Blok mesin pembakaran internal. Blok silinder: bagaimana tampilannya, dikembangkan dan mengapa itu diperlukan

Dasar dari mesin pembakaran dalam piston adalah blok silinder. Blok mesin digunakan pada mesin pembakaran dalam dengan 2 silinder atau lebih. Blok silinder dibuat dalam bentuk bagian cor tunggal, yang dirancang untuk fungsi-fungsi berikut: menyatukan semua silinder mesin, merupakan dasar untuk attachment (kepala silinder, bak mesin) dan memiliki tempat (tempat tidur) untuk poros engkol di dalam struktur, saluran untuk pelumasan dan sistem pendingin.

Blok silinder terbuat dari apa?

Bahan yang paling umum untuk pembuatan blok mesin adalah besi tuang. Ini barang tradisional. Berikutnya dalam daftar adalah aluminium dalam bentuk berbagai paduan. Bahan paling langka untuk blok silinder adalah paduan magnesium.

• Besi cor memiliki karakteristik positif seperti kekakuan dan sensitivitas rendah terhadap mesin yang terlalu panas. Blok silinder adalah perangkat yang beroperasi dalam perubahan kondisi suhu yang konstan, sehingga blok besi tuang memimpin di sini. Pada saat yang sama, ada minus besar dari balok besi - massa yang besar.
• Aluminium memiliki sifat positif seperti pendinginan mesin yang sangat baik dan bobot yang rendah. Fitur blok aluminium adalah pemilihan dan pemasangan selongsong. Yang paling umum saat ini adalah teknologi Locasil - pengepres selongsong aluminium-silikon dan Nicasil - pelapis nikel. Kerugian dari teknologi kedua adalah tidak dapat diperbaiki. Blok silinder berteknologi nikosil tidak membosankan, tetapi diubah sebagai rakitan. Ini mahal bagi pemilik mobil.
• paduan magnesium tidak digunakan untuk produksi konveyor blok silinder karena biayanya yang tinggi. Meskipun, itu adalah kombinasi sempurna dari kekakuan dan kekuatan besi tuang dan ringannya aluminium.

Komponen utama blok silinder

• kepala silinder(kepala silinder). Dipasang di atas blok dengan pin pemandu dan baut kepala silinder. Antara kepala silinder dan blok silinder adalah bagian yang sangat penting - paking blok silinder.
• Paking Blok Silinder itu bisa asbes-logam, non-asbes atau logam.
• silinder mesin- ini adalah liner yang digunakan dalam dua versi: ditekan langsung ke blok silinder dengan cara industri (biasanya untuk blok aluminium); selongsong yang bisa dilepas: tipe "basah" dan "kering".
• Tukang gerobak. Ini adalah bagian bawah yang konstruktif dari blok silinder. Bertindak sebagai housing untuk KShM (mekanisme engkol). Dari bawah, bak mesin ditutup dengan bak mesin.

Lubang dan saluran untuk pelumasan dan sistem pendingin engine diatur di dalam blok silinder itu sendiri. Sumbat pembuangan blok silinder dirancang untuk mengalirkan cairan pendingin, sedangkan untuk mengalirkan oli mesin terdapat sumbat di wadah oli.

Ada tempat di rongga blok silinder untuk menampung penggerak poros bubungan. Tempat di depan ini menutup penutup blok silinder. Di bagian bawah balok terdapat penyangga bantalan utama poros engkol. Semoga berhasil dalam memahami rahasia perangkat blok mesin.

Padahal, blok mesin adalah bodi utama mesin tanpa bagian dalamnya - kepala silinder, piston, batang penghubung, poros engkol, roda gila, dan bagian lainnya - hanya satu blok silinder.

Blok silinder tipikal dari mesin 8 silinder

Sebagian besar blok mesin dibuat sebagian dari aluminium dan sebagian dari besi cor, meskipun ada banyak eksperimen di akhir 1990-an, dan beberapa blok mesin bahkan dicoba dibuat dari plastik. Bahan percobaan tersebut telah digunakan dalam mobil prototipe dengan harapan dapat mengembangkan kendaraan yang lebih ringan dan lebih efisien. Faktanya adalah blok silinder besi tuang berukuran cukup besar dan merupakan bagian penting dari bobot mobil. Blok silinder biasanya membutuhkan beberapa orang atau peralatan khusus untuk mengangkatnya.

