Cylinderblokken er hoveddelen af krumtapmekanismen ( KShM ) i en forbrændingsmotor med to eller flere cylindre stempel . Det er en støbt del i ét stykke, der kombinerer motorcylindrene. Det er normalt støbt af støbejern , sjældnere af støbt aluminium eller magnesiumlegeringer [ 1] . På cylinderblokken er der basisoverflader til installation af en krumt aksel . Topstykket er fastgjort til den øverste del af blokken, den nederste del udgør den øverste del af krumtaphuset . Således er cylinderblokken motorens hoveddel, hvortil dens andre enheder og komponenter på den ene eller anden måde er fastgjort [2] . Koblingshuset på nogle motorer leveres med et sæt og er behandlet sammen, og i dette tilfælde (ligesom hovedlejekapperne ) bør ikke depersonaliseres under reparationer [3] .
Cylinderblokken bruges i væskekølede motorer , og blokhulerne danner en kølekappe. I luftkølede motorer giver fremstillingen af cylindre i en blok ikke væsentlige fordele og bruges derfor næsten aldrig .
Efter fremkomsten af stempelmotorer, for at forbedre ensartetheden af rotations-, vægt- og størrelsesindikatorer, øge effektiviteten (gnist) og reducere vibrationer , blev flercylindrede strukturer skabt [4] . På tidlige motorer, på grund af teknologiske vanskeligheder, var krumtaphuset boltet på, ofte var der separate cylindre, kølekapper, vand- og olierør.
Med udviklingen af støbe- og bearbejdningsteknologier (det vil sige at reducere sandsynligheden for ægteskab af en så kompleks del), kombinerede cylinderblokken den øverste del af krumtaphuset og alle cylindre [5] . Dette reducerede antallet af dele, deres samlede vægt og øgede stivhed (hvilket gør det muligt for eksempel at tvinge motorer til at booste ) . Nu kan sådanne navne som "motorblok", "cylinderblok", "blok" høres i tjenesten eller blandt chauffører, og de refererer alle til denne enkelte del. Blokkrumtaphuset er en del, der kombinerer blokken og alle krumtaphusets vægge (ofte er det et tunnelblokkrumtaphus ), men det kaldes også normalt det samme [6] .
Imidlertid tvinger transportvanskeligheder stadig fremstillingen af store marinemotorer med et separat krumtaphus, separate cylindre, separate hoveder. De vigtigste marinedieselmotorer er så store og tunge (op til 600..800 tons [7] ), at de transporteres med jernbane i dele og samles med kran på stedet. Af driftsmæssige årsager har deres blokke og krumtaphuse adskillige vedligeholdelses- og inspektionsluger [7] , og selv topstykker kan have aftagelige ventiler med sadler .
Afhængigt af den valgte litermasse (kg / l arbejdsvolumen ), de krævede ydeevneegenskaber, formål, kontinuitet og fremstillingsevne af strukturen under design, vælges en af layoutmulighederne (cylinderarrangement) såvel som materialet af cylinderblok [8] .
Cylindre fungerer under forhold med varierende tryk i over-stempelhulrummet. Deres indre vægge er i kontakt med flammer og varme gasser opvarmet til en temperatur på 1500-2500 °C. Den gennemsnitlige glidehastighed af stempelringe langs cylindervæggene på bilmotorer når 12-15 m / s eller mere (racing). Derfor skal materialet, der anvendes til fremstilling af cylinderblokken, have høj mekanisk styrke , og selve vægstrukturen skal have tilstrækkelig stivhed. Cylindervægge skal modstå ridser med begrænset smøring og have en samlet høj modstandsdygtighed over for andre former for slid (slibende, ætsende og nogle typer af erosion), der reducerer cylinderens levetid . Til alt dette skal de materialer, der anvendes til fremstilling af cylindre, have gode støbeegenskaber og være lette at bearbejde.
