Blok spaľovacieho motora. Blok valca: ako sa objavil, vyvinul a prečo je vôbec potrebný

Základom piestového spaľovacieho motora je blok valcov. Blok motora sa používa na spaľovacích motoroch s 2 a viac valcami. Blok valcov je vyrobený vo forme jedného liateho dielu, ktorý je určený pre nasledujúce funkcie: spája všetky valce motora, je základom pre prídavné zariadenia (hlava valcov, kľuková skriňa) a vo vnútri má miesta (lôžka) pre kľukový hriadeľ. štruktúra, kanály pre mazacie a chladiace systémy.

Z čoho je vyrobený blok valcov?

Najbežnejším materiálom na výrobu bloku motora je liatina. Toto je tradičná vec. Ďalším na zozname je hliník vo forme rôznych zliatin. Najvzácnejším materiálom pre blok valcov je zliatina horčíka.

• Liatina má také pozitívne vlastnosti, ako je tuhosť a nízka citlivosť na prehriatie motora. Blok valcov je zariadenie, ktoré pracuje pri neustálej zmene teplotných podmienok, takže tu vedie liatinový blok. Zároveň je tu veľké mínus liatinového bloku - veľká hmotnosť.
• hliník má také pozitívne vlastnosti ako výborné chladenie motora a nízka hmotnosť. Vlastnosti hliníkových blokov je výber a inštalácia objímok. Najbežnejšia je dnes technológia Locasil - lisovanie hliníkovo-kremíkových návlekov a Nicasil - poniklovanie. Nevýhodou druhej technológie je, že nie je opraviteľná. Blok valcov technológie nikosil nepodlieha nudeniu, ale mení sa ako zostava. Pre majiteľa auta je to nákladné.
• zliatina horčíka sa nepoužíva na dopravníkovú výrobu bloku valcov z dôvodu vysokej ceny. Je to však dokonalá kombinácia tuhosti a pevnosti liatiny a ľahkosti hliníka.

Hlavné komponenty bloku valcov

• hlava motora(hlava motora). Namontované na hornej časti bloku pomocou vodiacich kolíkov a skrutiek hlavy valcov. Medzi hlavou valcov a blokom valcov je veľmi dôležitá časť - tesnenie bloku valcov.
• Tesnenie bloku valcov môže to byť azbest-kov, neazbest alebo kov.
• valec motora- ide o vložky, ktoré sa používajú v dvoch verziách: zalisované priamo do bloku valcov priemyselným spôsobom (zvyčajne pre hliníkové bloky); odnímateľné rukávy: "mokré" a "suché" typy.
• Carter. Je to konštrukčná spodná časť bloku valcov. Slúži ako kryt pre KShM (kľukový mechanizmus). Zospodu je kľuková skriňa uzavretá panvou kľukovej skrine.

Otvory a kanály pre mazacie a chladiace systémy motora sú usporiadané v samotnom bloku valcov. Vypúšťacia zátka bloku valcov je určená na vypúšťanie chladiacej kvapaliny, zatiaľ čo na vypúšťanie motorového oleja je v olejovej vani zátka.

V dutine bloku valcov sú miesta na umiestnenie pohonu vačkového hriadeľa. Toto miesto vpredu uzatvára kryt bloku valcov. V spodnej časti bloku sú podpery pre hlavné ložiská kľukového hriadeľa. Veľa šťastia pri pochopení tajomstiev zariadenia bloku motora.

V skutočnosti je blok motora hlavným telesom motora bez jeho vnútra – hlavy valcov, piestov, ojníc, kľukového hriadeľa, zotrvačníka a iných častí – len jeden blok valcov.

Typický blok valcov 8-valcového motora

Väčšina blokov motorov je vyrobená čiastočne z hliníka a čiastočne z liatiny, hoci koncom 90. rokov sa veľa experimentovalo a niektoré bloky motorov sa potom dokonca pokúšali vyrobiť z plastu. Takéto experimentálne materiály boli použité v prototypoch automobilov v nádeji na vývoj ľahších a efektívnejších vozidiel. Faktom je, že liatinový blok valcov je pomerne veľký a tvorí významnú časť hmotnosti vozidla. Blok valcov zvyčajne vyžaduje niekoľko ľudí alebo špeciálne vybavenie na jeho zdvihnutie.

Ako môžete vidieť na fotografii vyššie, blok valca nie je len obdĺžnikové telo - je to zliatina zložitého tvaru s mnohými otvormi (najväčšie z nich sú pre kľukový hriadeľ a piesty), kanálmi, vybraniami a rímsami. Rad kanálov a priechodov vo vnútri obsahuje vedenie a je navrhnutý tak, aby privádzal nemrznúcu zmes z chladiča do všetkých horúcich oblastí motora, čím bráni jeho prehriatiu. Potom, čo chladiaca kvapalina cirkuluje v celom motore, vracia sa späť do chladiča, aby sa ochladila ventilátorom a poslala späť do motora.