Seperti yang Anda lihat dari foto di atas, blok silinder bukan hanya bodi persegi panjang - ini adalah paduan bentuk kompleks dengan banyak lubang (yang terbesar untuk poros engkol dan piston), saluran, ceruk, dan tepian. Serangkaian saluran dan saluran di dalamnya termasuk garis dan dirancang untuk memasok antibeku dari radiator ke semua area mesin yang panas, mencegahnya dari panas berlebih. Setelah cairan pendingin bersirkulasi ke seluruh mesin, ia dikembalikan ke radiator untuk didinginkan oleh kipas dan dikirim kembali ke mesin.

Inti dari blok silinder mesin pembakaran internal selalu berupa silinder. Jumlah silinder menentukan ukuran dan penempatan blok, dan kebanyakan mobil memiliki antara empat dan delapan silinder. Ada tiga jenis blok mesin tergantung pada lokasi silinder relatif satu sama lain:

• blok silinder segaris;
• blok silinder berbentuk V;
• blok silinder lawan.

Panci oli terpasang di bagian bawah blok, yang pada dasarnya adalah bak oli pelumas mesin. Secara berkala, oli mesin harus diganti, dan wadah oli dalam hal ini dikosongkan dari oli lama lalu diisi dengan yang baru.

Selama pengoperasian normal, blok mesin menjadi sangat panas dan pengemudi harus berhati-hati saat menyentuhnya.

Istilah mesin "blok pendek" paling sering digunakan saat keadaan sangat buruk, dan lebih jarang saat Anda menginginkan sesuatu yang baru. Kami jelaskan: blok mesin pendek adalah sekumpulan blok silinder mesin dan sejumlah komponen mesin, yang paling sering dibutuhkan saat piston aus sebagai alasan perbaikan yang mahal. Ini adalah blok pendek yang merupakan alternatif yang sangat baik untuk membeli seluruh mesin, karena ketika grup piston aus, banyak bagian mesin yang sebenarnya tidak aus dan tidak perlu diganti, jadi tidak masuk akal bagi banyak orang untuk membeli. seluruh rakitan mesin, dan blok pendek dirancang khusus sehingga hanya menyertakan suku cadang pengganti yang paling penting. Kasus kedua (ketika Anda menginginkan sesuatu yang baru) adalah ketika blok pendek bukan hanya alternatif untuk mesin lengkap, tetapi sarana untuk meningkatkan dinamika mobil - blok pendek seperti itu dapat memiliki silinder berdiameter lebih besar dengan piston.

Mesin blok pendek biasanya mencakup piston dengan cincin (sudah ditekan ke dalam blok silinder), batang penghubung, dan poros engkol. Blok pendek selalu membutuhkan pemasangan bagian internal tambahan, yang meliputi (namun tidak terbatas pada):

• pompa minyak,
• panci minyak,
• manifold buang,
• kepala silinder (kepala silinder),
• gasket.

Namun, blok pendek berbeda dengan blok pendek, dan rangkaian komponen tertentu bergantung pada model mesin dan mobil. Banyak blok pendek tersedia dengan poros bubungan dan banyak bagian tambahan (termasuk gasket, sejumlah kecil sensor).

Blok pendek mesin 4 silinder dengan satu set piston, batang penghubung, dan poros engkol

Tetapi ada juga yang disebut blok panjang - ini adalah blok pendek yang ditingkatkan dan lebih lengkap, yang mencakup, selain yang dilengkapi dengan blok pendek, kepala silinder lain, bak oli, manifold buang, penutup katup, dan nomor dari bagian lain. Faktanya, blok yang panjang adalah mesin yang hampir lengkap.

Blok silinder

Blok silinder atau bak mesin adalah tulang punggung mesin. Di atasnya dan di dalamnya terdapat mekanisme utama dan bagian dari sistem mesin. Blok silinder dapat dibuat dari besi cor kelabu (mesin mobil ZIL-130, MA3-5335, KamAE-5320) atau paduan aluminium (mesin mobil GAZ-24 Volga, GAE-53A, dll.). Partisi horizontal membagi blok silinder menjadi bagian atas dan bawah. Lubang untuk memasang liner silinder dibor di bidang atas balok dan di partisi horizontal. Di dalam silinder, yang menjadi pedoman saat piston bergerak, siklus mesin dilakukan. Selongsong bisa basah atau kering. Liner silinder disebut basah jika dicuci dengan cairan sistem pendingin, dan kering jika tidak bersentuhan langsung dengan cairan pendingin.

Beras. 1. Blok silinder dan kepala blok mesin berbentuk V: 1 - blok silinder; 2 - paking kepala blok; 3 - ruang bakar; 4 - kepala blok; 5 - selongsong silinder; 6 - cincin penyegel; 7 - kancing

Silinder dapat dilemparkan dari besi abu-abu bersama dengan dinding selubung air sebagai satu blok atau sebagai selongsong terpisah yang dipasang di satu blok. Mesin dengan silinder yang dibuat dalam bentuk liner basah yang dapat diganti lebih mudah diperbaiki dan dioperasikan (mesin GAZ-24 Volga, GAE-53A, ZIL-130, MA3-5335, KamAZ-5320, dll.).

