"Kısa blok" motoru terimi çoğunlukla işler gerçekten kötü olduğunda, daha az sıklıkla ise yeni bir şey istediğinizde kullanılır. Açıklayalım: kısa motor bloğu, bir motor silindir bloğu seti ve bir dizi motor bileşenidir; bu, çoğunlukla pahalı onarımların bir nedeni olarak piston aşındığında gerekli olur. Bütün bir motoru satın almaya mükemmel bir alternatif olan kısa bloktur, çünkü piston grubu aşındığında, çoğu motor parçası aslında aşınmaz ve değiştirilmesi gerekmez, bu nedenle çoğu kişi için bir motor satın almanın bir anlamı yoktur. Komple motor tertibatı ve kısa blok, yalnızca temel yedek bileşenleri içerecek şekilde özel olarak tasarlanmıştır. İkinci durum (yeni bir şey istediğinizde), kısa bir bloğun yalnızca motor grubuna bir alternatif değil, aynı zamanda arabanın dinamiklerini iyileştirmenin bir yolu olduğu zamandır - bu kadar kısa bir blok, daha büyük çaplı pistonlu silindirlere sahip olabilir.
Kısa bloklu bir motor genellikle halkalı pistonları (zaten silindir bloğuna bastırılmış), bağlantı çubuklarını ve bir krank milini içerir. Kısa bloklar her zaman aşağıdakileri içeren (ancak bunlarla sınırlı olmayan) ek dahili parçaların kurulumunu gerektirir:
- yağ pompası,
- yağ haznesi,
- egzoz manifoldu,
- silindir kapağı (silindir kapağı),
- contalar
Ancak kısa blok kısa bloktan farklıdır ve belirli bileşenlerin seti motor modeline ve araca bağlıdır. Eksantrik milleri ve birçok ek parça (contalar, az sayıda sensör dahil) içeren birçok kısa blok mevcuttur.
Bir dizi piston, bağlantı çubuğu ve krank mili içeren 4 silindirli motorun kısa bloğu
Ancak aynı zamanda uzun blok da var - bu, kısa bloğun donanımına ek olarak bir silindir kapağı, bir yağ karteri, bir egzoz manifoldu, bir valf kapağı içeren geliştirilmiş ve daha eksiksiz bir kısa bloktur. ve bir dizi başka parça. Aslında uzun blok neredeyse tam bir motordur.
Motor bloğu, 2 veya daha fazla silindirli pistonlu motorun bir parçasıdır. Silindir bloğu iki ana işlevi yerine getirir: tüm bileşenleri, mekanizmaları ve motor parçalarını barındıran bir mahfazadır. İkincisi, silindir bloğu motorun bağlı parçalarının temelini oluşturur: karter, silindir kapağı.
Silindir bloğu malzemesi
Dökme demir– yakın zamana kadar blokların yapıldığı geleneksel bir malzeme. Dökme demir katkı maddeleri ile birlikte kullanılır: nikel, krom. Dökme demir silindir bloğunun olumlu nitelikleri: aşırı ısınmaya karşı daha az hassasiyet, yüksek derecede sertlik gerektirir. Dezavantajı ise aracın dinamiklerini etkileyen büyük kütledir.
Alüminyum– silindir blok üretiminde ikinci sırada yer almaktadır. Alüminyum bloğun olumlu nitelikleri şunlardır: hafiflik ve daha iyi soğutma. Dezavantaj olarak silindirin yapılması gereken malzeme seçiminde sorun yaşanmaktadır.
Modern koşullarda, alüminyum motor silindir bloklarındaki silindirlerin üretimi için teknolojiler geliştirilmiştir: Locasil - alüminyum-silikon gömleklerin preslenmesi, Nicasil - silindir bloğunun alüminyum yüzeyinde nikel kaplama şeklinde.
Nikel teknolojisinin dezavantajı ise pistonun yanması veya biyel kolunun kırılması durumunda nikel kaplamanın bozulması ve silindir bloğunun tamir edilememesidir. Bir bütün olarak değişir. Tamir takımına da tabi olan dökme demirden farklı olarak.
Magnezyum alaşımlı silindir bloğu Dökme demirin sertliğini ve alüminyumun hafifliğini birleştirir. Ancak böyle bir blok çok pahalıdır ve konveyör üretiminde kullanılmaz.
Malzemelerin her birinin kendine göre artıları ve eksileri vardır, bu nedenle hangisinin daha iyi olduğunu açıkça belirtmek yanlıştır.
Motor silindir bloğu için temel gereksinimler
- tüm yatakların delikleri hizalamayı sağlamalıdır;
- yataklar aynı çapta olmalıdır. Bunun istisnası özel tasarımlar;
- yatakların eksenleri ve silindir bloğunun düzlemi tamamen paralel olmalıdır.
Silindir bloğunun ana parçalarına genel bakış
Motor silindiri. Bir motor silindirinin ana kısmı astardır. İki tip manşon kullanılır:
- gömlekler doğrudan silindir bloğuna bastırıldı. Tipik olarak alüminyum bloklarda;
- "ıslak" ve "kuru" olarak ikiye ayrılır.
Silindir kafası.Şunları içerir: bir yanma odası, triger kayışı montaj noktaları, bir soğutma ceketi ve yağlama kanalları, bujiler (enjektörler) için dişli delikler, giriş ve çıkış kanalları için delikler.