Jadrom bloku valcov spaľovacieho motora sú vždy valce. Počet valcov určuje veľkosť a umiestnenie bloku a väčšina áut má medzi štyrmi a ôsmimi valcami. Existujú tri typy blokov motora v závislosti od umiestnenia valcov voči sebe navzájom:

• radový blok valcov;
• blok valcov v tvare V;
• protiľahlý blok valcov.

Na spodok bloku je pripevnená olejová vaňa, ktorá je v podstate kúpeľom pre motorový mazací olej. Motorový olej sa musí pravidelne vymieňať a olejová vaňa sa v tomto prípade vyprázdni od starého oleja a potom sa naplní novým.

Počas bežnej prevádzky sa blok motora veľmi zahrieva a vodiči by mali byť opatrní, keď sa ho dotýkajú.

Pojem „short-block“ engine sa najčastejšie používa, keď sú veci veľmi zlé, menej často, keď chcete niečo nové. Vysvetľujeme: krátky blok motora je súbor bloku valcov motora a množstva komponentov motora, ktorý je najčastejšie potrebný pri opotrebovaní piestu ako dôvod na drahé opravy. Práve krátky blok je výbornou alternatívou ku kúpe celého motora, keďže pri opotrebovaní skupiny piestov sa v skutočnosti veľa častí motora neopotrebuje a nie je potrebné ich vymieňať, takže pre mnohých nemá zmysel kupovať celá zostava motora a krátky blok je špeciálne navrhnutý tak, aby obsahoval iba najnutnejšie náhradné diely. Druhý prípad (keď chcete niečo nové) je, keď krátky blok nie je len alternatívou ku kompletnému motoru, ale prostriedkom na zlepšenie dynamiky auta – takýto krátky blok môže mať valce s väčším priemerom s piestami.

Motor s krátkym blokom zvyčajne obsahuje piesty s krúžkami (už zalisované do bloku valcov), ojnice a kľukový hriadeľ. Krátke bloky vždy vyžadujú inštaláciu ďalších vnútorných častí, ktoré zahŕňajú (ale nie sú obmedzené na):

• olejova pumpa,
• Olejová panvica,
• výfukové potrubie,
• hlava valca (hlava valca),
• tesnenia.

Krátky blok sa však líši od krátkeho bloku a súbor určitých komponentov závisí od modelu motora a auta. K dispozícii je veľa krátkych blokov s vačkovými hriadeľmi a mnohými ďalšími časťami (vrátane tesnení, malého počtu snímačov).

Krátky blokový 4-valcový motor so sadou piestov, ojníc a kľukového hriadeľa

Existuje však aj takzvaný dlhý blok - ide o vylepšený a úplnejší krátky blok, ktorý obsahuje okrem toho, čím je vybavený krátky blok, ďalšiu hlavu valca, olejovú vaňu, výfukové potrubie, kryt ventilov a číslo iných častí. V skutočnosti je dlhý blok takmer kompletný motor.

Blok valcov

Blok valcov alebo kľuková skriňa je chrbticou motora. Na ňom a vo vnútri sú hlavné mechanizmy a časti motorových systémov. Blok valcov môže byť odliaty zo sivej liatiny (automobilové motory ZIL-130, MA3-5335, KamAE-5320) alebo zliatiny hliníka (automobilové motory GAZ-24 Volga, GAE-53A atď.). Horizontálna priečka rozdeľuje blok valcov na hornú a spodnú časť. Otvory na inštaláciu vložiek valcov sú vyvŕtané v hornej rovine bloku a vo vodorovnej priečke. Vo valci, ktorý je vodidlom pri pohybe piestu, je cyklus motora dokončený. Rukávy môžu byť mokré alebo suché. Vložka valca sa nazýva mokrá, ak je umývaná kvapalinou chladiaceho systému, a suchá, ak neprichádza priamo do kontaktu s chladiacou kvapalinou.

Ryža. 1. Blok valcov a hlava bloku motora v tvare V: 1 - blok valcov; 2 - tesnenie hlavy bloku; 3 - spaľovacia komora; 4 - hlava bloku; 5 - puzdro valca; 6 - tesniaci krúžok; 7 - čapy

Valce môžu byť odlievané zo sivej liatiny spolu so stenami vodného plášťa ako jeden blok alebo ako samostatné objímky inštalované v bloku. Motory s valcami vyrobenými vo forme vymeniteľných mokrých vložiek sa ľahšie opravujú a obsluhujú (motory GAZ-24 Volga, GAE-53A, ZIL-130, MA3-5335, KamAZ-5320 atď.).

