće (sam silicijum je mnogo tvrđi od livenog gvožđa). Međutim, eksperiment se pokazao neuspješnim: ispostavilo se da je motor vrlo osjetljiv na kvalitetu maziva i pregrijavanje, imao je nezadovoljavajući vijek trajanja i često je potpuno otkazao mnogo ranije od iscrpljivanja standardnog vijeka trajanja zbog trošenja zidovi cilindara, čija se obnova pokazala izvan fabričkih uslova, za razliku od blokova od livenog gvožđa, koji su bili uobičajeni u to vreme, nije moguća. To je rezultiralo velikim skandalom i milionskim gubicima za GM.
Kasnije su ovu tehnologiju doveli do savršenstva evropski proizvođači - Mercedes-Benz, BMW, Porsche, Audi, a 80-ih - 90-ih godina primijenjena je na njihove proizvodne modele. Takav blok se može čak i izbušiti u ograničenim granicama, jer je debljina ojačanog sloja aluminija s povećanom koncentracijom kristala silicija reda veličine nekoliko mikrona. Međutim, osjetljivost potpuno aluminijskih blokova na pregrijavanje i kvaliteta maziva nije nestala - takvi motori zahtijevaju visok nivo rada i održavanja, a njihovi temperaturni uvjeti budno prati kontrolna elektronika.
Relativno nedavno, njemačka kompanija Kolbenschmidt također je razvila tehnologiju u kojoj se gotove aluminijumsko-silikonske čahure sa ojačanim zidovima s visokim (do 27%) sadržajem silicija (tehnologija Locasil) utiskuju u običan aluminijski blok - to smanjuje troškove i djelimično rješava problem održivosti.
Alternativa je Nicasil tehnologija - premaz nikla na zidovima aluminijumskih cilindara sa raspršivanjem kristala silicijum karbida. Princip rada ovdje je isti - povećanje tvrdoće zidova aluminijskih cilindara. Ova tehnologija je u ograničenoj mjeri korištena još 60-ih i 70-ih godina za motore vrlo skupih sportskih automobila, posebno onih koji su se koristili u Formuli 1. Od modernih motora, takvi blokovi su imali motore M60 i M52 iz BMW-a, a njihova prodaja u nekim zemljama pratio je skandal - "Nikasil" je uništen reakcijom sa određenim vrstama goriva koje sadrže visoku koncentraciju sumpora (što je tipično, posebno, za neke regione SAD-a i Rusije). Glavni nedostatak "Nikasila" je što se tanki premaz nikla lako ošteti, na primjer, kada se klipnjača pukne ili klip izgori, i više se ne može popraviti. Remont je također nemoguć - samo zamjena bloka (klipovi veličine za popravku nisu napravljeni za takve motore).
Blokovi od legure magnezijuma kombinuju tvrdoću livenog gvožđa i lakoću aluminijuma. Ali magnezijumske livene legure su relativno skupe, tako da se koriste izuzetno rijetko, a obično na visoko specijaliziranim sportskim motorima. Izuzetak je motor Zaporožec sa karterom napravljenim od avionske legure magnezijuma ML-5 (i pojedinačnim cilindrima od livenog gvožđa).
U zoru automobilizma mogli su se koristiti i bronzani blokovi cilindara, zbog visoke obradivosti ove legure tokom livenja.
vidi takođe
- Konfiguracija motora sa unutrašnjim sagorevanjem je inženjerski izraz za raspored glavnih komponenti klipnog motora sa unutrašnjim sagorevanjem (PICE).
- Karter je glavni dio karoserije motora. Izolovana unutrašnjost kućišta radilice čini najveću šupljinu u motoru u kojoj se nalazi radilica. U gornjem dijelu kućišta radilice nalazi se blok cilindra
Dugi niz desetljeća motori su se izrađivali od najčešćih materijala - čelika, lijevanog željeza, bakra, bronze, aluminija. Prilično plastike, ponekad su neki mali elementi, poput tijela karburatora, napravljeni od legura magnezija. U svjetlu trenda prema laganim strukturama i povećanju snage uz poboljšanje ekološke komponente, sastav materijala se od tada primjetno promijenio. Od čega se danas prave motori? Hajde da to shvatimo.
Većina vlasnika automobila vjerojatno zna glavni trend moderne automobilske industrije: povećanje snage motora uz stalno smanjenje njegove zapremine i težine. Tajna ove kombinacije leži, između ostalog, u novim materijalima i dizajnu. I, naravno, pažljivo proučavanje svih elemenata agregata, kao i više neskriveno odsustvo viška (čitaj: neisplativih) sigurnosnih margina.