Hvis der ikke er strenge begrænsninger på vægten (stationære, marine-, traktormotorer), er blokkens materiale gråt perlitisk (mindre formbart ) støbejern. Hvis vægtreduktion er påkrævet (køretøjsmotorer), kan let aluminium eller (mindre almindeligt) magnesiumlegeringer være berettiget (for køretøjer med bremseenergigenvinding, såsom hybridbiler , har vægtreduktion mindre effekt på brændstofforbruget). Det vigtigste er den maksimale lysning af cylinderblokken (og andre dele) til stempelmotorer, her er de mest legerede stål, letmetaller og kompositter økonomisk berettigede. Med en tilladt litervægt på 80-100 kg/l anvendes normalt støbejern [9] .
StøbejernFordelene ved gråt støbejern er [10] :
Den største ulempe ved støbejern er deres store masse (densiteten er 2,7 gange højere) og lavere termisk ledningsevne . Støbestål anvendes ikke til støbning af blokke, da deres støbeegenskaber er dårligere, og vægtykkelsen og vægten bestemmes af støbningens stivhed og ikke af de ultimative styrkeegenskaber. Derudover er dæmpningen af stål dårligere.
I de seneste årtier er cylindre af støbejernsblokke (eller bare ærmer) blevet udsat for laserblegning for at øge hårdheden : strålen passerer overfladen i en spiral, smelter gråt støbejern til hvidt i et tyndt lag. Hvidt støbejern har høj hårdhed, men lagets begrænsede tykkelse og høje hårdhed gør det vanskeligt at reparere boreoperationen [11] .
I tilfælde af fremstilling af en ærmeløs blok er den mærket i overensstemmelse med diameteren af cylinderboringen. Typisk er blokke opdelt efter størrelse gennem 0,01 mm. Dette er påkrævet for at indstille stemplerne med den passende afvigelse fra fabrikken og garanterer den lille stempel-cylinder monteringsafstand, der er angivet i instruktionerne. Oftest kan branding med bogstavet (A, B, C, D, E) findes på det nederste plan af blokken af husholdningsmotorer [12] . Selvfølgelig mister det sin betydning efter at have kedet sig.
AluminiumslegeringAluminiumslegeringer (siliciumholdige) er meget dyrere, men de kan reducere motorens vægt. Stivhed (og evnen til at tvinge) er begrænset, især ved brug af bundbaserede indlægsærmer (de strækker blokken). Disse legeringer har en række funktioner, der bør tages i betragtning ved fremstilling og drift af blokke [13] :
I 1980'erne blev tyndvæggede "tørre" støbejernshylstre omgivet af aluminium presset ind i en aluminiumsblok. Sådanne motorer er ret almindelige [15] . Men da de termiske udvidelseskoefficienter for støbejern og aluminium ikke er de samme, kræver dette foranstaltninger for at forhindre, at muffen knækker af blokken, når motoren varmes op og potentielt reducerer dens holdbarhed.
Aluminiumsblokke, bortset fra støbejerns indsatsmanchetter, kan være forkromede , belagt med nikasil , alusil eller have alusil indsatsmanchetter. I alle disse tilfælde reduceres massen, men reparationen er vanskelig.
På Chevrolet Vega -motoren fra 1971 blev blokken støbt af en legering indeholdende op til 17% silicium (handelsnavn Silumal), men oplevelsen var mislykket: ethvert rids på cylinderspejlet var fatalt for ham, hvorfor motoren viste sig. at være meget følsom over for kvaliteten af smøremidler og overophedning og ofte fejlede fuldstændigt meget tidligere end den angivne periode på grund af slid på cylindervæggene, hvis restaurering var umulig uden for fabriksforholdene. Dette forårsagede en skandale og millioner i tab for GM . Teknologien, der blev forbedret i 80'erne og 90'erne, blev brugt af europæiske virksomheder Mercedes-Benz , BMW , Porsche , Audi .