Vnútorný povrch valca, vo vnútri ktorého sa piest pohybuje, sa nazýva zrkadlo valca. Je starostlivo opracovaný, aby sa znížilo trenie pri pohybe vo valci prstencového piesta a často je kalený, aby sa zvýšila odolnosť proti opotrebovaniu a životnosť. Vložky v blchách valcov sú inštalované tak, aby chladivo nepreniklo do nich a do žumpy a plyny sa nevylomili z valca. Je tiež potrebné zabezpečiť možnosť zmeny dĺžky rukávov v závislosti od teploty motora. Na upevnenie zvislého usporiadania objímok majú špeciálne rameno na opretie o blok valcov a montážne pásy. Mokré vložky v spodnej časti sú utesnené gumovými krúžkami umiestnenými v drážkach bloku valcov (motory automobilu KamAE-5320), v drážkach vložiek (motory automobilov MA3-5335, ZIL-130 atď. ), alebo medené krúžkové tesnenia inštalované medzi blokom a podperou povrchu spodného pásu objímky (motory GAZ-24 Volga, GAE-53A atď.). Horný koniec objímky vyčnieva nad rovinu bloku valcov o 0,02-0,16 mm, čo prispieva k lepšej kompresii tesnenia hlavy a spoľahlivému utesneniu objímky, bloku a hlavy bloku.

Ryža. Obr. 2. Schémy valcov motora: a - bez vložiek, ale s krátkou vložkou (vozidlá ZIL -157 K, GAZ -52-04); b a c - s "mokrým" rukávom (dieselové motory YaMZ-2E6 a vozidlá KamAZ-5320); g - s „mokrým“ rukávom, do ktorého je vtlačená krátka vložka (na GAZ-24 Volga, GAZ-5EA, ZIL-130 atď.); 1 - blok valcov 2 g - vodný plášť; 3 - vložka; 4, 5 až 6 - vložky valcov; 7 - tesniace krúžky (guma alebo meď, inštalované pod ramenom)

Počas chodu motora horí pracovná zmes v hornej časti valcov. Spaľovanie je sprevádzané uvoľňovaním produktov oxidácie, ktoré spôsobujú koróziu valcov. Na zvýšenie odolnosti valcov proti opotrebovaniu v niektorých motoroch sa používajú vložky vyrobené z antikoróznej liatiny. Lisujú sa do bloku valcov (automobilové motory ZIL-130K, GAZ-52-04) alebo do vložiek valcov (automobilové motory GAZ-24 Volga, GAZ-bZA, ZIL-130 atď.). To komplikuje výrobnú technológiu motora. V budúcnosti plánujú dizajnéri použiť špeciálne kovy, ktoré umožnia upustiť od používania vložiek vo valcoch.

Priečne zvislé priečky vo vnútri bloku valcov mu spolu s prednou a zadnou stenou dodávajú potrebnú pevnosť a tuhosť. V týchto priečkach, ako aj v prednej a zadnej stene bloku sú vyvŕtané objímky pre horné polovice hlavných ložísk kľukového hriadeľa. Spodné polovice hlavných ložísk sú umiestnené v uzáveroch pripevnených k bloku pomocou čapov alebo skrutiek.

V motoroch v tvare V je jeden z radov bloku valcov trochu posunutý voči druhému, čo je spôsobené umiestnením dvoch ojníc na čape ojnice kľukového hriadeľa: jedna pre pravú a druhá pre ľavé bloky. Takže v motoroch v tvare V automobilov GAZ-53A je ľavý blok valca posunutý dopredu (pozdĺž vozidla) o 24 mm a v automobiloch ZIL-130 - o 29 mm vzhľadom na pravý blok. Číslovanie valcov je uvedené najskôr pre pravý blok valcov (pozdĺž vozidla) a potom pre ľavý: valec najbližšie k ventilátoru má číslo jedna atď.

Hlavový valec slúži ako priestor, kde prebieha pracovný tok motora; steny valca usmerňujú pohyb piestu.

Blok valcov je bežný odliatok, v ktorom sú umiestnené valce. Radové motory majú jednu časť bloku valcov, zatiaľ čo motory v tvare V majú dve časti (pravú a ľavú), ktoré sú spojené spoločnou kľukovou skriňou. Blok valcov sa vyrába spolu s kľukovou skriňou. Tento odliatok, nazývaný bloková kľuková skriňa, slúži na montáž a montáž všetkých mechanizmov a zariadení motora.