Začudo, sve vrste nanocijevi i druge visoke tehnologije, o kojima se stalno govori u medijima, zapravo se gotovo nikada ne koriste u proizvodnji motora. U proizvodnim motorima najskuplji i najsloženiji materijali su nikl-silicijumski premazi, metal-keramički kompozit (npr. poznat kao FRM kod Honde), razne polimer-ugljične kompozicije i legure titana, koje se postepeno pojavljuju u proizvodnim motorima, kao i kao legure sa visokim sadržajem nikla, kao što je Inconel. Generalno, motorogradnja ostaje vrlo konzervativno područje mašinstva, gdje hrabri eksperimenti u masovnoj proizvodnji nisu dobrodošli.
Napredak je osiguran uglavnom „finim podešavanjem“ i upotrebom odavno poznatih tehnologija kako one postaju jeftinije. Najveći dio serijskih jedinica sastoji se uglavnom od lijevanog željeza, čelika i aluminijskih legura - zapravo najjeftinijih materijala u mašinstvu. Međutim, još uvijek ima prostora za nove tehnologije.
Najveći dio svakog motora je blok cilindra. Ona je najteža. Dugi niz decenija liveno gvožđe je služilo kao glavni materijal za blokove. Prilično je izdržljiv, dobro se oblikuje u bilo koji oblik, a njegove obrađene površine su vrlo otporne na habanje. Lista prednosti uključuje i nisku cijenu. Moderni motori male zapremine i dalje se izrađuju od livenog gvožđa, i malo je verovatno da će industrija u potpunosti napustiti ovaj materijal u bliskoj budućnosti.
Glavni zadatak u poboljšanju legura lijevanog željeza je održavanje visoke površinske tvrdoće uz poboljšanje njegovih pomoćnih kvaliteta, u suprotnom to može dovesti do potrebe za korištenjem košuljica od lijevanog željeza za blok cilindra od legure otpornije na habanje. To se radi povremeno, ali uglavnom na motorima kamiona, gdje je ova tehnologija finansijski opravdana.
Aluminij se također koristi kao blok materijal jako dugo i usavršava se u približno istom smjeru. Napori su uglavnom usmjereni na poboljšanje njegovih sposobnosti obrade, smanjenje koeficijenta ekspanzije uz održavanje potrebne duktilnosti materijala i povećanje potrebnih aspekata čvrstoće legura.
Razvijaju se i tehnologije za korištenje recikliranog aluminija niske čistoće. Za takve legure koriste se druge tehnologije osim livenja, a postoji i trend izrade blokova cilindara kompaktnijih motora od aluminija. Na primjer, motor serije Volkswagen EA211 danas ima aluminijski blok, za koji se ispostavilo da je 40% lakši od lijevanog željeza.
Legure magnezija su mnogo manje popularne. Lakši su od aluminijuma, ali imaju znatno nižu otpornost na koroziju i ne mogu tolerisati kontakt sa vrućim rashladnim sredstvom ili čeličnim zatvaračima na visokim temperaturama. Na rednim šestocilindričnim blokovima motora serije BMW N52 i N53, na primjer, samo je vanjski dio bloka, "oblaka" rashladnog sistema, napravljen od legure magnezijuma. Za relativno dug blok šestocilindričnog motora, ovo daje povećanje težine od oko 10 kg u odnosu na potpuno aluminijumski dizajn. Legure magnezija se također koriste za kućišta motora sa odvojivim cilindrima. To su uglavnom motori za motocikle.
Komponente motora
Ako nove tehnologije i materijali općenito nisu baš prijateljski raspoloženi prema najvećem dijelu motora, tada su moguća posebno zanimljiva iznenađenja. Obloge cilindara bilo kojeg bloka su mjesto primjene svih najnovijih tehnologija i materijala. Lijevano željezo visoke čvrstoće, metode površinskog kaljenja aluminijskih visokosilicijskih legura, galvanske prevlake na bazi legure silicijum karbida sa niklom, metal-keramičke matrice i čelično prskanje imaju široku primjenu čak i na proizvodnim motorima. Nećemo govoriti o livenom gvožđu i aluminijumu sa visokim sadržajem silicija, ali same tehnologije nisu samo stare, već i raširene. Ali o ostalim materijalima bolje je govoriti malo detaljnije.
Navlake od kaljenog livenog gvožđa po tehnologijiCGI(Compacted Graphite Iron) čini se da implementira izuzetno visok stepen pojačanja u dizel motorima. Ovo liveno gvožđe se veoma razlikuje od običnog sivog liva. Ima 75% veću vlačnu čvrstoću, 40% veći modul elastičnosti i dvostruko je otporniji na naizmjenična opterećenja. A njegova relativno niska cijena i snaga omogućavaju stvaranje blokova od lijevanog željeza s masom manjom od aluminijskih. Ali njegova je upotreba uglavnom ograničena na obloge i radilice. Navlake su vrlo tanke, toplinski provodljive, a istovremeno su tehnološki napredne i pouzdane kao i konvencionalne navlake od lijevanog željeza. A radilice se u snazi natječu s onima od kovanog čelika po znatno nižoj cijeni.
