Υλικό μπλοκ κυλίνδρων
Παραδοσιακά, οι κυλίνδροι των φορτηγών και των λεωφορείων ήταν κατασκευασμένοι από γκρι χυτοσίδηρο, συνήθως σε κράμα με τουλάχιστον λίγο πυρίτιο για τη μείωση της ευθραυστότητας του υλικού. Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, οι περισσότεροι πετρελαιοκινητήρες αυτοκινητοδρόμων μεσαίας και μεγάλης οπής χρησιμοποιούν επενδύσεις κυλίνδρων, που σημαίνει ότι το βασικό υλικό του μπλοκ κυλίνδρων δεν φέρει άμεσα την πίεση και τη θερμοκρασία του κυλίνδρου του κινητήρα. Πρόσφατα, υπήρξε μια τάση για σημαντική αύξηση της πίεσης των κυλίνδρων κατά την κατασκευή ελαφρύτερων κινητήρων. Αυτό οδήγησε στην εμφάνιση των σημερινών χυτών κυλίνδρων χαμηλού-βάρους και υψηλής- αντοχής. Συγκρίνοντας την αναλογία βάρους-προς-των σημερινών κινητήρων με αυτούς της δεκαετίας του 1980: η ισχύς που παράγεται ανά λίβρα βάρους κινητήρα στους σημερινούς κινητήρες είναι συχνά διπλάσια από αυτή των προκατόχων τους - τουλάχιστον πριν υπολογιστεί το βάρος όλου του υλικού ελέγχου εκπομπών στους τρέχοντες κινητήρες. Σήμερα, οι περισσότεροι κατασκευαστές κινητήρων ντίζελ (OEM) χρησιμοποιούν συμπιεσμένο γραφίτη (CGI) στην κατασκευή κυλίνδρων, επειδή είναι ελαφρύ και μπορεί να αντέξει πολύ μεγαλύτερες δυνάμεις.
Μπλοκ κυλίνδρων από συμπιεσμένο γραφίτη (CGI).
Τα μπλοκ κυλίνδρων από συμπιεσμένο γραφίτη σίδηρο (CGI) ήταν βασικός παράγοντας για τη μείωση του βάρους του κινητήρα την τελευταία δεκαετία. Οι σύγχρονοι κινητήρες ντίζελ υψηλής{1} ίππων είναι συχνά ελαφρύτεροι από τους κινητήρες της προηγούμενης γενιάς που παρήγαγαν μόνο τη μισή ισχύ. Σχεδόν όλοι οι κατασκευαστές αυθεντικού εξοπλισμού (OEM) χρησιμοποιούν μπλοκ κυλίνδρων CGI για τους βαρέως τύπους κινητήρες-τους. Τα πλεονεκτήματα του CGI περιλαμβάνουν:
• 70% ελαφρύτερο από τα ισοδύναμα μπλοκ κυλίνδρων από γκρι χυτοσίδηρο
• Όριο κόπωσης 200% υψηλότερο από το γκρίζο χυτοσίδηρο
• 40% πιο άκαμπτο από τον γκρίζο χυτοσίδηρο
Τόξο σύρματος μεταφοράς πλάσματος
Στο παρελθόν, η Caterpillar χρησιμοποιούσε το Plasma Transferred Wire Arc (PTWA) ως μέθοδο για την επισκευή χιτωνίων κυλίνδρων από χυτοσίδηρο σε κινητήρες ντίζελ, αλλά τώρα αυτή η τεχνολογία χρησιμοποιείται για να επιτρέψει σε ελαφρούς και μεσαίους{0}}κινητήρες ντίζελ να χρησιμοποιούν κυλίνδρους από κράμα αλουμινίου χωρίς επένδυση κυλίνδρων. Η διαδικασία PTWA παρέχει μια εξαιρετικά ανθεκτική-αντοχή στη φθορά και τη θερμοκρασία-επιφάνεια σε υποστρώματα με βάση το σίδηρο-ή από κράμα αλουμινίου. Η διαδικασία συνδυάζει πεπιεσμένο αέρα και ηλεκτρισμό για να δημιουργήσει έναν πίδακα πλάσματος με θερμοκρασία έως και 35.000°F (19.500°C), στον οποίο τροφοδοτείται ένα καλώδιο μέσω ενός περιστρεφόμενου πιστολιού. Αυτό σπάει το σύρμα σε σταγονίδια μεγέθους περίπου 25 μικρών, τα οποία συνδέονται σε μοριακό επίπεδο με το τοίχωμα της επένδυσης του κυλίνδρου. Καθώς το λιωμένο σύρμα οξειδώνεται, σχηματίζει μια κρυσταλλική δομή που ονομάζεται wüstite και το τελικό στρώμα επένδυσης έχει πάχος περίπου 150 microns. Όταν χρησιμοποιείται PTWA σε κυλίνδρους από κράμα αλουμινίου, η επιφάνεια-στόχος πρέπει να υποβληθεί σε προ{15}επεξεργασία. Η διαδικασία PTWA αναφέρεται συχνά ως επένδυση. Χωρίς εξειδικευμένο εξοπλισμό, τα μπλοκ κυλίνδρων με επένδυση δεν μπορούν να επισκευαστούν.