En alternativ Nicasil-teknologi - nikkelbelægning på aluminiums cylindervægge med siliciumcarbidkrystaller, der sputterer , blev brugt tilbage i 60'erne og 70'erne til dyre sportsvognsmotorer , især dem, der blev brugt i Formel 1 . Af de moderne motorer havde BMW-motorer M60 og M52 sådanne blokke, og deres salg i nogle lande var ledsaget af en skandale - Nikasil blev ødelagt ved reaktion med visse brændstoffer, der indeholdt en høj koncentration af svovl (hvilket er typisk for nogle regioner i USA og Rusland ) [16] . Den største ulempe ved "nikasil" er, at den tynde nikkelbelægning let beskadiges, for eksempel når en plejlstang knækker eller et stempel brænder ud , og blokken kan ikke genoprettes.
Relativt for nylig har det tyske firma Kolbenschmidt også udviklet en teknologi, hvor færdiglavede aluminium-silicium-manchetter presses ind i en konventionel aluminiumsblok med forstærkede vægge med et øget (op til 27%) siliciumindhold (Locasil-teknologi), hvilket reducerer omkostningerne og løser delvist problemet med vedligeholdelse. Alle muligheder undtagen den sidste tillader ikke slibning af blokken.
Magnesium og andreMagnesiumlegeringsblokke kan yderligere reducere blokkens vægt end brugen af aluminium. Den største effektivitet fra dette opnås i kraftige benzinmotorer i højhastighedsbiler [17] [18] . Men magnesiumstøbelegeringer er næsten lige så dyre som aluminiumslegeringer, teknologisk vanskeligere, og magnesiums mekaniske egenskaber er noget dårligere (lavere duktilitet resulterer i et fald i udmattelsesstyrke over for aluminiumslegeringer). Dette giver dig mulighed for at få en vægtøgning hovedsageligt på højt specialiserede sportsmotorer [19] . Nogle undtagelser er Zaporozhets -motoren med et ML-5-krumtaphus af magnesiumlegering (og separate støbejernscylindre), Druzhba-4-kædesaven. Hårdheden og korrosionsbestandigheden af magnesiumlegeringer er normalt ringere end aluminium-dominerede legeringer. Du kan ikke engang skrue stålbefæstelser direkte ind i en magnesiumblok - kun gennem aluminiumsskruer eller ved hjælp af aluminiumsbolte [20] . Magnesiumlegeringer har dog meget høj dæmpning [21] , og derfor er disse motorer mere støjsvage.
Blokke lavet af lette legeringer er mere æstetisk tiltalende og giver indtryk af en høj produktionskultur. Både aluminium- og magnesiumblokke, når der anvendes støbte liners eller en hård belægning (Alusil, Nikasil), har ekspansionskoefficienter næsten lig med stemplets, derfor kan stempelmonteringsafstanden være mindre. Når en motor med aluminiumsblok opvarmes, forlænges stålplejlstangen mindre, så kompressionsforholdet falder noget i forhold til en kold motor, hvilket også er en fordelagtig forskel.
Det amerikanske firma Crosley producerede CoBra-motorer (Copper Brazed = "brazing with copper solder") med en cylinderblok lavet af stemplet plademetal forbundet ved lodning med kobberlodde. Disse motorer blev oprindeligt brugt som generatorer i luftfart og flåde , og havde under sådanne forhold en acceptabel motorressource, men når de blev brugt i en lille personbil, viste de sig at være upålidelige, hvorfor de blev erstattet med motorer med en konventionel støbejernsblok.
Der blev udført eksperimenter for at skabe en plastikmotor med forstærkning med aramid [22] .
Ved motorismens begyndelse kunne bronzecylinderblokke [ 23] også bruges på grund af den høje fremstillingsevne af denne legering under støbning.