Silindir bloğu (motor bloğu), içten yanmalı bir motorun ana ve temel parçasıdır, yükün büyük kısmını oluşturur ve ana bileşenleri ve mekanizmaları barındırır. Bu nedenle silindir bloğuna katı gereksinimler getirilmekte, yüksek kaliteli malzemelerden üretilmekte ve özel yüksek hassasiyetli makinelerde işlenmektedir. Temel olarak silindir blokları, küçük alaşım elementleri ilavesiyle perlitik gri dökme demirden yapılır, ancak son zamanlarda sıklıkla alüminyum ve hatta magnezyumdan yapılmış olarak bulunabilirler. Bloklar esas olarak kamyonlar ve traktörler için dökme demirden, otomobiller ve spor otomobiller için ise alüminyumdan yapılmıştır. Yüksek hızlandırılmış turboşarjlı spor motorlarda, bloklar artık iç kısmı alüminyumdan dökülen ve dış kısmı (soğutma ceketinin bulunduğu yer) magnezyumdan yapılmış kombine malzemelerden yapılıyor.
Alüminyum ve kompozit bloklar, tüm motorun ve bir bütün olarak otomobilin ağırlığının önemli ölçüde azalmasına olanak tanır ve bu, spor otomobiller için büyük bir artıdır. Çok sayıda gizli boşluğa sahip karmaşık labirent tipi tasarım nedeniyle silindir blokları yüksek basınç altında dökülür. Doğru şekli elde etmeyi mümkün kılan ve metalin "gövdesinde" homojenlik ve hava boşluklarının oluşmasını önleyen yüksek basınçtır.
Kompozit metalden yapılan silindir blokları daha karmaşık bir şekilde üretilir - önce orta kısım yüksek basınç altında yüksek saflıkta alüminyumdan dökülür ve ancak bundan sonra dış kısım magnezyumdan yapılır. Birleşik (Şekil 1) metallerden blok üretme teknolojisi çok karmaşık ve sorumludur, bu nedenle bu tasarım yalnızca çok pahalı otomobillerde ve kural olarak, motorun ağırlığını azaltmanın haklı olduğu seri olmayan üretimde kullanılır. . Ancak dökme demir bloklar daha yüksek yüklere dayanabilir, aşırı ısınmaya karşı daha dayanıklıdır ve daha düşük ısı kapasitesine sahiptir. Dökme demirin ısı kapasitesi, motorun çalışma sıcaklığına daha hızlı ısınmasını sağlar, bu da kışın çalışma sırasında ısınma sırasında içten yanmalı motorun çalışma süresini azaltır. Dökme demirin ısı iletkenliğinin alüminyumdan çok daha düşük (yaklaşık 4 kat) olduğunu, bu nedenle bu tür motorlarda soğutma sisteminin daha zor koşullar altında çalıştığını unutmayın.
Ayrıca okuyun
Bir silindir bloğu imalatında silindir gömleklerinin montaj yöntemi dikkate alınır (Şekil No. 3). Silindir gömlekleri yüksek dereceli çelikten yapılmıştır. Silindir gömlekleri çıkarılabilir veya gömmedir (blok içine yerleştirilmiştir); şu anda en sık olarak dökme gömlekler kullanılmaktadır. Dökülen gömlekler, bir metalin diğerine difüzyonunun meydana gelmesi nedeniyle gömleklerle birlikte dökülen silindir bloğunun kendisi oluşturulmadan önce bile kalıba yerleştirilir. Bu silindir bloğu üretim yöntemi, içten yanmalı bir motor üretme maliyetini azaltır, ancak aynı zamanda motorun bir bütün olarak bakım kolaylığını da azaltır. Doğal aşınma veya diğer faktörlerden dolayı arıza olması durumunda manşonun değiştirilmesi mümkün değildir ve ünitenin tamamı imha edilir. Çıkarılabilir kollar "ıslak" veya "kuru" olabilir. "Islak" astar soğutucuyla temas halindeyken "kuru" astar ek bir dahili manşon içine takılır ve sıvıyla temas etmez. Ayrıca, ilk serinin alüminyum motorlarında, astar montaj teknolojisinin kullanımında ciddi bir sorun vardı, bu nedenle astar "kuru" olarak dökülürse veya monte edilirse, bir süre sonra astar çeşitli nedenlerden dolayı silindir bloğunu perçinledi. Sıcaklıkların etkisiyle doğrusal titreşimler. Bu nedenle “yüzen” “ıslak” kartuşlar tercih edildi. 1980'lerin başından itibaren alüminyumla çevrelenmiş ince duvarlı astarın silindir bloğuna preslenmesi teknolojisi kullanılmaya başlandı. Fakat bu yöntemin birçok dezavantajı vardır.
Soğutma sistemi ceketi, içten yanmalı bir motorun silindir bloğunda çok önemli bir rol oynar - soğutma sıvısının silindir-piston grubunun ısıtılmış parçalarına erişimini sağlar. Soğutma ceketi, bloğun iç boşluklarındaki boşluklardan oluşur ve soğutucunun, ısıtılan parçalardan ısıyı etkili ve eşit bir şekilde uzaklaştırabilmesini sağlayacak şekilde tasarlanmıştır.
Ayrıca silindir bloğunda tüm sürtünme yüzeylerine yağlama sıvısı (motor yağı) sağlamak için kanallar bulunmaktadır. Çoğu zaman, bu tür kanallar bitmiş dökümde yapılır ve gereksiz çıkışlar tapalarla kapatılır.