Premazivanje po tehnologijiNicasil, generalno, nije neuobičajeno i daleko od novog, ali ostaje jedno od najsavremenijih i najperspektivnijih u svojoj oblasti. Izumljen je davne 1967. godine za motore s rotacionim klipom, a uspio je zablistati u masovnoj automobilskoj industriji. Porsche ga koristi za košuljice cilindara od 1970-ih, a 1990-ih su ga pokušali koristiti i na motorima koji se masovnije proizvode, na primjer u BMW-u i Jaguaru, ali su nedostaci tehnologije i visoka cijena primorali da se odustane. u korist jeftinijih metoda površinskog kaljenja legura visokog silicijuma, na primjer korištenjem Alusil tehnologije.
Štoviše, vjerojatniji razlog kvara je upravo povećana cijena blokova cilindara s ovim premazom, povezana s niskom produktivnošću procesa galvanske prevlake i visokim postotkom kvarova koji se ne otkriju odmah, a koji su potom uspješno pripisani visokim - sumporni benzin.
Ipak, ovaj premaz i dalje ostaje najbolji izbor za stvaranje radne površine u bilo kojem mekom metalu, pa se pod raznim trgovačkim nazivima koristi u masovnoj, a posebno u konstrukciji trkačkih motora. Na primjer, pod brendom SCEM u Suzuki motorima. Njegovi nedostaci se uglavnom odnose na vrlo visoke troškove obrade i lošu prilagodljivost masovnoj proizvodnji kada se koristi s velikim višecilindričnim blokovima.
Metal-keramička matrica (MMC) , poznatiji kao FRM u Honda motorima, je još jedan originalan i zanimljiv materijal. Na primjer, motor u superautomobilu NSX imao je košuljice napravljene po ovoj tehnologiji. Opet, tehnologija je daleko od nove, ali, kao i materijal, vrlo je obećavajuća. Premaz tipa nikasil također pripada MMC-u, ali se mora nanijeti galvanskom metodom, a kao matrica djeluje prilično tvrdi nikl.
U FRM tehnologiji, materijal matrice je aluminij, a MMC se dobija izlivanjem rukavca od materijala na bazi karbonskih vlakana u aluminijski blok. Upotreba karbonskih vlakana je tehnološki naprednija. Osim toga, ispada da je matrica mnogo deblja, malo mekša, mnogo elastičnija i potpuno integrirana u blok materijal. Piling, kao što se dogodilo s Nicasilom, jednostavno je nemoguće. Zbog strukture materijala, gotovo se ne boji habanja i lokalnih oštećenja, a u slučaju habanja, cilindar se može izbušiti zbog velike margine debljine.
Postoje i nedostaci ove vrste pokrivenosti. Prvo, poprilična cijena, a drugo, oštar odnos prema klipnim prstenovima, jer je njegova struktura slabo "podesiva". Ne postoji način da se stvori potpuna mreža, međutim, ulje se ionako dobro zadržava u vlaknima. Rubovi vlakana su vrlo tvrdi, a čak i supertvrdi prstenovi imaju ograničen vijek trajanja, a klip na kontaktnim mjestima se intenzivno haba pri najmanjem izlasku, što podrazumijeva korištenje klipova sa minimalnim zazorom i vrlo kratkom suknjom. Osim toga, premaz je vrlo otporan na ulja. Kao rezultat toga, motori su stalno imali povećanu potrošnju ulja, što im u određenoj fazi nije omogućilo da ispune stroge ekološke zahtjeve.
Međutim, sada ovaj problem više nije relevantan; novi katalizatori i nove generacije ulja s malo pepela omogućuju vam da ne brinete o tome. I, naravno, cijena nanošenja premaza ove vrste primjetno je viša od cijene alusilnih ili lijevanog željeza, ali još uvijek niža od cijene materijala sličnih Nicasilu.
MMC premazi različitih tipova se također koriste u nizu dijelova motora. Na primjer, u sjedištima ventila u glavi cilindra, jačanje vanjskih ležajeva bregastih vratila, posebno opterećenih mjesta na kojima su pričvršćeni strukturni elementi. To omogućava široku upotrebu potpuno aluminijskih dijelova i smanjenje težine konstrukcije zbog pojednostavljenja. Neki dijelovi motora mogu imati velike MMC komponente, kao što su ventili. Ali ovo je još uvijek puno neserijskih dizajna.