Blokkens layout bestemmes af det valgte cylinderarrangement. In-line layoutet er teknologisk det enkleste, det giver en ret tung blok, men kedeligt er det ikke svært. krumtapaksel muligheder - fuldt leje og delvist leje [24] , installation på kuglelejer eller foringer [25] . Blokken kan have væskepassager mellem cylindrene eller (sjældent, på små) ikke have dem. I sidstnævnte tilfælde gemmes størrelse og vægt. In-line arrangementet af cylindre er det mest almindelige i store marine dieselmotorer, hvor let montering og vedligeholdelse er vigtigere end litervægt.
Den V-formede motor har to versioner af blokken - med forskydning af venstre og højre blokke mellem sig (tilstødende plejlstænger på halsen) eller uden forskydning (bugseret plejlstang, ulige kompressionsforhold på venstre og højre blokke) . Hovedlejer er også glidende eller rullende. Disse to første muligheder (in-line og V-formet) er udbredt i bilindustrien . Blandt andre krav er det vanskeligere for multiblokmotorer at opfylde betingelsen om fuld motorafbalancering for antallet af cylindre mindre end 12, mens den 6-cylindrede rækkemotor er fuldt afbalanceret [26] . Blokken af den "omvendte" Junkers V-motor adskilte sig ikke fundamentalt, dens vigtigste forskelle var i de vedhæftede dele (sådanne motorer blev meget brugt i stempelflyvning).
W-formede og stjerneformede motorer [27] giver en endnu mere kompakt blok og en kort aksel, som reducerer vægten af motorblokken, men har mindre stivhed end de to første muligheder, og er svære at reparere. De blev meget brugt, før de blev erstattet af gasturbiner i luftpudefartøjer , jagtbåde (grænse), propelfly . Stjerneformede kan stadig bruges på nogle typer helikoptere . For at opretholde det nødvendige niveau af pålidelighed kræver de en høj produktionskultur og arbejdskrævende vedligeholdelse/reparation. Omkostningerne ved sådanne motorer er ret høje.
I alle tilfælde bestemmes blokkens dimensioner af tre mængder - cylinderens diameter, stempelslaget og antallet af cylindre. Blokken er en kompleks del, der oplever vekslende kompleks belastning med termiske belastninger, derfor kan den kun beregnes tilnærmelsesvis. Efter fremstillingen af en ny version af cylinderblokken udsættes den for længerevarende test på et motorstativ for at finde og eliminere designsvagheder, herunder brug af strain gauges. Cylinderblokken skal have tilstrækkelig (høj) stivhed for at undgå uacceptabel cylinderovalisering og stempelafskrabninger. Stivheden af krumtaphuset er også vigtig, hvilket sikrer pålidelig drift uden ridser af rammen (hoved)lejerne, samt tilstrækkelig ferie inden boring af sengene for at undgå fejljustering i tilfælde af en eventuel vridning af blokken.
Diameteren og antallet af cylindre bestemmes enten af kunden (kontinuitet i design, forcering og debugging), eller beregnes ud fra resultaterne af en termisk beregning og forfines under fejlretningsprocessen. Typisk identificerer og eliminerer motortests cylinderblokkens svage punkter. For at øge stivheden af cylinderbloksamlingen med krumtaphuset er krumtaphusforbindelsens akse lavet under akslens akse; i nogle tilfælde bruges en rammestruktur af lejer selv på bilmotorer (Mitsubishi Mini Cab, 0,8L motor).
Følgende blokoverflader behandles mest rent og nøjagtigt: hovedlejelejer, knastakselhul (eller knastakselbøsninger), foringssædeoverflader (hvis nogen), cylinderoverflade, plan eller plan for sammenkobling med blokhoveder. Renheden og jævnheden af disse overflader er af stor betydning under monteringen, selv et lille vedhæftende stykke pakning (rust, bule, revne ) kan føre til et gennembrud af olie, frostvæske eller gasser på dette sted, hvilket ødelægger plejerens lange arbejde. Derfor inspiceres og rengøres flyene særligt omhyggeligt, og senge og bøsninger kontrolleres med en indvendig måler for størrelse og urundhed (med strammet åg). Hvis flyene er beskadigede, skal de oftest slibes [28] , og under monteringen vil det være nødvendigt at tage højde for ændringen i størrelse (for eksempel en stigning i stempelfremspring) og tage de nødvendige foranstaltninger (f.eks. , trim stemplerne).