Permukaan bagian dalam silinder, tempat piston bergerak, disebut cermin silinder. Ini dikerjakan dengan hati-hati untuk mengurangi gesekan saat bergerak di dalam silinder piston bercincin dan sering dikeraskan untuk meningkatkan ketahanan aus dan daya tahan. Pelapis di kutu silinder dipasang sehingga cairan pendingin tidak menembus ke dalamnya dan ke dalam bah, dan gas tidak keluar dari silinder. Penting juga untuk menyediakan kemungkinan mengubah panjang selongsong tergantung pada suhu mesin. Untuk memperbaiki susunan vertikal selongsong, mereka memiliki bahu khusus untuk bertumpu pada blok silinder dan sabuk pemasangan. Lapisan basah di bagian bawah ditutup dengan cincin karet yang ditempatkan di alur blok silinder (mesin mobil KamAE-5320), di alur pelapis (mesin mobil MA3-5335, ZIL-130, dll. ), atau gasket cincin tembaga dipasang di antara blok dan penyangga permukaan sabuk bawah selongsong (mesin GAZ-24 Volga, GAE-53A, dll.). Ujung atas selongsong menonjol di atas bidang blok silinder sebesar 0,02-0,16 mm, yang berkontribusi pada kompresi paking kepala yang lebih baik dan penyegelan selongsong, blok, dan kepala blok yang andal.

Beras. Gambar 2. Skema silinder mesin: a - tanpa liner, tetapi dengan sisipan pendek (mobil ZIL -157 K, GAZ -52-04); b dan c - dengan selongsong "basah" (mesin diesel YaMZ-2E6 dan mobil KamAZ-5320); g - dengan selongsong "basah" di mana sisipan pendek ditekan (pada GAZ-24 Volga, GAZ-5EA, ZIL-130, dll.); 1 - blok silinder 2 g - jaket air; 3 - masukkan; 4, 5 hingga 6 - liner silinder; 7 - cincin penyegel (karet atau tembaga, dipasang di bawah bahu)

Selama pengoperasian mesin, campuran kerja terbakar di bagian atas silinder. Pembakaran disertai dengan pelepasan produk oksidasi yang menyebabkan korosi pada silinder. Untuk meningkatkan ketahanan aus silinder di beberapa mesin, digunakan sisipan yang terbuat dari besi tuang anti korosi. Mereka ditekan ke dalam blok silinder (mesin mobil ZIL-130K, GAZ-52-04) atau ke dalam liner silinder (mesin mobil GAZ-24 Volga, GAZ-bZA, ZIL-130, dll.). Ini memperumit teknologi pembuatan mesin. Di masa mendatang, para perancang bermaksud menggunakan logam khusus, yang memungkinkan untuk meninggalkan penggunaan sisipan dalam silinder.

Partisi vertikal melintang di dalam blok silinder, bersama dengan dinding depan dan belakang, memberikan kekuatan dan kekakuan yang diperlukan. Di partisi ini, serta di dinding depan dan belakang blok, soket dibor untuk bagian atas bantalan utama poros engkol. Bagian bawah bantalan utama ditempatkan di tutup yang terpasang pada balok dengan kancing atau baut.

Pada mesin berbentuk V, salah satu baris blok silinder sedikit bergeser relatif terhadap yang lain, yang disebabkan oleh letak dua batang penghubung pada jurnal batang penghubung poros engkol: satu untuk kanan dan yang lainnya untuk kanan. blok kiri. Jadi, pada mesin berbentuk V mobil GAZ-53A, blok silinder kiri digeser ke depan (sepanjang kendaraan) sebesar 24 mm, dan pada mobil ZIL-130 - sebesar 29 mm relatif terhadap blok kanan. Penomoran silinder ditunjukkan pertama untuk blok silinder kanan (sepanjang kendaraan), dan kemudian untuk kiri: silinder yang paling dekat dengan kipas memiliki nomor satu, dll.

Silinder kepala berfungsi sebagai ruang tempat alur kerja mesin berlangsung; dinding silinder mengarahkan gerakan piston.

Blok silinder adalah pengecoran umum di mana silinder berada. Mesin segaris memiliki satu bagian blok silinder, sedangkan mesin berbentuk V memiliki dua bagian (kanan dan kiri), disatukan oleh bak mesin yang sama. Blok silinder diproduksi bersama dengan bak mesin. Pengecoran ini, disebut bak mesin blok, berfungsi untuk memasang dan merakit semua mekanisme dan perangkat mesin.