Silindir bloğu, içten yanmalı bir motorun tüm ana bileşenlerini içerir: krank mili, pistonlar, zamanlama tahrik mekanizması, karter vb. Çizimde belirtilen tolerans dahilinde göreceli konumlarını korumak çok önemlidir. Bu gerekliliklere uyulmaması, içten yanmalı motorun çalışma ömründe kusurlara veya keskin bir azalmaya yol açar. Bir silindir bloğunu üretirken ve işlerken, silindir eksenleri ile krank mili ekseninin diklik toleranslarını korumak çok önemlidir. Bu nedenle, bir silindir bloğunu işlerken, tüm işlemlerde makinenin takımlarına ve çalışan parçalarına göre parçaların montajında tutarlılığın sağlanması için tabanların doğru seçimi ve hazırlanması önemlidir. Çoğu zaman, blokları işlerken kurulum tabanı olarak oldukça büyük düzlemler ve en uzak mesafeye yerleştirilmiş iki delik kullanılır. Bloklar için, ayakların ayırma düzlemleri veya düzlemleri ve montaj delikleri çoğunlukla montaj tabanı olarak seçilir ve silindir gömlekleri ve yatak yuvaları için delikler kaba işleme tabanı olarak seçilir.
Ana yatak kapaklarının takılmasına yönelik soketler genellikle bir takım kesicilerle işlenir, ardından özel broşlama makinelerinde ve parçayı sabitlemek ve broşlamayı yönlendirmek için cihazlarla donatılmış geleneksel yatay broşlama makinelerinde prefabrik bir broşla işlenir.
Büyük blokların uç yüzeyleri yatay delme makinelerinde işlenir.
Büyük motor bloklarının silindir kapaklarının (kafalarının) düzlemleri, özellikle parçaların yüzeylerinin çıkıntılara veya girintilere sahip olduğu durumlarda döner makinelerde işlenir. Küçük blokların düzlemleri boyuna broşlama makinelerinde işlenir.
Ana deliklerin işlenmesi, işaretlere göre üniversal yatay delme ve radyal delme makinelerinde gerçekleştirilir.
Kör deliklerin açılması, makine miline desteklenmiş delik işleme çubukları kullanılarak gerçekleştirilir. Deliklerin işlenmesi sırasında, deliklerin doğru konumunu ve doğruluğunu sağlamak için makineler, delik işleme çubuklarının sabit veya döner burçlar tarafından yönlendirildiği cihazlarla donatılmıştır.
Büyük ölçekli üretimde, büyük bloklardaki manşonlar için delik açma delikleri, delik işleme baraları için kalıcı, sağlam bir şekilde sabitlenmiş desteklere sahip yatay bir delik açma makinesinin masasına yerleştirilen fikstürler kullanılarak gerçekleştirilir ve blok kalıcı taban yüzeylerine monte edilir. Büyük ölçekli üretimde, orta ve küçük bloklardaki manşon deliklerini işlerken dikey ve çok milli makineler yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu makinelerde parça alt boşluğa ve kontrol deliklerine monte edilir ve bir dizi kesiciye sahip delik işleme çubukları üst ve alt kılavuz burçlarında döner. Manşonlar için deliklerin açılmasıyla eş zamanlı olarak manşonun dayandığı flanşlar da kesilir. Bu flanşların yüksekliği hassas bir şekilde işlenmeli ve gömlekler için deliklerin eksenine kesinlikle dik olmalıdır, çünkü bu, sıkıştırma odasının boyutlarını ve blok ile silindir kafalarının birleşim yerindeki contanın güvenilirliğini belirler.
Silindir bloğu, krank milini monte etmek için destek yüzeylerine sahiptir; silindir kafası genellikle bloğun tepesine tutturulur; alt kısım karterin bir parçasıdır. Dolayısıyla silindir bloğu, motorun geri kalan birimlerinin ve bileşenlerinin bir şekilde bağlandığı temel (gövde) kısmıdır.
Ansiklopedik YouTube
-
1 / 5
Silindir bloğundaki gerçek silindirler, silindir bloğu dökümünün bir parçası olabilir veya doğrudan temas halinde olup olmadıklarına bağlı olarak "ıslak" veya "kuru" olabilen ayrı değiştirilebilir gömlekler ("gömlekler") olabilir. ceket motorunun soğutulması içindeki soğutucu. Muhafaza parçasının işlevine ek olarak, silindir bloğunun ek işlevleri de vardır: yağlama sisteminin ana parçasıdır - silindir bloğundaki kanallar aracılığıyla, yağlama noktalarına basınç altındaki yağ verilir ve sıvı soğutmalı motorlarda - Soğutma sistemi: Soğutma sıvısı, soğutma ceketini oluşturan boşluklar aracılığıyla silindir bloğunun içinde dolaşır.
Silindirin iç boşluğunun duvarları aynı zamanda aşırı konumlar arasında hareket ederken piston için kılavuz görevi görür. Bu nedenle silindiri oluşturan bileşenlerin uzunluğu pistonun stroku ile önceden belirlenir.
Silindir bloklarının üretimi için malzeme
Otomobil motor silindirlerinin aşınması, tezahürlerinin niteliğine göre üç ana aşınma türüne ayrılan çok sayıda hızlı akan fiziksel ve kimyasal işlemin silindir duvarları üzerindeki karmaşık etkisinin bir sonucudur: aşındırıcı, metal sürtünme yüzeylerinin doğrudan teması sırasında mekanik aşınma, sertleşme ve diğer tahrip edici işlemlerin bir sonucu; sürtünme yüzeylerinde her türlü oksidatif işlem sırasında ortaya çıkan aşındırıcı; aşındırıcı, aşınma ürünleri de dahil olmak üzere aralarında sert veya dedikleri gibi aşındırıcı parçacıkların varlığında sürtünme yüzeylerinin tahrip olmasına neden olur.