KøletypeDe vigtigste muligheder er vand- og luftkøling [29] . Olie bruges til nogle motorer af specielt design med øget effektivitet, der kører på vegetabilske olier. Vandkøling (frostvæske) bruges oftest, hvilket giver mere frihed i placeringen af varmluftsudløbet (inklusive brug af det til indvendig opvarmning om vinteren). Transportmotorer på maskiner, der bevæger sig med høj hastighed, afleder let varme i radiatoren ved hjælp af den modkørende luftstrøm. Da kølerens blæsehastighed også øges med en stigning i kraften leveret af motoren, er disse egenskaber koordineret.
Luftkøling kræver ribbede cylindre, som næsten altid er adskilte i sådanne motorer. Fordelen er mekanisk enkelhed og vægtreduktion, hurtig udgang af motoren til det termiske driftsregime. Opgaven med at opretholde det optimale termiske regime i en bred vifte af belastninger og indgående lufttemperaturer bliver dog mere kompliceret. Derudover er en sådan motor mere støjende ("klokke"), da forbrændingsstøjen gennem de tynde vægge af ærmet overfører vibrationer til høje køleribber. Derfor er denne kølemulighed i biler ikke længere populær, men findes i stationære motorer, kultivatorer , plæneklippere , traktorer og motorcykler ; havde den bredeste anvendelse i flystempelmotorer.
Ved vandkølet kan blokken have indsatsmanchetter eller udføres i ét stykke, det vil sige, at hullerne bores i selve blokstøbningen. Den første mulighed er mere almindelig i små, især in-line blokke. Vandkanaler kan køre i serie fra cylinder til cylinder (små eller ældre modeller) eller parallelt. I sidstnævnte tilfælde er vandfordelingen tilvejebragt af kanaler i cylinderhovedet(e) [30] .
Moderne blokke har en lille højde på kølejakken, 50-60% af længden af ærmet, i modsætning til de gamle designs. Dette reducerer væskevolumenet (accelererer opvarmningen) og er ganske nok til at opretholde cylinderens termiske regime (da varmeoverførslen i den nederste del af ærmet er relativt lille).
SmøretypeDen valgte type smøring - stænk, centralt eller individuelt tryk - bestemmer placeringen af oliehuller, huller i bedene og krumtapakslen. Individuel undertryk (med olietilførsel til hver seng) er den mest almindelige, central bruges stadig på forældede dieselmotorer ( UTD-20 , 7D6 , 7D12).
Tilstedeværelsen af aftagelige ærmerHar sine fordele og ulemper. Samtidig accelereres reparationen altid, da boringen erstattes af en simpel udskiftning af muffen, der er ikke behov for reparationsdimensioner, der er mindre afvigelse i cylinderens tykkelse under fremstilling, blokstøbning forenkles, det er det muligt at bruge støbejern af højere kvalitet i ærmer end i en grå støbejernsblok. Nogle lineløse motorer har en kvalitetsstøbejernsindsats i toppen af cylinderen som en billigere løsning på ressourceproblemet.