Legure titanijuma Oni takođe pokušavaju da ga koriste u dizajnu mašina već duže vreme. U motorima, ovaj snažan, lagan i vrlo fleksibilan materijal sa odličnom hemijskom otpornošću ima vrlo ograničenu upotrebu zbog svoje visoke cijene. Ali možete pronaći serijske dizajne s dijelovima od titana. Titanijumske klipnje, na primjer, odavno su ugrađene u Ferrari motore i AMG tuning odjel. Titanijum je takođe dobar izbor za opruge, podloške, klackalice i druge razvodne elemente, delove EGR izmenjivača toplote, kao i razne pričvršćivače. Osim toga, koristi se za proizvodnju radnih dijelova za turbine visokih performansi, a ponekad i za proizvodnju ventila, pa čak i klipova.
Teoretski, dijelovi napravljeni od legura titanijuma visokog silicijuma sa visokim sadržajem intermetalnih jedinjenja i sicilida mogu se koristiti u motorima, ali većina legura titanijuma doživljava ozbiljan gubitak čvrstoće već na temperaturama iznad 300 stepeni - promena duktilnosti u širokom opsegu i veliki koeficijent ekspanzije, koji ne dozvoljava da se od njih naprave trajni dijelovi male težine. 3D štampa od legura titanijuma ima ograničenu upotrebu u proizvodnji motora, na primer, za kreiranje izduvnih sistema na sportskim automobilima.
Ali pokrivači su od titanijum nitrida- jedno od najpopularnijih sredstava za otvrdnjavanje klipnih prstenova. Ovaj materijal odlično funkcionira na silikonskim ojačanim oblogama cilindara. Koristi se i kao sprej na zaskocima ventila, uključujući i one od titana, na krajevima potiskivača mehanizma ventila i drugim komponentama motora. Od 1990-ih, upotreba ove metode kaljenja je u stalnom porastu, te zamjenjuje hromiranje, nitriranje i visokofrekventno kaljenje. Titanijum nitrid je također obećavajući tip premaza za košuljice cilindara: može se nanositi PA-CVD metodom (plazma-kemijsko taloženje pare), što znači da bi takve tehnologije mogle postati komercijalno dostupne u bliskoj budućnosti ako bude potražnje za novim premazi cilindara otporni na habanje.
Već spomenuta 3D štampa također se aktivno koristi za izradu dijelova od legure Inconel visoke čvrstoće i visoke preciznosti otpornih na toplinu. Ova porodica legura nikl-hroma otpornih na toplotu ima dugu istoriju proizvodnje izduvnih ventila, gornjih kompresijskih prstenova, opruga, pa čak i izduvnih razvodnika, kućišta turbina i pričvršćivača za aplikacije na visokim temperaturama.
Posljednjih godina, zbog razvoja tehnologija 3D printanja i aktivne upotrebe inconel legura u njima, mali motori s unutarnjim sagorijevanjem sve više nabavljaju dijelove od ovog vrlo perspektivnog materijala. Radni raspon dijelova izrađenih od njega je najmanje 150-200 stupnjeva veći od raspona čelika najotpornijih na toplinu i doseže 1200 stupnjeva. Kao materijal za ojačanje, legure Inconela se komercijalno koriste već duže vrijeme; na primjer, u Mercedes-Benz motorima, Inconel premaz se koristi na motorima serije M272/M273.
Plastika također se nastavljaju uvoditi u dizajn motora. Elementi usisnog i rashladnog sistema od plastike su već uobičajeni. Ali daljnje širenje asortimana plastike otporne na ulje i toplinu s niskim savijanjem omogućilo je stvaranje plastičnih kućišta motora s unutarnjim izgaranjem, poklopaca ventila, vodilica i kućišta malih struktura unutar motora. Javnosti su već predstavljeni koncepti motora s blokom cilindra od plastike, odnosno od polimer-karbonskih kompozicija. Sa nešto manjom čvrstoćom od lakih legura, plastika je jeftinija za proizvodnju i mnogo se bolje obrađuje.
šta je rezultat?
Proučavanje pitanja primjenjivosti materijala u strojogradnji pokazuje jasan smjer: za smanjenje težine i poboljšanje drugih karakteristika, upotreba nekih supermaterijala ili nije posebno potrebna ili je u principu nemoguća zbog fizičkih i kemijskih svojstava. Razvoj tehnologije ide evolutivnim putem - unapređenje same proizvodnje i tradicionalnih materijala, reorganizacija procesa rada i optimizacija dizajna. Dakle, čak ni srednjoročno, malo je vjerovatno da ćemo vidjeti revoluciju u proizvodnji motora s unutarnjim sagorijevanjem, već ćemo govoriti o postepenom napuštanju ove vrste motora u principu u korist električnih tehnologija, iako nije ipak je tu bio brz tehnološki proboj.