Silindir, pistonun üstündeki boşlukta değişken basınç koşulları altında çalışır. İç duvarları 1500-2500 °C sıcaklığa kadar ısıtılan alevler ve sıcak gazlarla temas halindedir. Otomobil motorlarında piston segmanlarının silindir duvarları boyunca ortalama kayma hızı 12-15 m/sn'ye ulaşır. Bu nedenle, silindirlerin iç duvarlarını yapmak için kullanılan malzemenin yüksek mekanik mukavemete sahip olması ve duvar yapısının kendisinin de artan sağlamlığa sahip olması gerekir. Silindir duvarları, sınırlı yağlama altında aşınmaya iyi dayanabilmeli ve silindirlerin servis ömrünü kısaltan diğer olası aşınma türlerine (aşındırıcı, korozif ve bazı erozyon türleri) karşı genel olarak yüksek dirence sahip olmalıdır. Tüm bunların yanı sıra silindir imalatında kullanılan malzemelerin iyi döküm özelliklerine sahip olması ve makinelerde işlenebilmesinin kolay olması gerekir.
Bu gereksinimlere uygun olarak, silindir bloklarının imalatında ana malzeme olarak küçük alaşım elementleri (nikel, krom vb.) ilaveli perlitik gri dökme demir kullanılır. Yüksek alaşımlı dökme demir, çelik, magnezyum ve alüminyum alaşımları da kullanılmaktadır. Bu malzemelerden yapılan blokların özellikleri hiçbir şekilde eşdeğer değildir.
Bu nedenle, bir dökme demir blok en sert olanıdır; bu, diğer koşullar eşit olduğunda, daha yüksek derecede zorlamaya dayanabileceği ve aşırı ısınmaya karşı en az duyarlı olduğu anlamına gelir. Dökme demirin ısı kapasitesi alüminyumun yaklaşık yarısı kadardır; bu, dökme demir bloklu bir motorun çalışma sıcaklığına daha hızlı ısındığı anlamına gelir. Bununla birlikte, dökme demir çok ağırdır - alüminyumdan 2,7 kat daha ağırdır, korozyona eğilimlidir ve ısıl iletkenliği alüminyumunkinden yaklaşık 4 kat daha düşüktür, bu nedenle dökme demir karterli bir motorun soğutma sistemi daha yoğun koşullar altında çalışır.
Alüminyum silindir blokları daha hafiftir ve daha iyi soğur, ancak bu durumda silindir duvarlarının yapıldığı malzemede bir sorun vardır. Böyle bir bloğa sahip bir motorun pistonları dökme demir veya çelikten yapılmışsa, alüminyum silindir duvarlarını çok çabuk aşındırırlar. Pistonları yumuşak alüminyumdan yaparsanız, alüminyum duvarları basitçe "yakalayacaklar" ve motor sıkışacaktır.
Bu nedenle, alüminyum bloğa sahip ilk nesil motorlar, bloğa yerleştirilmiş gri dökme demirden yapılmış, soğutucuda "yüzen" ve doğrudan silindir duvarı görevi gören "ıslak" gömlekler kullandı. 1930'larda geliştirilen bu tasarım, 1950'lerde yaygınlaştı ve yalnızca spor ve pahalı yönetici otomobil üreticileri (BMW, Jaguar, Rover, bazı İtalyan şirketleri) tarafından kullanıldığı Avrupa'da ve alüminyumun kullanıldığı SSCB'de yaygınlaştı. Kamyonlar da dahil olmak üzere kendi tasarımımız olan hemen hemen tüm otomobillerde silindir blokları kullanıldı; bu, yukarıdaki avantajlara ek olarak, silindir bloğunun sadece gömlekleri değiştirerek elden geçirilmesini mümkün kıldı ve büyük bir ekonomik etki sağladı.
Ancak onun da eksikleri vardı. Islak manşonlu bir alüminyum blok - özellikle manşonların daha düşük sabitlenmesiyle üretimde teknolojik olarak daha gelişmiş - katı bir dökme demir bloktan belirgin şekilde daha az sert olduğu ortaya çıkıyor, bunun sonucunda aşırı ısınmaya karşı hassas oluyor ve kuvveti daha az tolere ediyor. Alüminyum, dökme demirden çok daha pahalıdır ve astarlı alüminyum silindir bloğu üretme teknolojisi çok daha emek yoğundur ve üretimi önemli ölçüde karmaşıklaştırır. Ek olarak, bazı alüminyum alaşımları, belirli antifriz markaları kullanıldığında korozyona karşı oldukça hassastır ve bu, bazen operasyonda önemli rahatsızlıklara neden olur (SSCB'nin planlanan ekonomisi kapsamında, bu sorun, nötr TOSOL soğutma sıvısı için tek bir devlet standardının benimsenmesiyle çözüldü) alüminyum alaşımlarına kadar). Bu nedenle 80'li ve 90'lı yıllara kadar dökme demir, özellikle Amerikan arabalarında silindir bloklarının üretiminde ana malzeme olarak kaldı.
Bazen dökme demir silindir bloğuna sahip motorlar da çıkarılabilir silindir gömlekleri kullanıyordu. Bu, revizyon kolaylığı açısından aynı avantajın yanı sıra, dökme demir bloğun kendisinden daha kaliteli ve aşınmaya dayanıklı, ancak aynı zamanda daha pahalı bir malzemeden astar yapma yeteneği açısından da aynı avantajı sağladı. Örneğin, SSCB'de silindir gömlekleri genellikle özel aside dayanıklı dökme demirden yapılmıştır (veya bu malzemeden yapılmış uçlarla donatılmıştır), bu da motor durduktan sonra yoğunlaşan yakıt yanma ürünleriyle etkileşime girdiğinde silindir duvarlarının korozyonunu önemli ölçüde azaltmıştır. koşma.
1980'lerde, her tarafı alüminyumla çevrelenmiş ince duvarlı "kuru" dökme demir veya kompozit manşonların alüminyum blok halinde preslendiği teknoloji giderek yaygınlaştı. Bu tür motorlar günümüzde oldukça yaygındır. Bununla birlikte, dökme demir ve alüminyumun termal genleşme katsayıları eşleşmediğinden, bu tür bloklar da dezavantajsız değildir; bu, motor ısındığında astarın bloktan yırtılmasını ve potansiyel olarak dayanıklılığını azaltmasını önlemek için özel önlemler gerektirir.