Λειτουργίες μπλοκ κυλίνδρων
Παρόλο που υπάρχουν ορισμένες διαφορές μεταξύ των κατασκευαστών, τα μπλοκ κυλίνδρων κινητήρα ντίζελ πρέπει να εκτελούν ορισμένες ή όλες τις ακόλουθες λειτουργίες:
• Παρέχετε οπές κυλίνδρων για τα συγκροτήματα εμβόλων.
• Παρέχετε κύριες οπές ρουλεμάν για τον στροφαλοφόρο άξονα.
• Παρέχετε διόδους ψυκτικού/υδατικού μανδύα.
• Παρέχετε διόδους λιπαντικού/στοές λαδιού.
• Παρέχετε θέσεις τοποθέτησης για άλλα εξαρτήματα του κινητήρα.
Τα μπλοκ κυλίνδρων μπορεί να περιέχουν διαμήκεις οπές για την εγκατάσταση εκκεντροφόρων. Το Σχήμα 9-2 δείχνει τις προαναφερθείσες τρύπες και διόδους. Το σχήμα 9-3 δείχνει τις θέσεις των βυσμάτων διαστολής ή των βυσμάτων σε σχήμα κυπέλλου-σε ένα τυπικό μπλοκ κινητήρα έξι κυλίνδρων. Συνήθως τοποθετούνται με ελαφριά εφαρμογή παρεμβολής και στερεώνονται χρησιμοποιώντας κόλλα μεσαίας αντοχής όπως το Loctite Blue.
Ενσωματωμένη οπή κυλίνδρου
Οι περισσότεροι κινητήρες ντίζελ αυτοκινήτων και πετρελαιοκινητήρων μικρής-οπής χρησιμοποιούν ενσωματωμένα ή χωρίς επένδυση κυλίνδρων. Είναι λιγότερο πιθανό να χρησιμοποιηθούν σε εμπορικούς κινητήρες ντίζελ, ειδικά σε μεγάλους-κινητήρες. Κάποτε, ενσωματωμένες οπές κυλίνδρων χρησιμοποιήθηκαν σε κινητήρες μεσαίας οπής-. ονομάζονταν χλευαστικά μονο-μπλοκ χρόνου. Αυτό συνέβη επειδή κατά τη διάρκεια της ανακαίνισης, ήταν δύσκολο να ανοίξετε τις οπές για να εγκαταστήσετε χιτώνια κυλίνδρων λόγω της κοντινής απόστασης των οπών των κυλίνδρων μεταξύ τους. Ωστόσο, με την έλευση της επαγωγικής σκλήρυνσης κυλίνδρων-με βάση το σίδερο και τις εξειδικευμένες διαδικασίες επένδυσης όπως το προαναφερθέν PTWA, αυτή η κατάσταση άλλαξε. Οι παλαιότεροι κινητήρες της σειράς Cat 3208, Cummins ISB και MB-900 (που παράγονται έως το 2010) είναι παραδείγματα κινητήρων με συγκροτήματα κυλίνδρων χωρίς επένδυση κυλίνδρων. Η αρχική εξοικονόμηση κόστους που επιτυγχάνεται με την κατασκευή ενός τέτοιου σχεδιασμού μπλοκ κυλίνδρων μπορεί να αντισταθμιστεί κατά τις επισκευές του κινητήρα, όταν το μπλοκ κυλίνδρων πρέπει να αντικατασταθεί, να τρυπηθεί εκ νέου και να τοποθετηθεί με χιτώνια κυλίνδρων ή να σταλεί πίσω στο εργοστάσιο για επισκευή. Τα πλεονεκτήματα των κινητήρων χωρίς επένδυση κυλίνδρων είναι τα εξής:
• Χαμηλότερο αρχικό κόστος
• Δεν υπάρχει κίνδυνος βλάβης του δακτυλίου O- επένδυσης κυλίνδρου
• Δεν χρειάζεται να συμμορφώνεστε με τις προδιαγραφές προεξοχής της επένδυσης κυλίνδρου κατά την επανασυναρμολόγηση
Επαγωγική-σκληρυμένη οπή κυλίνδρου χωρίς επένδυση κυλίνδρου