Kľuková skriňa je odliata z liatiny alebo hliníkovej zliatiny.

V radových motoroch sa pri výrobe liatinového bloku valce odlievajú spolu s blokom. Vnútorná pracovná plocha valcov 6, starostlivo spracovaná a vyleštená, sa nazýva zrkadlo valca. Medzi stenami valcov a vonkajšími stenami bloku je dutina 8, ktorá je naplnená vodou, ktorá chladí motor, a nazýva sa vodný plášť.

V prípade odlievania kľukovej skrine z hliníkovej zliatiny, ako aj s liatinovým blokom pre motory v tvare V, sú valce vyrobené vo forme samostatných liatinových vložiek inštalovaných v otvoroch horných a dolných usmerňovačov blokovať. V bloku je objímka upevnená horným alebo spodným ramenom, ktoré je súčasťou drážok blokových priečok, a je upnutá hlavou namontovanou na hornej časti bloku na tesnení.

Rukáv je v priamom kontakte s vodou cirkulujúcou vo vodnom plášti a nazýva sa "mokrý". V tomto prípade je puzdro bezpečne utesnené v spodnej priehradke bloku pomocou medeného alebo gumeného krúžku alebo niekoľkých gumových krúžkov inštalovaných dole v drážkach na objímke.

Do hornej časti bloku valcov alebo vložiek najviac vystavených vysoká teplota a korozívnym účinkom výfukových plynov sú krátke návleky zvyčajne vlisované zo špeciálnej antikoróznej liatiny odolnej proti opotrebovaniu, aby sa zvýšila životnosť valcov motora.

Pri spodnom usporiadaní ventilov sú na jednej strane bloku radového motora vstupné a výstupné kanály a zásuvky, v ktorých sú ventily inštalované. Na tej istej strane bloku je komora - ventilová skriňa, v ktorej sú umiestnené detaily mechanizmu distribúcie plynu. Ventilová skrinka je uzavretá jedným alebo dvoma krytmi.

V prípade horného umiestnenia ventilov v bočnej komore bloku alebo oboch jeho sekcií s dizajnom v tvare V sú tlačné tyče a tyče mechanizmu distribúcie plynu.

Na prednej strane kľukovej skrine je pripevnený kryt rozvodového kolesa, odliaty z liatiny alebo hliníkovej zliatiny. Na zadnej strane kľukovej skrine je pripevnený liatinový kryt zotrvačníka. V prednej a zadnej stene kľukovej skrine a jej vnútorných priečok sú podpery pre kľukový hriadeľ a vačkový hriadeľ.

Horná rovina bloku valcov alebo každá z jeho častí s dizajnom v tvare V je starostlivo spracovaná a na ňu je nainštalovaná spoločná hlava, ktorá zatvára valce zhora. V hlave nad valcami sú vytvorené vybrania, ktoré tvoria spaľovacie komory a je tu aj vodný plášť, ktorý komunikuje s vodným plášťom bloku. Pri hornom usporiadaní ventilov v hlave valcov sú navyše umiestnené sedlá ventilov a sú odliate vstupné a výstupné kanály. Hlava má otvory so závitom na zaskrutkovanie zapaľovacích sviečok.

Hlava valcov pre karburátorové motory je odliata z hliníkovej zliatiny. Takáto hlava má vysokú tepelnú vodivosť, v dôsledku čoho teplota pracovnej zmesi vo valcoch motora na konci kompresných zdvihov klesá. To umožňuje zvýšiť kompresný pomer motora bez výskytu detonačného spaľovania paliva počas prevádzky motora.

Ryža. 3. Tvary spaľovacích komôr motora

Hlava valca je pripevnená k bloku pomocou závrtných matíc alebo skrutiek. Medzi blok a hlavu je inštalované tesniace tesnenie, ktoré eliminuje prechod plynov z valcov a prietok vody z vodného plášťa na križovatke hlavy a bloku. Tesnenie je vyrobené z azbestovej lepenky lemovanej tenkým oceľovým plechom, alebo azbestovej lepenky impregnovanej grafitom s kovovými okrajmi a otvormi. Zospodu je oceľová lisovaná panva priskrutkovaná k prírube kľukovej skrine na tesniacom tesnení. Rovina konektora kľukovej skrine sa zhoduje s osou kľukového hriadeľa alebo sa nachádza pod ňou.

Pri nižšom jednostrannom vertikálnom usporiadaní ventilov je spaľovací priestor karburátorového motora posunutý do strany

ventily. Táto spaľovacia komora offsetového typu poskytuje dobré vírenie zmesi počas kompresie a najlepšie podmienky jeho spaľovanie. Na skrátenie dĺžky I spaľovacej komory a zlepšenie podmienok pre spaľovanie pracovnej zmesi, ako aj na zníženie odporu proti prúdeniu zmesi na vstupe do valca je pri takejto komore vhodné usporiadanie spodných ventilov. zvyčajne sa používa sklonený k osi valca.