Alternatif bir yaklaşım ise silindir duvarları özel olarak güçlendirilmiş tamamen alüminyum bloktur. Örneğin, bu yönün örneğini kullanarak - 1971 Chevrolet Vega motoru - blok,% 17'ye kadar silikon içeren bir alaşımdan (Silumal ticari adı) döküldü ve silindir duvarlarının kimyasal aşındırma ile özel olarak işlenmesi, yüzey katmanlarını zenginleştirdi. silikon kristalleri (özel olarak seçilmiş bir asit bileşimi, alüminyumu silikona dokunmadan duvar yüzeyinden yıkayarak) gerekli sertliğe getirir (silikonun kendisi dökme demirden çok daha serttir). Bununla birlikte, deney başarısız oldu: motorun, yağlayıcıların kalitesine ve aşırı ısınmaya karşı çok hassas olduğu, tatmin edici olmayan bir hizmet ömrüne sahip olduğu ve aşınma nedeniyle standart hizmet ömrünün tükenmesinden çok daha önce tamamen başarısız olduğu ortaya çıktı. O dönemde yaygın olan dökme demir blokların aksine restorasyonu fabrika koşulları dışında olduğu ortaya çıkan silindir duvarları imkansızdır. Bu, büyük bir skandala ve GM'nin milyonlarca kayba uğramasına neden oldu.
Daha sonra bu teknoloji Avrupalı üreticiler (Mercedes-Benz, BMW, Porsche, Audi) tarafından mükemmelliğe getirildi ve 80'li ve 90'lı yıllarda üretim modellerine uygulandı. Böyle bir blok, sınırlı sınırlar dahilinde bile delinebilir, çünkü güçlendirilmiş alüminyum katmanın artan silikon kristal konsantrasyonuna sahip kalınlığı birkaç mikron mertebesindedir. Bununla birlikte, tamamen alüminyum blokların aşırı ısınmaya karşı hassasiyeti ve yağlayıcıların kalitesi ortadan kalkmadı - bu tür motorlar yüksek düzeyde çalıştırma ve bakım gerektirir ve sıcaklık koşulları, kontrol elektronikleri tarafından dikkatle izlenir.
Nispeten yakın bir zamanda, Alman Kolbenschmidt şirketi, yüksek (% 27'ye kadar) silikon içeriğine sahip (Locasil teknolojisi) güçlendirilmiş duvarlara sahip hazır alüminyum-silikon manşonların normal bir alüminyum bloğa preslendiği bir teknoloji geliştirdi - bu, maliyeti azaltır ve sürdürülebilirlik sorununu kısmen çözer.
Bir alternatif ise alüminyum silindir duvarları üzerinde silisyum karbür kristallerinin püskürtüldüğü nikel kaplama olan Nicasil teknolojisidir. Buradaki çalışma prensibi aynıdır - alüminyum silindir duvarlarının sertliğini arttırmak. Bu teknoloji, 60'lı ve 70'li yıllarda çok pahalı spor otomobillerin, özellikle de Formula 1'de kullanılanların motorlarında sınırlı bir ölçüde kullanıldı. Modern motorlardan bu tür bloklarda BMW'nin M60 ve M52 motorları vardı ve bunların satışı bazı ülkelerde bir skandal eşlik etti - “Nikasil”, yüksek konsantrasyonda kükürt içeren (özellikle ABD ve Rusya'nın bazı bölgeleri için tipik olan) belirli yakıt türleriyle reaksiyona girerek yok edildi. "Nikasil" in ana dezavantajı, ince nikel kaplamanın, örneğin biyel kolu kırıldığında veya piston yandığında kolayca hasar görmesi ve artık tamir edilememesidir. Revizyon da imkansızdır - yalnızca bloğun değiştirilmesi (bu tür motorlar için tamir boyutunda pistonlar yapılmaz).
Magnezyum alaşımlı bloklar, dökme demirin sertliğini ve alüminyumun hafifliğini birleştirir. Ancak magnezyum döküm alaşımları nispeten pahalıdır, bu nedenle çok nadir kullanılırlar ve genellikle son derece uzmanlaşmış spor motorlarda kullanılırlar. Havacılık magnezyum alaşımı ML-5'ten (ve bireysel dökme demir silindirlerden) yapılmış karterli Zaporozhets motoru bir istisnadır.
Otomobil kullanımının başlangıcında, bu alaşımın döküm sırasında üretilebilirliğinin yüksek olması nedeniyle bronz silindir blokları da kullanılabiliyordu.
Ayrıca bakınız
- İçten yanmalı motor konfigürasyonu, pistonlu içten yanmalı motorun (PICE) ana bileşenlerinin düzenlenmesi için kullanılan bir mühendislik terimidir.
- Karter, motorun ana gövde parçasıdır. Yalıtılmış karter iç kısmı, krank milini içeren motordaki en büyük boşluğu oluşturur. Karterin üst kısmı silindir bloğunu içerir
Onlarca yıldır motorlar en yaygın malzemelerden (çelik, dökme demir, bakır, bronz, alüminyum) yapıldı. Oldukça fazla plastik, bazen karbüratör gövdeleri gibi bazı küçük elemanlar magnezyum alaşımlarından yapılır. Hafif yapılara yönelik eğilimin ve çevre bileşenini iyileştirirken gücün arttırılmasının ardından, malzemelerin bileşimi o zamandan bu yana gözle görülür şekilde değişti. Günümüzde motorlar neyden yapılmıştır? Hadi çözelim.
