BLOK VÁLCŮ, KLIKOVÁ SKŘÍŇ

BLOK VÁLCŮ, KLIKOVÁ SKŘÍŇ BLOK VÁLCŮ – tvoří kluznou plochu pístů (přímo nebo prostřednictvím vložek válců), zabezpečuje chlazení válcové jednotky KLIKOVÁ SKŘÍŇ – zabezpečuje uložení KH, rozvodových kol, vačkového hřídele (u OHV), příslušenství (uvnitř olejového čerpadla, zvenčí pomocných agregátů, uložení apod.), předního a zadního víka, olejové vany, hlav válců. Současným standardem je společný odlitek bloku válců s klikovou skříní. Výjimkou je oddělený blok válců u vzduchem chlazených motorů. Určujícím parametrem z hledisek hmotnosti, rozměrů a namáhání je rozteč válců. • Řadové motory – minimální rozteč válců lmin je určena dimenzováním můstku mezi vývrty válců (těsnost, tuhost). Závisí na volbě a provedení hlav a vložek válců, na průměru válce D: Provedení vložek válců: suché…….tenké vložky jsou po celé délce zalisované, nebo zalité v bloku válců mokré…..vložky jsou vložené do bloku válců a jejich vnější povrch se stýká s chladící kapalinou lmin  1,07  D ……………… hlava válců je vcelku (standard u rozvodů OHC), suché vložky

lmin  1,1 D …………….. hlavy válců jsou samostatné pro každý válec, suché vložky lmin  1,25  1,28  D ……….pro mokré vložky (v současnosti od D>110 mm) • Vidlicové motory – ojnice jsou obvykle na klikovém čepu KH uloženy vedle sebe, pak pro minimální rozteč je určující dimenzování KH a ložisek 2011/2012

Pístové spalovací motory - SCHOLZ

1

BLOK VÁLCŮ, KLIKOVÁ SKŘÍŇ

HLAVA VÁLCŮ

Blok válců obvykle spolu s klikovou skříní odléváme ze šedé litiny, nebo u menších motorů ze slitin hliníku. Konstrukce a technologie musí zabezpečit , vedle požadavků pevnosti a tuhosti, i tribologické vlastnosti kluzné plochy pro vedení pístů. ŠEDÁ (NEBO VERMIKULÁRNÍ) LITINA se používá v provedeních: a) MONOLITICKÉ – jednoduchá konstrukce se používá obvykle jen s tepelným zpracováním povrchu válců proti opotřebení b) HETEROGENNÍ – suché vložky tenkostěnné z oceli (tl.2-3mm), dnes ojediněle u starších konstrukcí - mokré vložky (vložené, výměnné) u větších motorů s vrtáním větším než 110 mm, samostatný vložený válec umožní volit legovanou litinu a specielní technologii pro zlepšení tribologických vlastností. Konstrukční řešení je však náročné na tolerance styčných ploch s blokem válců pro zabezpečení těsnosti chladící kapaliny a deformací vývrtu válce. Dva druhy uložení válce za: - horní nákružek (visící) 2011/2012

TĚSNĚNÍ Přesah 0,03-0,06mm

VLOŽKA

Shodné, lisované uložení

BLOK

Výška nákružku vložky kompromis: deformace-chlazení

Omezení deformací vložky: -hluboko zapuštěné šrouby -nálitky svázané žebrem Tloušťka stěny 0,06 D deformace, kavitace Uložení H/g Těsnící kroužky z odlišných materiálů: Odolnost kapalině a oleji

Příklad s uložením za horní kroužek


DRUHY ULOŽENÍ MOKRÉ VLOŽKY za horní nákružek

za dolní nákružek

Uložení za dolní nákružek (stojící). Výhodou je lepší chlazení nejteplejší horní partie vložky, jednodušší odlitek bloku válců, Nevýhodou je deformace způsobená velkou sevřenou výškou (bylo upuštěno od této konstrukce). Dříve používáno u motorů Saurer, Fiat, Škoda.

2011/2012


3

ULOŽENÍ MOKRÉ VLOŽKY ZA HORNÍ NÁKRUŽEK - PŘÍKLAD

2-5mm

Délka vložky 2-5mm od spodního obrysu PČ (píst je v D.Ú.) Chladící prostor válce končí u polohy pístních kroužků pístu v D.Ú. Dnes obvykle zkrácen k poloze 1. PK.