Pri hornom jednoradovom usporiadaní ventilov má spaľovací priestor v karburátorových motoroch spravidla poloklinový tvar, ktorý poskytuje najlepšie podmienky pre spaľovanie pracovnej zmesi. Poloklinová spaľovacia komora je vďaka jednoduchosti jej tvaru kompletne opracovateľná. To umožňuje zabezpečiť presné dodržanie objemu spaľovacích komôr vo všetkých valcoch a zvýšiť rovnomernosť motora.

Pri oboch formách spaľovacej komory je časť jej povrchu (vytlačovač) umiestnená blízko spodnej časti piesta, keď je umiestnený v polohe c. Takéto pretláčače prispievajú k lepšiemu rozloženiu objemu stlačenej pracovnej zmesi a znižujú možnosť detonácie pri spaľovaní zmesi.

Pri výrobe kľukovej skrine, hlavy a ďalších dielov (kryty ozubených kolies vačkových hriadeľov a pod.) z hliníkových zliatin sa výrazne znižuje celková hmotnosť motora. V prípade použitia odnímateľných vložiek je jednoduchšia výroba blokových kľukových skríň a je vhodnejšie opraviť valce, keď sú opotrebované.

V dieselových motoroch je tlak plynu počas spaľovania oveľa vyšší ako v karburátorových motoroch, t.j. dieselové diely sú vystavené veľkému zaťaženiu, takže sú odolnejšie a pevnejšie.

Blok valcov je vyrobený z liatiny, ktorá je obzvlášť pevná a tuhá. To je dosiahnuté výraznou hrúbkou stien valcov a kľukovej skrine, prítomnosťou väčšieho počtu rebier vo vnútri kľukovej skrine a posunutím roviny konektora kľukovej skrine výrazne pod os kľukového hriadeľa. Valce motora sú dodávané so suchými (t.j. nie v priamom kontakte s vodou) vložkami, ktoré sa vkladajú do vyvŕtaných valcov bloku, alebo sa používajú mokré vložky zo špeciálnej liatiny. Hlavy dieselových valcov sú vyrobené z liatiny a vďaka nim sú pevnejšie a tuhšie ako karburátorové motory.

Pri vysokom kompresnom pomere sa na získanie čo najmenšieho objemu spaľovacieho priestoru v dieselových motoroch používa iba horné usporiadanie ventilov. V motoroch s priamym vstrekovaním paliva (dieselové motory YaMZ) hlava nemá vybrania nad valcami a spaľovací priestor je tvorený zodpovedajúcim vybraním v dne piestu.

TO kategória: - Konštrukcia a prevádzka motora

Po mnoho desaťročí sa motory vyrábali z najbežnejších materiálov - ocele, liatiny, medi, bronzu, hliníka. Pomerne málo plastu, niekedy sú niektoré malé prvky, ako napríklad telesá karburátora, vyrobené zo zliatin horčíka. V dôsledku trendu všestranného odľahčovania konštrukcií a zvyšovania výkonu pri zlepšovaní environmentálnej zložky sa skladba materiálov odvtedy výrazne zmenila. Z čoho sa dnes vyrábajú motory? Rozumieme.

Väčšina majiteľov áut pravdepodobne pozná hlavný trend moderného automobilového priemyslu: zvyšovanie výkonu motora s neustálym znižovaním jeho objemu a hmotnosti. Tajomstvo tejto kombinácie spočíva okrem iného v nových materiáloch a dizajnoch. No a, samozrejme, dôkladná štúdia všetkých prvkov pohonnej jednotky, ako aj už neskrývaná absencia nadmerných (čítaj: nerentabilných) bezpečnostných rezerv.

Napodiv, všetky druhy nanorúriek a iných špičkových technológií, o ktorých sa neustále hovorí v médiách, sa v skutočnosti takmer nikdy nepoužívajú pri výrobe motorov. V sériových motoroch sú najdrahšie a najzložitejšie materiály kremíkové niklové povlaky, keramicko-kovový kompozit (napríklad známy ako FRM od Hondy), rôzne polymér-uhlíkové kompozície a zliatiny titánu, ktoré sa postupne objavujú v sériových motoroch, ako aj zliatiny s vysoký obsah niklu, ako napríklad Inconel. Vo všeobecnosti zostáva stavba motorov veľmi konzervatívnou oblasťou strojárstva, kde odvážne experimenty v hromadnej výrobe nie sú vítané.