Bak mesin terbuat dari besi tuang atau paduan aluminium.

Pada mesin in-line, dalam pembuatan blok besi tuang, silinder dilemparkan bersama dengan blok tersebut. Permukaan kerja bagian dalam silinder 6, diproses dan dipoles dengan hati-hati, disebut cermin silinder. Di antara dinding silinder dan dinding luar blok terdapat rongga 8 yang diisi dengan air yang mendinginkan mesin, dan disebut jaket air.

Dalam hal pengecoran bak mesin paduan aluminium, serta dengan balok besi tuang untuk mesin berbentuk V, silinder dibuat dalam bentuk pelapis besi tuang terpisah yang dipasang di lubang sekat atas dan bawah dari memblokir. Di blok, selongsong dipasang di bahu atas atau bawah, yang termasuk dalam alur partisi blok, dan dijepit oleh kepala yang dipasang di bagian atas blok pada paking.

Selongsong bersentuhan langsung dengan air yang bersirkulasi di jaket air dan disebut "basah". Dalam hal ini, selongsong disegel dengan aman di sekat bawah balok menggunakan cincin tembaga atau karet atau beberapa cincin karet yang dipasang di bagian bawah alur pada selongsong.

Ke bagian atas silinder blok atau liner yang paling terbuka suhu tinggi dan efek korosif dari gas buang, lengan pendek biasanya ditekan dari besi tuang anti korosi khusus yang tahan aus untuk meningkatkan masa pakai silinder mesin.

Dengan susunan katup yang lebih rendah, di satu sisi blok mesin segaris terdapat saluran masuk dan keluar serta soket tempat katup dipasang. Di sisi yang sama dari blok ada ruang - kotak katup, di mana detail mekanisme distribusi gas berada. Kotak katup ditutup dengan satu atau dua penutup.

Dalam hal lokasi atas katup di ruang samping blok atau kedua bagiannya dengan desain berbentuk V, terdapat pendorong dan batang mekanisme distribusi gas.

Penutup roda gigi waktu dipasang di bagian depan bak mesin, terbuat dari besi tuang atau paduan aluminium. Rumah roda gila dari besi terpasang di bagian belakang bak mesin. Di dinding depan dan belakang bak mesin serta sekat dalamnya, terdapat penyangga untuk poros engkol dan poros bubungan.

Bidang atas blok silinder atau setiap bagiannya dengan desain berbentuk V diproses dengan hati-hati dan kepala umum dipasang di atasnya, menutup silinder dari atas. Di head di atas silinder dibuat ceruk yang membentuk ruang bakar, dan ada juga selubung air yang berkomunikasi dengan selubung air blok. Dengan susunan atas katup di kepala silinder, sebagai tambahan, dudukan katup ditempatkan dan saluran masuk dan keluar dilemparkan. Kepala memiliki lubang berulir untuk memasang busi.

Kepala silinder untuk mesin karburator terbuat dari paduan aluminium. Kepala seperti itu memiliki konduktivitas termal yang tinggi, akibatnya suhu campuran yang bekerja di dalam silinder mesin menurun pada akhir langkah kompresi. Hal ini memungkinkan untuk meningkatkan rasio kompresi mesin tanpa munculnya ledakan pembakaran bahan bakar selama pengoperasian mesin.

Beras. 3. Bentuk ruang bakar mesin

Kepala silinder dipasang ke blok dengan mur atau baut pejantan. Gasket penyegel dipasang di antara blok dan kepala, yang menghilangkan aliran gas dari silinder dan aliran air dari selubung air di persimpangan kepala dan blok. Gasket terbuat dari karton asbes yang dilapisi dengan baja lembaran tipis, atau karton asbes yang diresapi grafit dengan tepi dan lubang logam. Dari bawah, panci baja yang dicap dibaut ke flensa karter pada paking penyegel. Bidang konektor bak mesin bertepatan dengan sumbu poros engkol atau terletak di bawahnya.

Dengan susunan katup vertikal satu sisi yang lebih rendah, ruang bakar mesin karburator digeser ke samping

katup. Ruang pembakaran tipe offset ini menghasilkan putaran campuran yang baik selama kompresi dan kondisi terbaik pembakarannya. Untuk mengurangi panjang I ruang bakar dan memperbaiki kondisi pembakaran campuran yang bekerja, serta untuk mengurangi hambatan aliran campuran di saluran masuk ke silinder, dengan ruang seperti itu, pengaturan katup yang lebih rendah cenderung ke sumbu silinder biasanya digunakan.