Στα τέλη της δεκαετίας του 1990, η Freightliner/Mercedes-Benz παρουσίασε έναν κινητήρα χωρίς χιτώνια κυλίνδρων, με την επαγωγή των οπών των κυλίνδρων-να σκληρύνει. Οι τετρακύλινδροι και εξακύλινδροι κινητήρες της σειράς MB-900 της σειράς MB{--και των εξακύλινδρων- διέθεταν ένα μοναδικό σκληρυμένο χαρακτηριστικό επαγωγής ελικοειδούς ραβδώσεων{10}}στην περιοχή σάρωσης της άνω ζώνης δακτυλίου. Σε σύγκριση με άλλους κινητήρες χωρίς επένδυση κυλίνδρων, αυτό επέκτεινε σημαντικά τη διάρκεια ζωής των οπών κυλίνδρων. Εάν οι οπές των κυλίνδρων φθείρονταν πέρα από την ανοχή, θα μπορούσαν να{12}}τρυπηθούν ξανά και να τοποθετηθούν με επένδυση κυλίνδρων. Η Mercedes{13}}Benz συνέστησε μόνο ο κατασκευαστής να εκτελεί την εκ νέου{15}τοποθέτηση και την τοποθέτηση της επένδυσης κυλίνδρων σε αυτούς τους κινητήρες. Αυτός ο κινητήρας ήταν εξαιρετικά επιτυχημένος τόσο σε-road όσο και σε εφαρμογές εκτός δρόμου, αλλά δεν χρησιμοποιήθηκε πλέον σε εφαρμογές εντός δρόμου μετά το μοντέλο του 2010. Ωστόσο, ένας μεγάλος αριθμός τέτοιων κινητήρων εξακολουθεί να χρησιμοποιείται δέκα χρόνια αργότερα.
Επένδυση PTWA χωρίς επένδυση κυλίνδρου
Η διαδικασία PTWA που περιγράφηκε εν συντομία προηγουμένως έχει χρησιμοποιηθεί για πολλά χρόνια ως μέθοδος για την επισκευή κυλίνδρων από χυτοσίδηρο χωρίς επένδυση κυλίνδρων, αλλά αυτή η τεχνολογία μπορεί επίσης να εφαρμοστεί στην επένδυση των οπών κυλίνδρων κυλίνδρων κυλίνδρων από κράμα αλουμινίου. Καθώς οι κατασκευαστές αυθεντικού εξοπλισμού (OEM) συνεχίζουν να προσπαθούν να μειώσουν το βάρος των κινητήρων ντίζελ, μπλοκ κυλίνδρων από κράμα αλουμινίου με PTWA-επενδυμένες οπές κυλίνδρων έχουν χρησιμοποιηθεί σε ελαφρούς-μηχανές ντίζελ και μπορεί να είναι θέμα χρόνου να τους δούμε σε κινητήρες βαρέως-ντίζελ.
Υγρή επένδυση κυλίνδρου
Ο σχεδιασμός του μπλοκ κυλίνδρου επιτρέπει στο χιτώνιο νερού να βρίσκεται σε άμεση επαφή με την επένδυση του κυλίνδρου στην οπή του κυλίνδρου. Επομένως, η επένδυση του κυλίνδρου πρέπει να έχει επαρκές πάχος τοιχώματος για να αντέχει τη μέγιστη πίεση καύσης του κινητήρα. Οι υγρές επενδύσεις κυλίνδρων μπορούν να μεταφέρουν αποτελεσματικά θερμότητα στο ψυκτικό υγρό και είναι εύκολο να αντικατασταθούν κατά τις γενικές επισκευές. Το κύριο μειονέκτημά τους είναι ότι πρέπει να παραμένουν σφραγισμένα καθ' όλη τη διάρκεια ζωής τους και η αστοχία του δακτυλίου Ο-μπορεί να οδηγήσει σε μόλυνση του λιπαντικού κινητήρα με ψυκτικό.
Το σχήμα 9-3 δείχνει τη θέση και τη μέθοδο τοποθέτησης των βυσμάτων σε σχήμα-κύπελλου σε ένα ίσιο-μπλοκ έξι κυλίνδρων.
Ταξινόμηση μπλοκ κυλίνδρων
Τα μπλοκ κυλίνδρων που χρησιμοποιούνται σε εμπορικούς κινητήρες ντίζελ μπορούν να ταξινομηθούν ανά τύπο ως εξής:
• Ενσωματωμένες οπές κυλίνδρων ή χωρίς επένδυση κυλίνδρων
• Επιφάνεια χωρίς επένδυση κυλίνδρων
• Υγρές επενδύσεις κυλίνδρων
• Ξηρές επενδύσεις κυλίνδρων
• Συνδυασμένες υγρές/στεγνές επενδύσεις κυλίνδρων
Άλλοι παράγοντες, όπως ο δίχρονος-κύκλος και η ψύξη του αέρα, αντικατοπτρίζονται επίσης στη σχεδίαση του μπλοκ κυλίνδρων.