Pokrok je zabezpečený najmä „jemným dolaďovaním“ a využívaním známych technológií, keď sú lacnejšie. Prevažnú časť sériových jednotiek tvorí najmä liatina, oceľ a hliníkové zliatiny – v skutočnosti najlacnejšie materiály v strojárstve. Stále však existuje priestor pre nové technológie.

Najväčšou časťou každého motora je blok valcov. Je najťažšia. Po mnoho desaťročí slúžila liatina ako hlavný materiál pre bloky. Je dostatočne pevný, dobre sa nalieva do akéhokoľvek tvaru, jeho upravené povrchy majú vysokú odolnosť proti opotrebeniu. V zozname výhod je aj nízka cena. Moderné motory s malým objemom sú stále odlievané z liatiny a je nepravdepodobné, že priemysel v blízkej budúcnosti úplne opustí tento materiál.

Hlavnou úlohou pri zdokonaľovaní zliatin liatiny je udržať vysokú povrchovú tvrdosť a zároveň zlepšiť jej pomocné vlastnosti, inak to môže viesť k potrebe použiť liatinové vložky pre blok valcov zo zliatiny odolnejšej proti opotrebovaniu. Robia to občas, ale väčšinou na nákladných motoroch, kde je táto technológia finančne opodstatnená.

Hliník ako blokový materiál sa tiež používa veľmi dlho a zdokonaľuje sa približne v rovnakom smere. Snahy sú zamerané najmä na zlepšenie možností jeho spracovania, na zníženie koeficientu rozťažnosti pri zachovaní potrebnej plasticity materiálu a zvýšenie potrebných aspektov pevnosti zliatin.

Vyvíjajú sa aj technológie na využitie nízko čistého recyklovaného hliníka. Pre tieto zliatiny sa používajú iné technológie ako odlievanie a v kompaktnejších motoroch je trend vyrábať bloky valcov z hliníka. Napríklad motor Volkswagen série EA211 má dnes hliníkový blok, ktorý je o 40 % ľahší ako liatina.

Zliatiny horčíka sú výrazne menej populárne. Sú ľahšie ako hliník, ale majú výrazne nižšiu odolnosť proti korózii, neznášajú kontakt s horúcou chladiacou kvapalinou, s oceľovými spojovacími prvkami. zvýšená teplota. Napríklad na radových šesťvalcových blokoch motorov BMW radu N52 a N53 je zo zliatiny horčíka vyrobená iba vonkajšia časť bloku, „tričko“ chladiaceho systému. Pre relatívne dlhý blokový šesťvalcový motor to dáva nárast hmotnosti rádovo o 10 kg v porovnaní s celohliníkovou konštrukciou. Zliatiny horčíka sa používajú aj na blokové kľukové skrine motorov s odnímateľnými valcami. Väčšinou motocyklové motory.

Komponenty motora

Ak nové technológie a materiály nie sú veľmi „priateľské“ k najväčšej časti motora vo všeobecnosti, potom sú možné najmä zaujímavé prekvapenia. Vložky valcov akéhokoľvek bloku sú bodom aplikácie všetkých najnovšie technológie a materiálov. Tvárna liatina, metódy povrchového kalenia pre hliníkové zliatiny s vysokým obsahom kremíka, pokovovanie zliatinou karbidu kremíka a niklu, cermetové matrice a striekanie ocele sú široko používané aj na sériových motoroch. Nebudeme sa baviť o liatine a hliníku s vysokým obsahom kremíka, napriek tomu samotné technológie sú nielen staré, ale aj sériovo vyrábané. Ale o zvyšku materiálov je lepšie povedať trochu viac.

Objímky z tvrdenej liatiny technológiouCGI(Compacted Graphite Iron) sa zdalo, že implementuje extrémne vysoký stupeň sily v dieselových motoroch. Táto liatina sa veľmi líši od bežnej šedej liatiny. Má o 75 % vyššiu pevnosť v ťahu, o 40 % vyšší modul pružnosti a je dvakrát odolnejšia voči striedavému zaťaženiu. A jeho relatívne nízke náklady a pevnosť umožňujú vytvárať liatinové bloky s hmotnosťou menšou ako hliník. Ale v zásade je jeho použitie obmedzené na objímky a kľukové hriadele. Objímky sú veľmi tenké, teplovodivé a zároveň technologicky vyspelé a spoľahlivé ako bežné liatinové objímky. A kľukové hriadele konkurujú pevnosťou kovaným oceľovým za oveľa nižšiu cenu.