Dengan susunan katup satu baris atas, ruang bakar pada mesin karburator biasanya berbentuk semi-wedge, yang memberikan kondisi terbaik untuk pembakaran campuran kerja. Ruang pembakaran semi-wedge, karena kesederhanaan bentuknya, dapat dikerjakan dengan mesin sepenuhnya. Hal ini memungkinkan untuk memastikan ketepatan volume ruang bakar di semua silinder dan meningkatkan keseragaman mesin.

Dengan kedua bentuk ruang bakar tersebut, sebagian permukaannya (displacer) terletak dekat dengan bagian bawah piston bila diposisikan pada c. m. t Pemindah seperti itu berkontribusi pada distribusi volume campuran kerja terkompresi yang lebih baik dan mengurangi kemungkinan ledakan selama pembakaran campuran.

Dalam pembuatan karter, kepala, dan bagian lain (penutup roda gigi camshaft, dll.) Dari paduan aluminium, bobot keseluruhan mesin berkurang secara signifikan. Dalam hal menggunakan liner yang dapat dilepas, lebih mudah untuk membuat bak mesin blok dan lebih nyaman untuk memperbaiki silinder saat sudah aus.

Pada mesin diesel tekanan gas pada saat pembakaran jauh lebih tinggi dibandingkan pada mesin karburator yaitu part diesel mengalami beban yang berat sehingga dibuat lebih awet dan kaku.

Blok silinder terbuat dari besi tuang, yang sangat kuat dan kaku. Hal ini dicapai dengan ketebalan dinding silinder dan bak mesin yang signifikan, adanya lebih banyak tulang rusuk di dalam bak mesin dan perpindahan bidang konektor bak mesin secara signifikan di bawah sumbu poros engkol. Silinder mesin disuplai dengan liner kering (yaitu, tidak bersentuhan langsung dengan air) yang dimasukkan ke dalam silinder bor blok, atau digunakan liner sisipan basah yang terbuat dari besi tuang khusus. Kepala silinder diesel terbuat dari besi tuang dan juga membuatnya lebih kuat dan lebih kaku daripada mesin karburator.

Dengan rasio kompresi yang tinggi, untuk mendapatkan volume ruang bakar sekecil mungkin pada mesin diesel, hanya digunakan susunan katup bagian atas. Pada mesin dengan injeksi bahan bakar langsung ( mesin diesel YaMZ), kepala tidak memiliki ceruk di atas silinder, dan ruang bakar dibentuk oleh ceruk yang sesuai di bagian bawah piston.

KE kategori: - Desain dan pengoperasian mesin

Selama beberapa dekade, motor dibuat dari bahan yang paling umum - baja, besi tuang, tembaga, perunggu, aluminium. Cukup banyak plastiknya, terkadang beberapa elemen kecil, seperti bodi karburator, terbuat dari paduan magnesium. Setelah tren menuju penerangan menyeluruh pada struktur dan peningkatan daya sambil meningkatkan komponen lingkungan, komposisi material telah berubah secara nyata sejak saat itu. Terbuat dari apa mesin hari ini? Kami mengerti.

Sebagian besar pemilik mobil mungkin mengetahui tren utama industri otomotif modern: peningkatan tenaga mesin dengan penurunan volume dan bobot yang konstan. Rahasia kombinasi ini antara lain terletak pada material dan desain baru. Nah, dan, tentu saja, studi menyeluruh tentang semua elemen unit daya, serta tidak adanya margin keamanan berlebih (baca: tidak menguntungkan) yang tidak lagi tersembunyi.

Anehnya, semua jenis nanotube dan teknologi tinggi lainnya, yang terus-menerus dibicarakan di media, sebenarnya hampir tidak pernah digunakan dalam pembuatan mesin. Pada mesin serial, bahan yang paling mahal dan kompleks adalah pelapis nikel silikon, komposit keramik-logam (misalnya, dikenal sebagai FRM oleh Honda), berbagai komposisi polimer-karbon dan paduan titanium yang secara bertahap muncul di mesin serial, serta paduan dengan a kandungan nikel yang tinggi, seperti Inconel. Secara umum, pembuatan mesin tetap menjadi bidang teknik mesin yang sangat konservatif, di mana eksperimen berani dalam produksi massal tidak diterima.

Kemajuan disediakan terutama oleh "penyetelan halus" dan penggunaan teknologi terkenal karena harganya menjadi lebih murah. Sebagian besar unit seri terutama terdiri dari paduan besi tuang, baja dan aluminium - sebenarnya, bahan termurah dalam teknik mesin. Namun, masih ada ruang untuk teknologi baru.