Çoğu araç sahibi muhtemelen modern otomotiv endüstrisinin ana eğilimini biliyor: motor gücünü arttırırken hacmini ve ağırlığını sürekli olarak azaltmak. Bu kombinasyonun sırrı, diğer şeylerin yanı sıra, yeni malzeme ve tasarımlarda yatmaktadır. Ve elbette, güç ünitesinin tüm unsurlarının ve ayrıca aşırı (okuma: kârsız) güvenlik marjlarının artık gizli olmayan yokluğunun dikkatli bir şekilde incelenmesi.
İşin tuhafı, medyada sürekli konuşulan her türlü nanotüp ve diğer yüksek teknolojiler aslında motor yapımında neredeyse hiç kullanılmıyor. Üretim motorlarında en pahalı ve karmaşık malzemeler nikel-silikon kaplamalar, metal-seramik kompozit (örneğin, Honda'da FRM olarak bilinir), çeşitli polimer-karbon bileşimleri ve üretim motorlarında da yavaş yavaş ortaya çıkan titanyum alaşımlarıdır. Inconel gibi yüksek nikel içeriğine sahip alaşımlar olarak. Genel olarak motor yapımı, seri üretimde cesur deneylerin hoş karşılanmadığı, makine mühendisliğinin çok muhafazakar bir alanı olmaya devam ediyor.
İlerleme, esas olarak "ince ayar" ve uzun süredir bilinen teknolojilerin daha ucuz hale gelmesiyle sağlanır. Seri ünitelerin büyük bir kısmı esas olarak dökme demir, çelik ve alüminyum alaşımlarından oluşur - aslında makine mühendisliğindeki en ucuz malzemeler. Ancak yeni teknolojilere hâlâ yer var.
Herhangi bir motorun en büyük kısmı silindir bloğudur. O en ağırı. Onlarca yıl boyunca dökme demir, blokların ana malzemesi olarak kullanıldı. Oldukça dayanıklıdır, her şekle iyi uyum sağlar ve işlenmiş yüzeyleri aşınmaya karşı oldukça dayanıklıdır. Avantajların listesi aynı zamanda düşük bir fiyatı da içerir. Modern küçük deplasmanlı motorlar hala dökme demirden yapılmaktadır ve yakın gelecekte endüstrinin bu malzemeyi tamamen terk etmesi pek olası değildir.
Dökme demir alaşımlarının iyileştirilmesindeki ana görev, yardımcı niteliklerini geliştirirken yüksek yüzey sertliğini korumaktır, aksi takdirde bu, aşınmaya daha dayanıklı bir alaşımdan yapılmış silindir bloğu için dökme demir gömleklerin kullanılması ihtiyacına yol açabilir. Bu ara sıra yapılır, ancak esas olarak bu teknolojinin mali açıdan uygun olduğu kamyon motorlarında yapılır.
Alüminyum da çok uzun zamandır blok malzemesi olarak kullanılmış ve yaklaşık olarak aynı doğrultuda geliştirilmektedir. Çabalar esas olarak işleme yeteneklerini geliştirmeyi, malzemenin gerekli sünekliğini korurken genleşme katsayısını azaltmayı ve alaşımların mukavemetinin gerekli yönlerini arttırmayı amaçlıyor.
Düşük saflıkta geri dönüştürülmüş alüminyum kullanımına yönelik teknolojiler de geliştirilmektedir. Bu tür alaşımlar için döküm dışındaki teknolojiler kullanılıyor ve daha kompakt motorların silindir bloklarının alüminyumdan yapılmasına yönelik bir eğilim var. Örneğin, bugün Volkswagen EA211 serisi motor, dökme demirden% 40 daha hafif olan bir alüminyum bloğa sahiptir.
Magnezyum alaşımları çok daha az popülerdir. Alüminyumdan daha hafiftirler ancak önemli ölçüde daha düşük korozyon direncine sahiptirler ve sıcak soğutma sıvısı veya yüksek sıcaklıktaki çelik bağlantı elemanlarıyla teması tolere edemezler. Örneğin BMW N52 ve N53 serisinin sıralı altı silindirli motor bloklarında, bloğun yalnızca dış kısmı, soğutma sisteminin "ceketi" magnezyum alaşımından yapılmıştır. Altı silindirli bir motorun nispeten uzun bir bloğu için bu, tamamen alüminyum tasarıma kıyasla yaklaşık 10 kg'lık bir ağırlık artışı sağlar. Magnezyum alaşımları ayrıca sökülebilir silindirli motorların karterlerinde de kullanılır. Bunlar çoğunlukla motosiklet motorlarıdır.
Motor bileşenleri
Yeni teknolojiler ve malzemeler genel olarak motorun büyük bir kısmı için pek uygun değilse, o zaman özellikle ilginç sürprizler mümkündür. Herhangi bir bloğun silindir gömlekleri, en son teknolojilerin ve malzemelerin uygulama noktasıdır. Yüksek mukavemetli dökme demir, alüminyum yüksek silikon alaşımlarının yüzey sertleştirme yöntemleri, nikel ile silisyum karbür alaşımına dayalı galvanik kaplamalar, metal-seramik matrisler ve çelik püskürtme, üretim motorlarında bile yaygın olarak kullanılmaktadır. Dökme demir ve yüksek silikonlu alüminyumdan bahsetmeyeceğiz, ancak teknolojilerin kendisi sadece eski değil aynı zamanda yaygın. Ancak malzemelerin geri kalanı hakkında biraz daha ayrıntılı konuşmak daha iyidir.