Náter technológiouNicasil, vo všeobecnosti nie je nezvyčajné a nie je ani zďaleka nové, ale zostáva jedným z najmodernejších a najsľubnejších vo svojom odbore. Bol vynájdený už v roku 1967 pre motory s rotačnými piestami a podarilo sa mu rozsvietiť sa v masovom automobilovom priemysle. Porsche ho používa na vložky valcov od 70. rokov a v 90. rokoch ho skúšali na bežnejších motoroch ako BMW a Jaguar, no technologické nedostatky a vysoká cena si od neho vynútili upustenie v prospech lacnejších metód povrchového kalenia pre vysoké -zliatiny kremíka, napríklad pomocou technológie Alusil.

Navyše, najpravdepodobnejším dôvodom zlyhania sú práve zvýšené náklady na bloky valcov s týmto povlakom, spojené s nízkou vyrobiteľnosťou procesu galvanického pokovovania a vysokým percentom defektov, ktoré neboli okamžite zistené a ktoré boli neskôr úspešne pripísané benzínom s vysokým obsahom síry. .

Tento povlak však stále zostáva najlepšia voľba na vytvorenie pracovnej plochy v akomkoľvek mäkkom kove, preto sa pod rôznymi obchodnými názvami používa pri výrobe masových a najmä závodných motorov. Napríklad pod značkou SCEM v motoroch Suzuki. Jeho nevýhody súvisia najmä s veľmi vysokými nákladmi na spracovanie a slabou adaptabilitou na sériovú výrobu pri použití s ​​veľkými viacvalcovými blokmi.

kovovo-keramická matrica (MMC) , známejší ako FRM v motoroch Honda, je ďalším originálnym a zaujímavým materiálom. Napríklad motor na superaute NSX mal rukávy vyrobené pomocou tejto technológie. Technológia opäť zďaleka nie je nová, ale rovnako ako materiál je veľmi sľubná. K MMC patrí aj povlak typu Nicasil, ale musí sa nanášať galvanickou metódou a ako matrica pôsobí skôr tvrdý nikel.

V technológii FRM je materiál matrice hliník a MMC sa získava naliatím puzdra na báze uhlíkových vlákien do hliníkového bloku. Použitie uhlíkových vlákien je technologicky vyspelejšie. Okrem toho je matrica oveľa hrubšia, mierne mäkšia, oveľa pružnejšia a úplne integrovaná do materiálu bloku. Peeling, ako sa to stalo Nicasilovi, jednoducho nie je možné. Bodovanie a miestne poškodenie v dôsledku štruktúry materiálu pre neho takmer nie je strašné a v prípade opotrebovania sa valec môže nudiť kvôli veľkému okraju hrúbky.

Takéto pokrytie má aj nevýhody. Po prvé, značná cena a po druhé, tvrdý prístup k piestnym krúžkom, pretože jeho štruktúra je zle „vyladená“. Neexistuje spôsob, ako vytvoriť plnohodnotnú brúsku, olej sa však dobre drží vo vláknach aj bez toho. Okraje vlákien sú veľmi tvrdé a dokonca aj supertvrdé krúžky majú obmedzený zdroj a piest sa intenzívne opotrebováva v miestach kontaktu pri najmenšom hádzaní, čo znamená použitie piestov s minimálnou vôľou a veľmi krátkym plášťom. . Okrem toho je povlak veľmi absorbujúci olej. V dôsledku toho motory neustále zaznamenávali zvýšenú spotrebu oleja, čo im v určitej fáze neumožňovalo splniť prísne environmentálne požiadavky.

Teraz však tento problém už nie je relevantný, nové katalyzátory a nové generácie olejov s nízkym obsahom popola vám umožňujú nerobiť si starosti. A, samozrejme, náklady na aplikáciu tohto typu povlaku sú výrazne vyššie ako náklady na Alusil alebo liatinové rukávy, ale stále nižšie ako náklady na materiály podobné Nicasilu.

MMC povlaky odlišné typy sa tiež používajú v širokej škále častí motora. Napríklad v sedlách ventilov v hlave valcov vytvrdzovanie vonkajších lôžok vačkových hriadeľov, najmä zaťažených miest na upevnenie konštrukčných prvkov. To umožňuje široké použitie celohliníkových dielov a zníženie hmotnosti konštrukcie vďaka zjednodušeniu. Niektoré časti motora môžu mať veľké časti MMC, ako sú ventily. Ale ani teraz to nie je veľa sériových dizajnov.

zliatiny titánu sa tiež už dlho snažia využiť pri konštrukcii strojov. V motoroch má tento pevný, ľahký a vysoko elastický materiál s vynikajúcou chemickou odolnosťou veľmi obmedzené použitie z dôvodu vysokej ceny. Ale môžete nájsť sériové prevedenia s titánovými dielmi. Titánové ojnice sú napríklad už dávno namontované v motoroch Ferrari a tuningovej divízii AMG. Titán je tiež dobrou voľbou pre pružiny, podložky, vahadlá a iné rozvodové prvky, časti výmenníka tepla EGR, ako aj rôzne upevňovacie prvky. Okrem toho sa z neho vyrábajú pracovné časti vysokovýkonných turbín a niekedy sa vyrábajú ventily a dokonca aj piesty.