Bagian terbesar dari setiap mesin adalah blok silinder. Dia yang terberat. Selama beberapa dekade, besi cor berfungsi sebagai bahan utama balok. Cukup kuat, mengalir dengan baik ke bentuk apa pun, permukaannya yang dirawat memiliki ketahanan aus yang tinggi. Daftar keunggulan termasuk harga rendah. Motor perpindahan kecil modern masih dibuat dari besi tuang, dan kecil kemungkinan industri akan sepenuhnya meninggalkan bahan ini dalam waktu dekat.

Tugas utama dalam meningkatkan paduan besi tuang adalah mempertahankan kekerasan permukaan yang tinggi sambil meningkatkan kualitas tambahannya, jika tidak, hal ini dapat menyebabkan kebutuhan untuk menggunakan pelapis besi tuang untuk blok silinder dari paduan yang lebih tahan aus. Mereka melakukannya sesekali, tetapi kebanyakan pada mesin kargo, di mana teknologi ini dapat dibenarkan secara finansial.

Aluminium sebagai bahan balok juga telah digunakan sejak lama dan diperbaiki dengan arah yang kurang lebih sama. Upaya terutama ditujukan untuk meningkatkan kemungkinan pemrosesannya, untuk mengurangi koefisien muai sambil mempertahankan plastisitas material yang diperlukan, dan meningkatkan aspek kekuatan paduan yang diperlukan.

Teknologi untuk penggunaan aluminium daur ulang dengan kemurnian rendah juga sedang dikembangkan. Untuk paduan ini, teknologi selain pengecoran digunakan, dan ada kecenderungan untuk membuat blok silinder dari aluminium pada mesin yang lebih kompak. Misalnya, mesin seri Volkswagen EA211 saat ini memiliki balok aluminium yang 40% lebih ringan dari besi tuang.

Paduan magnesium secara signifikan kurang populer. Mereka lebih ringan dari aluminium, tetapi memiliki ketahanan korosi yang jauh lebih rendah, tidak mentolerir kontak dengan pendingin panas, dengan pengencang baja. suhu tinggi. Pada blok enam silinder segaris mesin BMW seri N52 dan N53, misalnya, hanya bagian luar blok, "baju" sistem pendingin, yang terbuat dari aloi magnesium. Untuk mesin enam silinder blok yang relatif panjang, ini memberikan penambahan bobot sekitar 10 kg dibandingkan dengan desain yang seluruhnya aluminium. Paduan magnesium juga digunakan untuk blok bak mesin mesin dengan silinder yang dapat dilepas. Kebanyakan mesin sepeda motor.

Komponen mesin

Jika teknologi dan material baru tidak terlalu "bersahabat" dengan bagian terbesar dari motor pada umumnya, maka kejutan yang menarik mungkin terjadi pada khususnya. Liner silinder dari setiap blok adalah titik penerapan semua teknologi terbaru dan bahan. Besi ulet, metode pengerasan permukaan untuk paduan aluminium silikon tinggi, pelapisan paduan silikon karbida-nikel, matriks cermet, dan penyemprotan baja banyak digunakan bahkan pada motor seri. Kami tidak akan berbicara tentang besi tuang dan aluminium silikon tinggi, namun teknologinya sendiri tidak hanya tua, tetapi juga diproduksi secara massal. Tetapi tentang materi lainnya, lebih baik menceritakan lebih banyak.

Lengan besi cor yang mengeras oleh teknologiCGI(Compacted Graphite Iron) tampaknya menerapkan tingkat pemaksaan yang sangat tinggi pada mesin diesel. Besi cor ini sangat berbeda dengan besi cor kelabu pada umumnya. Ini memiliki kekuatan tarik 75% lebih tinggi, modulus elastisitas 40% lebih tinggi, dan dua kali lebih tahan terhadap beban bolak-balik. Dan biaya serta kekuatannya yang relatif rendah memungkinkan untuk membuat balok besi tuang dengan massa lebih kecil dari aluminium. Namun pada dasarnya penggunaannya terbatas pada selongsong dan poros engkol. Selongsongnya sangat tipis, menghantarkan panas dan pada saat yang sama berteknologi maju dan andal seperti selongsong besi cor konvensional. Dan poros engkol bersaing dalam kekuatan dengan baja tempa dengan biaya yang jauh lebih rendah.