Installationen af ærmer øger imidlertid omkostningerne og reducerer delvist pålideligheden (passage af væske gennem den nedre tætning). Derudover er en sådan blok altid tungere, da ærmet arbejder i kompression, og blokken strækkes (længere kraftlukning). Når ærmet er baseret på toppen, falder vægten. Mængden af mekanisk bearbejdning øges også [31] . Mellemstore udenlandske dieselmotorer har oftest en liner baseret i midten for dermed at reducere højden på kølejakken og reducere vægten i forhold til den bundbaserede mulighed. Aftagelige ærmer har normalt fra 2 til 3 tætningsringe, og i udenlandsk praksis er den nederste ring ofte en sikkerhedsring, og der er boret foran for at frostvæsken kan komme ud. Hvis der starter en lækage fra boringen, betyder det, at de øverste ringe har mistet deres elasticitet (overophedning), og motoren skal repareres. Dette design eliminerer indtrængen af frostvæske i olien med en mulig afskrabning af krumtapakslen, og er derfor meget vellykket.
Under normal drift observeres gradvist slid på cylinderoverfladen. Hvis cylinderblokken ikke har udskiftelige foringer, bores den, når grænsestørrelsen er nået, til den næste reparationsstørrelse med installation af det tilsvarende stempel. Det er muligt at skubbe boringen tilbage i en vis tid ved at installere ringene til den næste reparation med deres justering, men du kan blive nødt til at affinde dig med banken fra kolde stempler og et lidt øget olieforbrug. Hvis blokken har udskiftelige foringer, skal de udskiftes med ringe og (normalt) med stempler [32] .
Vigtigt : Når du installerer ringe i en uboret blok, skal du indstille spalten i låsen ikke i den øvre del, hvor der er mere slid, men i den nederste del. Det er ikke nødvendigt at tjekke et ubrugt overbånd ind, da ringene ikke når det. Ikke desto mindre er det nyttigt at rense dette bælte fra sod med et "nul" for at lette installationen af ringe.
Alle andre funktionsfejl i cylinderblokken er forårsaget af forkert betjening eller fabriksfejl. Når blokken er afrimet, revner dens kappe udvendigt, og skal svejses med argon (aluminiumslegering), loddes med messing eller limes med epoxylim (støbejernsblok). Revner, der er opstået på ikke-kritiske steder, kan svejses (støbejern - med en elektrode med sort markør, aluminium - med argon-svejsning), korroderede steder under ærmerne kan svejses og bores.
Fabriksfejl kan have to årsager: Designfejl, der fører til systematisk ødelæggelse (revner) i en stor procentdel af blokkene og fejl på transportøren. For eksempel skal emnet efter støbning (men før bearbejdning) gennemgå naturlig eller kunstig spændingsafspænding. Da lageropbevaringscyklussen i forbindelse med reformerne hos AvtoVAZ blev reduceret, skete der en massiv afvisning (vridning) af blokke efter bearbejdning. Derfor var det nødvendigt at indføre fastholdelse af støbegods ved en temperatur til stressafspænding. Sådanne former for ægteskab som lækage af jakken (revner, fistler), udgange af defekter på overfladen af cylinderen, dimensionelle afvigelser, vridning er mulige. I nogle tilfælde kan et sådant fabriksægteskab elimineres.
I tilfælde af forvirring af dækslerne til hovedlejerne, kan det være nødvendigt at bore sengene - efter at dækslerne er placeret med den nødvendige værdi på 2-4 mm og sengene er omhyggeligt baseret, bores de med en borestang. Det samme gøres efter drejning af skærene, hvis blokken er dyr og godt maskinudstyr til rådighed.
I tilfælde af at en gevindtap trækker ud af blokken, bores et knækket stykke (hvis det bliver tilbage), derefter skæres et forstørret gevind, og en reparationsbolt skrues i. Sådanne problemer opstår oftest i aluminiumsblokke. I tilfælde af beskadigelse af gassamlingen i en blok med en tør muffe, slibes overfladen, indtil defekten er elimineret. Samtidig er det nødvendigt at kontrollere stemplernes fremspring over planet under montering - hvis normen overskrides, skal stemplerne slibes til størrelse for at undgå kollision med hovedet. I lyset af de mange forskellige blokdesigns bør man generelt stole på reparationsinstruktionerne for den respektive motor.