Teoreticky je možné v motoroch použiť diely vyrobené zo zliatin titánu s vysokým obsahom kremíka s vysokým obsahom intermetalických zlúčenín a sicilidov, ale väčšina zliatin titánu vykazuje vážnu stratu pevnosti už pri teplotách nad 300 stupňov - zmena ťažnosti v širokom rozsahu a veľký koeficient rozťažnosti, ktorý neumožňuje vytvárať odolné diely s nízkou hmotnosťou. 3D tlač zliatin titánu má tiež obmedzené využitie pri výrobe motorov, napríklad na vytváranie výfukových systémov na športových autách.

A tu sú kryty nitrid titánu- jeden z najpopulárnejších prostriedkov na kalenie piestnych krúžkov. Tento materiál funguje skvele na silikónom tvrdenej vrstve vložiek valcov. Používa sa tiež ako sprej na skosenie hrán ventilov, vrátane titánových, na koncoch posúvačov ventilového mechanizmu a iných komponentov motora. Od 90. rokov minulého storočia sa používanie tejto metódy kalenia neustále zvyšuje a nahrádza chrómovanie, nitridáciu a vysokofrekvenčné kalenie. Nitrid titánu je tiež sľubným typom povlaku pre vložky valcov: môže byť aplikovaný pomocou PA-CVD (plasma chemical vapor deposition), čo znamená, že takéto technológie sa môžu v blízkej budúcnosti stať sériovými, ak bude dopyt po novom opotrebovaní. odolné povlaky valcov.

Už spomínaná 3D tlač sa aktívne využíva aj na vytváranie vysoko pevných a vysoko presných tepelne odolných dielov zo zliatiny Inconel. Táto skupina niklovo-chrómových žiaruvzdorných zliatin je už dlho materiálom pre výfukové ventily, horné kompresné krúžky, pružiny a dokonca aj výfukové potrubia, turbínové skrine a spojovacie prvky pre vysokoteplotné aplikácie.

IN posledné roky, v súvislosti s rozvojom technológií 3D tlače a aktívnym využívaním zliatin Inconel v nich získavajú malé spaľovacie motory čoraz častejšie diely z tohto veľmi perspektívneho materiálu. Pracovný rozsah dielov z neho je najmenej o 150 - 200 stupňov vyšší ako rozsah najviac tepelne odolných ocelí a dosahuje 1200 stupňov. Ako vytvrdzovací materiál sa zliatiny Inconel komerčne používajú pomerne dlho, napríklad v motoroch Mercedes-Benz sa povlak Inconel používa na motoroch radu M272 / M273.

plasty sa aj naďalej zavádzajú do konštrukcie motorov. Prvky sacieho a chladiaceho systému vyrobené z plastu sú už známe. Ale ďalšie rozšírenie sortimentu plastov odolných voči olejom a žiaruvzdorným plastom s nízkou deformáciou umožnilo vytvoriť plastové kľukové skrine pre spaľovacie motory, kryty ventilov, vodidlá, kryty malých štruktúr vo vnútri motora. Verejnosti už boli predstavené koncepty motorov s blokom valcov vyrobených z plastu, alebo skôr z polymér-uhlíkových kompozícií. S o niečo nižšou pevnosťou ako ľahké zliatiny je plast lacnejší na výrobu a oveľa lepšie sa recykluje.

Aký je základ?

Štúdium problematiky použiteľnosti materiálov pri konštrukcii motorov ukazuje jasný smer: na zníženie hmotnosti a zlepšenie ostatných charakteristík použitie niektorých supermateriálov buď nie je zvlášť potrebné, alebo z princípu nemožné pre fyzikálne a chemické vlastnosti. Vývoj technológií sa uberá evolučnou cestou – zdokonaľovaním samotnej výroby aj tradičných materiálov, reorganizáciou pracovného toku a optimalizáciou dizajnu. Takže ani v strednodobom horizonte sa pravdepodobne nedočkáme revolúcie vo výrobe spaľovacích motorov, skôr budeme hovoriť o postupnom upúšťaní od tohto typu motorov v zásade v prospech elektrických technológií, aj keď zatiaľ bol rýchlym technologickým prelomom.