Lapisan oleh teknologiNicasil, secara umum, tidak jarang dan jauh dari baru, tetapi tetap menjadi salah satu yang paling berteknologi tinggi dan menjanjikan di bidangnya. Itu ditemukan kembali pada tahun 1967 untuk mesin piston putar, dan berhasil menyala di industri otomotif massal. Porsche telah menggunakannya untuk liner silinder sejak tahun 1970-an, dan pada tahun 1990-an mereka mencobanya pada mesin yang lebih umum seperti BMW dan Jaguar, tetapi kekurangan teknologi dan harga yang tinggi memaksanya untuk ditinggalkan demi metode pengerasan permukaan yang lebih murah untuk tinggi. - paduan silikon. , misalnya menggunakan teknologi Alusil.

Selain itu, alasan kegagalan yang paling mungkin hanyalah meningkatnya biaya blok silinder dengan lapisan ini, terkait dengan rendahnya manufakturabilitas proses pelapisan listrik dan tingginya persentase cacat yang tidak segera terdeteksi, yang kemudian berhasil dikaitkan dengan bensin belerang tinggi. .

Namun, lapisan ini tetap ada pilihan terbaik untuk membuat permukaan kerja pada logam lunak apa pun, oleh karena itu, dengan berbagai nama dagang, digunakan dalam pembuatan mesin massal dan terutama balap. Misalnya dengan merek SCEM di mesin Suzuki. Kerugiannya terutama terkait dengan biaya pemrosesan yang sangat tinggi dan kemampuan beradaptasi yang buruk untuk produksi massal bila digunakan dengan blok multi-silinder besar.

Matriks logam-keramik (MMC) , lebih dikenal sebagai FRM di mesin Honda, adalah bahan orisinal dan menarik lainnya. Misalnya, mesin supercar NSX memiliki selongsong yang dibuat menggunakan teknologi ini. Sekali lagi, teknologinya jauh dari baru, tetapi, seperti bahannya, sangat menjanjikan. Lapisan tipe Nicasil juga milik MMC, tetapi harus diterapkan dengan metode galvanik, dan nikel yang agak keras berfungsi sebagai matriks.

Dalam teknologi FRM, bahan matriksnya adalah aluminium, dan MMC diperoleh dengan menuangkan selongsong berbasis serat karbon ke dalam blok aluminium. Penggunaan serat karbon lebih maju secara teknologi. Selain itu, matriksnya jauh lebih tebal, sedikit lebih lembut, lebih elastis, dan terintegrasi sepenuhnya ke dalam bahan balok. Mengupas, seperti yang terjadi pada Nicasil, tidak mungkin dilakukan. Scoring dan kerusakan lokal karena struktur material hampir tidak buruk baginya, dan jika terjadi keausan, silinder dapat dibor karena margin ketebalan yang besar.

Ada juga kerugian dari liputan semacam itu. Pertama, harga yang lumayan, dan kedua, sikap keras terhadap ring piston, karena strukturnya "disetel" dengan buruk. Tidak ada cara untuk membuat jaring asah yang lengkap, namun, minyak tetap tertahan dengan baik di serat bahkan tanpa itu. Tepi seratnya sangat keras, dan bahkan cincin yang sangat keras memiliki sumber daya yang terbatas, dan piston aus secara intensif pada titik kontak dengan runout sekecil apa pun, yang menyiratkan penggunaan piston dengan jarak bebas minimum dan rok yang sangat pendek. . Selain itu, lapisannya sangat menyerap minyak. Akibatnya, motor terus mengalami peningkatan konsumsi oli, yang pada tahap tertentu tidak memungkinkannya memenuhi persyaratan lingkungan yang ketat.

Namun, sekarang masalah ini tidak lagi relevan, katalis baru dan minyak rendah abu generasi baru memungkinkan Anda untuk tidak khawatir tentang hal ini. Dan, tentu saja, biaya penerapan pelapisan jenis ini jauh lebih tinggi daripada selongsong Alusil atau besi tuang, tetapi masih lebih murah daripada bahan mirip Nicasil.

pelapis MMC jenis yang berbeda juga digunakan dalam berbagai bagian mesin. Misalnya, di dudukan katup di kepala silinder, pengerasan lapisan luar poros bubungan, terutama tempat bermuatan untuk mengencangkan elemen struktural. Hal ini memungkinkan penggunaan semua bagian aluminium secara luas dan mengurangi bobot struktur karena penyederhanaan. Beberapa bagian mesin mungkin memiliki bagian MMC yang besar seperti katup. Tapi bahkan sekarang ini bukan banyak desain serial.

paduan titanium juga telah lama mencoba untuk digunakan dalam desain mesin. Di mesin, bahan yang kuat, ringan, dan sangat elastis dengan ketahanan kimia yang sangat baik ini memiliki kegunaan yang sangat terbatas karena biayanya yang tinggi. Tetapi Anda dapat menemukan desain seri dengan bagian titanium. Batang penghubung titanium, misalnya, sudah lama dipasang di mesin Ferrari dan divisi tuning AMG. Titanium juga merupakan pilihan yang baik untuk pegas, ring, rocker, dan elemen pengatur waktu lainnya, suku cadang penukar panas EGR, serta berbagai pengencang. Selain itu, digunakan untuk membuat bagian kerja turbin berperforma tinggi, dan terkadang untuk membuat katup dan bahkan piston.