Sertleştirilmiş dökme demir manşonlar teknolojiye göreCGI(Sıkıştırılmış Grafit Demir) dizel motorlarda son derece yüksek derecede bir güçlendirme uyguladığı görüldü. Bu dökme demir, sıradan gri dökme demirden çok farklıdır. %75 daha yüksek çekme mukavemetine, %40 daha yüksek elastisite modülüne sahiptir ve alternatif yüklere iki kat daha dayanıklıdır. Nispeten düşük maliyeti ve mukavemeti, alüminyum bloklardan daha az kütleye sahip dökme demir bloklar oluşturmayı mümkün kılar. Ancak kullanımı esas olarak gömlekler ve krank milleriyle sınırlıdır. Manşonlar çok incedir, termal olarak iletkendir ve aynı zamanda geleneksel dökme demir manşonlar kadar teknolojik açıdan gelişmiş ve güvenilirdir. Ve krank milleri, dövme çelik olanlarla güç açısından gözle görülür derecede daha düşük bir maliyetle rekabet eder.
Kaplama teknolojiye göreNicasil genel olarak nadir değildir ve yeni olmaktan uzaktır, ancak alanında en yüksek teknolojiye sahip ve gelecek vaat edenlerden biri olmaya devam etmektedir. 1967 yılında döner pistonlu motorlar için icat edildi ve kitlesel otomotiv endüstrisinde parlamayı başardı. Porsche bunu 1970'lerden beri silindir gömlekleri için kullanıyor ve 1990'larda BMW ve Jaguar gibi daha seri üretilen motorlarda kullanmaya çalıştılar, ancak teknolojinin eksiklikleri ve yüksek fiyatı onu terk etmeye zorladı. Alusil teknolojisi gibi yüksek silikonlu alaşımların yüzey sertleştirmesinde daha ucuz yöntemler tercih ediliyor.
Ayrıca, başarısızlığın daha muhtemel nedeni, galvanik kaplama prosesinin düşük üretilebilirliği ve hemen tespit edilemeyen yüksek kusur yüzdesi ile bağlantılı olarak bu kaplamaya sahip silindir bloklarının artan maliyetidir; bunlar daha sonra başarılı bir şekilde yüksek kaliteye atfedilmiştir. -kükürtlü benzin.
Bununla birlikte, bu kaplama herhangi bir yumuşak metalde çalışma yüzeyi oluşturmak için hala en iyi seçim olmaya devam etmektedir, bu nedenle çeşitli ticari isimler altında toplu ve özellikle yarış motoru yapımında kullanılmaktadır. Örneğin Suzuki motorlarında SCEM markası altında. Dezavantajları esas olarak çok yüksek işlem maliyeti ve büyük çok silindirli bloklarla kullanıldığında seri üretime zayıf uyum sağlamasıyla ilgilidir.
Metal-seramik matris (MMC) Honda motorlarında daha çok FRM olarak bilinen, bir başka orijinal ve ilginç malzemedir. Örneğin, NSX süper otomobilinin motorunda bu teknoloji kullanılarak yapılmış astarlar vardı. Tekrar ediyorum, teknoloji yeni olmaktan çok uzak ama malzeme gibi oldukça umut verici. Nicasil tipi kaplama da MMC'ye aittir, ancak galvanik yöntemle uygulanması gerekir ve oldukça sert nikel bir matris görevi görür.
FRM teknolojisinde matris malzemesi alüminyumdur ve MMC, karbon filament bazlı fiber malzemenin bir manşonunun bir alüminyum bloğun içine dökülmesiyle elde edilir. Karbon fiberin kullanımı teknolojik olarak daha gelişmiştir. Ayrıca matrisin çok daha kalın, biraz daha yumuşak, çok daha elastik ve blok malzemesine tamamen entegre olduğu ortaya çıkıyor. Nicasil'de olduğu gibi peeling yapmak kesinlikle imkansızdır. Malzemenin yapısı gereği çizilme ve lokal hasarlardan neredeyse hiç korkmaz ve aşınma durumunda geniş kalınlık marjı nedeniyle silindir delinebilir.
Bu tür kapsamanın dezavantajları da vardır. Birincisi, önemli bir fiyat ve ikincisi, yapısı zayıf bir şekilde "ayarlanabilir" olduğundan piston segmanlarına karşı sert bir tutum. Tam teşekküllü bir bileme ağı oluşturmanın bir yolu yoktur, ancak yine de yağ liflerde iyi bir şekilde tutulur. Liflerin kenarları çok serttir ve süper sert segmanların bile sınırlı bir ömrü vardır ve temas noktalarındaki piston en ufak bir salgıda yoğun bir şekilde aşınır, bu da minimum boşluklu ve çok kısa etekli pistonların kullanılması anlamına gelir. Ayrıca kaplama yağa karşı oldukça dayanıklıdır. Sonuç olarak, motorlarda sürekli olarak artan yağ tüketimi yaşandı ve bu, belirli bir aşamada katı çevresel gereksinimleri karşılamalarına izin vermedi.
Ancak artık bu sorun artık geçerli değil, yeni katalizörler ve yeni nesil düşük küllü yağlar bu konuda endişelenmenize izin vermiyor. Ve elbette, bu tip bir kaplamanın uygulanmasının fiyatı, alusil veya dökme demir manşonlardan belirgin şekilde daha yüksektir, ancak yine de Nicasil benzeri malzemelerinkinden daha azdır.
Çeşitli motor parçalarında çeşitli tiplerde MMC kaplamalar da kullanılmaktadır. Örneğin, silindir kapağındaki valf yuvalarında, eksantrik millerinin dış yataklarının, özellikle yapısal elemanların bağlandığı yüklü yerlerin güçlendirilmesi. Bu, tamamen alüminyum parçaların yaygın şekilde kullanılmasını ve basitleştirme nedeniyle yapının ağırlığının azaltılmasını mümkün kılar. Bazı motor parçalarında valfler gibi büyük MMC bileşenleri bulunabilir. Ancak bu hala seri olmayan tasarımların çoğu.