Secara teoritis, bagian yang terbuat dari paduan titanium silikon tinggi dengan kandungan senyawa intermetalik dan sicilida yang tinggi dapat digunakan dalam mesin, tetapi sebagian besar paduan titanium menunjukkan kehilangan kekuatan yang serius pada suhu di atas 300 derajat - perubahan keuletan pada rentang yang luas dan koefisien ekspansi yang besar, yang tidak memungkinkan pembuatan bagian yang tahan lama dengan bobot rendah. Pencetakan 3D paduan titanium juga digunakan secara terbatas dalam pembuatan mesin, misalnya, untuk membuat sistem pembuangan pada mobil sport.

Dan inilah sampulnya titanium nitrida- salah satu cara paling populer untuk mengeraskan ring piston. Bahan ini bekerja sangat baik pada lapisan silikon yang mengeras dari liner silinder. Ini juga digunakan sebagai semprotan pada talang katup, termasuk titanium, di ujung pendorong mekanisme katup dan komponen mesin lainnya. Sejak tahun 1990-an, penggunaan metode pengerasan ini terus meningkat, dan menggantikan pelapisan kromium, nitridasi, dan pengerasan frekuensi tinggi. Juga, titanium nitrida adalah jenis pelapis yang menjanjikan untuk liner silinder: dapat diterapkan oleh PA-CVD (deposisi uap kimia plasma), yang berarti bahwa teknologi semacam itu dapat menjadi serial dalam waktu dekat jika ada permintaan untuk keausan baru. lapisan silinder tahan.

Pencetakan 3D yang telah disebutkan juga secara aktif digunakan untuk membuat komponen paduan Inconel tahan panas berkekuatan tinggi dan presisi tinggi. Keluarga paduan tahan panas nikel-kromium ini telah lama menjadi bahan untuk katup buang, cincin kompresi atas, pegas, dan bahkan manifold buang, rumah turbin, dan pengencang untuk aplikasi suhu tinggi.

DI DALAM tahun-tahun terakhir, sehubungan dengan perkembangan teknologi pencetakan 3D dan penggunaan aktif paduan Inconel di dalamnya, mesin pembakaran internal skala kecil semakin banyak memperoleh suku cadang dari bahan yang sangat menjanjikan ini. Kisaran kerja suku cadang darinya setidaknya 150-200 derajat lebih tinggi dari baja paling tahan panas, dan mencapai 1200 derajat. Sebagai bahan pengeras, paduan Inconel telah digunakan secara komersial sejak lama, misalnya pada mesin Mercedes-Benz, lapisan Inconel digunakan pada mesin seri M272 / M273.

plastik juga terus diperkenalkan ke dalam desain mesin. Elemen intake dan sistem pendingin berbahan plastik sudah tidak asing lagi. Tetapi perluasan lebih lanjut dari rangkaian plastik tahan minyak dan tahan panas dengan lengkungan rendah memungkinkan pembuatan bak mesin plastik untuk mesin pembakaran internal, penutup katup, pemandu, rumah dari struktur kecil di dalam mesin. Konsep mesin dengan blok silinder yang terbuat dari plastik, atau tepatnya dari komposisi polimer-karbon, sudah dipaparkan ke publik. Dengan kekuatan yang sedikit lebih rendah daripada paduan ringan, plastik lebih murah untuk diproduksi dan didaur ulang jauh lebih baik.

Apa hasilnya?

Studi tentang masalah penerapan bahan dalam pembuatan mesin menunjukkan arah yang jelas: untuk mengurangi berat dan meningkatkan karakteristik lainnya, penggunaan beberapa bahan super tidak terlalu diperlukan, atau pada prinsipnya tidak mungkin karena sifat fisik dan kimia. Perkembangan teknologi mengikuti jalur evolusi - peningkatan produksi itu sendiri dan bahan tradisional, reorganisasi alur kerja, dan optimalisasi desain. Jadi, bahkan dalam jangka menengah, kita tidak mungkin melihat revolusi dalam produksi mesin pembakaran internal; sebaliknya, kita akan berbicara tentang pengabaian bertahap dari jenis mesin ini pada prinsipnya demi teknologi kelistrikan, meskipun belum ada merupakan terobosan teknologi yang pesat.