Titanyum alaşımları Uzun zamandır makine tasarımında da kullanmaya çalışıyorlar. Motorlarda, mükemmel kimyasal dirence sahip, güçlü, hafif ve oldukça esnek olan bu malzemenin, yüksek maliyeti nedeniyle kullanımı oldukça sınırlıdır. Ancak titanyum parçalı seri tasarımlar da bulabilirsiniz. Örneğin titanyum bağlantı çubukları uzun süredir Ferrari motorlarında ve AMG ayar bölümünde kullanılıyor. Titanyum aynı zamanda yaylar, rondelalar, külbütörler ve diğer zamanlama elemanları, EGR ısı eşanjörlerinin parçaları ve çeşitli bağlantı elemanları için de iyi bir seçimdir. Ayrıca yüksek performanslı türbinlerin çalışma parçalarının üretiminde, bazen de valf ve hatta piston üretiminde de kullanılmaktadır.
Teorik olarak, yüksek miktarda intermetalik bileşik ve siklit içeriğine sahip yüksek silikonlu titanyum alaşımlarından yapılan parçalar motorlarda kullanılabilir, ancak çoğu titanyum alaşımı, 300 derecenin üzerindeki sıcaklıklarda zaten ciddi bir güç kaybına uğrar - geniş bir aralıkta süneklikte bir değişiklik ve bunların dayanıklı, düşük ağırlıklı parçalara dönüştürülmesine izin vermeyen büyük bir genleşme katsayısı. Titanyum alaşımlarından 3 boyutlu baskının motor yapımında, örneğin spor arabalarda egzoz sistemleri oluşturmak için sınırlı kullanımı vardır.
Ama kaplamalar titanyum nitrür- piston segmanlarını sertleştirmenin en popüler yollarından biri. Bu malzeme silikonla güçlendirilmiş silindir gömleklerinde harika çalışır. Ayrıca titanyum olanlar da dahil olmak üzere valflerin pahlarında, valf mekanizması iticilerinin uçlarında ve diğer motor bileşenlerinde sprey olarak kullanılır. 1990'lı yıllardan bu yana bu sertleştirme yönteminin kullanımı giderek artmakta olup, krom kaplama, nitrürleme ve yüksek frekanslı sertleştirmenin yerini almaktadır. Titanyum nitrür de silindir gömlekleri için umut verici bir kaplama türüdür: PA-CVD yöntemi (plazma kimyasal buhar biriktirme) kullanılarak uygulanabilir; bu, yeni teknolojilere talep olması durumunda bu tür teknolojilerin yakın gelecekte ticari olarak temin edilebileceği anlamına gelir. aşınmaya dayanıklı silindir kaplamaları.
Daha önce bahsedilen 3D baskı, yüksek mukavemetli ve yüksek hassasiyetli ısıya dayanıklı Inconel alaşımlı parçalar oluşturmak için de aktif olarak kullanılıyor. Nikel-krom ısıya dayanıklı alaşımlardan oluşan bu aile, yüksek sıcaklık uygulamaları için egzoz valfleri, üst sıkıştırma halkaları, yaylar ve hatta egzoz manifoldları, türbin muhafazaları ve bağlantı elemanları yapımında uzun bir geçmişe sahiptir.
Son yıllarda, 3D baskı teknolojilerinin gelişmesi ve Inconel alaşımlarının aktif kullanımı nedeniyle, küçük ölçekli içten yanmalı motorlar, bu çok umut verici malzemeden giderek daha fazla parça satın alıyor. Ondan yapılan parçaların çalışma aralığı, ısıya en dayanıklı çeliklerden en az 150-200 derece daha yüksek olup 1200 dereceye ulaşır. Takviye malzemesi olarak Inconel alaşımları uzun süredir ticari olarak kullanılmaktadır; örneğin Mercedes-Benz motorlarında, M272/M273 serisi motorlarda Inconel kaplama kullanılmaktadır.
Plastikler ayrıca motor tasarımlarına dahil edilmeye devam ediyor. Plastikten yapılmış giriş ve soğutma sistemlerinin elemanları zaten yaygındır. Ancak düşük çarpıklığa sahip yağa dayanıklı ve ısıya dayanıklı plastik yelpazesinin daha da genişletilmesi, plastik içten yanmalı motor karterleri, valf kapakları, kılavuzlar ve motor içindeki küçük yapıların muhafazalarının oluşturulmasını mümkün kıldı. Plastikten veya daha doğrusu polimer-karbon bileşimlerinden yapılmış silindir bloğuna sahip motor konseptleri zaten kamuoyuna sunuldu. Hafif alaşımlardan biraz daha düşük mukavemete sahip olan plastiğin üretimi daha ucuzdur ve çok daha iyi işlenir.
Sonuç nedir?
Malzemelerin motor yapımında uygulanabilirliği konusunu incelemek net bir yön göstermektedir: ağırlığı azaltmak ve diğer özellikleri iyileştirmek için, bazı süper malzemelerin kullanımı ya özellikle gerekli değildir ya da fiziksel ve kimyasal özelliklerden dolayı prensipte imkansızdır. Teknolojinin gelişimi evrimsel bir yol izlemektedir; hem üretimin hem de geleneksel malzemelerin iyileştirilmesi, iş sürecinin yeniden düzenlenmesi ve tasarım optimizasyonu. Dolayısıyla, orta vadede bile içten yanmalı motorların üretiminde bir devrim görmemiz pek olası değil; bunun yerine, bu tür motorların prensipte kademeli olarak terk edilmesinden, elektrik teknolojileri lehine, her ne kadar henüz gerçekleşmemiş olsa da, söz edeceğiz. yine de hızlı bir teknolojik atılım yaşandı.