2011/2012


4

MOKRÁ VLOŽKA S HORNÍM NÁKRUŽKEM – PŘÍKLAD Výhodou je jednodušší odlitek bloku válců a naprosto jednoduchý odlitek, rotačně symetrický, vložky válce s legovaného materiálu (odlišný od bloku válců). Legovaná litina, odstředivě litá: P (do 0,8%) snižuje opotřebení Cr (1-3%) tvrdost 300 HB Si (5%) tvrdost 400HB ( normální šedá litina 170-200HB) Kluzná plocha vložky se křížově honuje pod úhlem 60-90° Pro usnadnění záběhu se povrch kluzné plochy upravuje fosfátováním

2011/2012


5

DEFORMACE válcové plochy je odlišná ve volném stavu (vložená do válce) a v předepnutém stavu (po utažení hlavy válců hlavovými šrouby)

VOLNÝ

PŘEDEPNUTÝ

MIKROGEOMETRIE kluzné plochy (opracování křížovým honováním ): Ra= 0,5-2,0 m Rt = 6-15 m se změní po záběhu nebo speccielní technologii Planteau-Honung (plošinkové honování) – srážení břitů brusným kamenem Ra=0,4-1,0 m

2011/2012


6

KLIKOVÁ SKŘÍŇ ZE SLITIN HLINÍKU v provedeních: MONOLITICKÉM

nadeutektoidní slitina Al-Si (ALUSIL) – Al Si17 Cu4 Mg vyžaduje lití do kokil pod nízkým tlakem, licí cyklus je relativně dlouhý a omezuje sériovost. Vynikající tribologické vlastnosti a vyšší cena předurčuje použití u motorů vyráběných ve středních sériích V8, V12 (BMV, Mercedes, Porsche)

KVAZIMONOLITICKÉM a) Kluzné povlaky nanášené elektrolyticky (Ni-SiC), nebo plazmově, nenalezly použití v sériové výrobě. b) Lokální utváření povrchu v konceptu LOKASIL - na kluzném povrchu vznikne materiál s vysokou koncentrací Si. Technologie je založená na vkládání pórovitých vložek z Si do licí formy , které jsou během lití (pod vysokým tlakem) infiltrovány do povrchu válců (do základního Al materiálu) bloku. Vzhledem k produktivní technologii, kterou je vysokotlaké lití, jedná se perspektivní koncept z hlediska sériovosti a ceny. HETEROGENNÍM a) Mokré vložky (historie u Škoda, dnes se nepoužívá) b) Suché vložky -zalisované nebo zalité (materiál: legovaná litina, ocel, nadeutektoidní Al

2011/2012


7

SUCHÁ VLOŽKA ZALISOVANÁ - PŘÍKLAD

2011/2012


8

SUCHÁ VLOŽKA ZALITÁ - PŘÍKLAD

Porovnání vlastností hliníkových )Al) a litinových (GG) bloků válců (skříní):

2011/2012

Kriterium

Al/GG

Hmotnost Tepelná vodivost Pevnost v tahu Pevnost v tlaku Pevnost v ohybu Tuhost Tepelná roztažnost

0,37 2-3 0,6-0,9 0,33 0,4-0,7 0,7 2


9

KLIKOVÉ SKŘÍNĚ PODLE ORIENTACE DĚLÍCÍ ROVINY VŮČI OSE KH 1. V OSE KLIKOVÉHO HŘÍDELE u menších řadových motorů , spodní víko vytažené do dělící roviny, víka ložisek KH jednotlivá. Problematické těsnění předního a zadního konce KH

2011/2012

Ložiskové víko integrální, velmi tuhé, spodní víko jednoduchou těsnící plochou pod hřídelovým těsněním KH. Problematické těsnění ložiskového víka (kov na kov)


10

KLIKOVÉ SKŘÍNĚ PODLE ORIENTACE DĚLÍCÍ ROVINY VŮČI OSE KH 2. POD OSOU KLIKOVÉHO HŘÍDELE klasické provedení s jednotlivými víky ložisek KH. Vzdálenost dělící roviny od osy KH co nejmenší (podle velikosti hřídelových těsnění) z důvodů kmitání volné části skříně- přenos vibrací do spodního víka – hluk. U vidlicových, nebo i řadových motorů boční šrouby k vyztužení vík

Zvláštním případem je tunelové provedení bez ložiskových vík. Dnes TATRA s valivým uložením KH 2011/2012


11

3. NETYPICKÁ PROVEDENÍ

Porsche s uložením KH v tuhých integrálním děleném víku a připojených blocích válců

LIAZ – M3:konstrukční řešení spočívající v náhradě vnějších stěn motorové skříně (spolu se spodním víkem) laminátovým zvukově izolačním plechem, Pokles tuhosti bloku válců byl kompenzován vnitřní úpravou odlitku a spojováním vík ložisek klikového hřídele v integrovaný celek. Otevřenou spodní část klikové skříně z bočních stran zakrývaly panely, na jejichž příruby bylo připevněno spodní víko. ____________________________________________________________________________________________ 2011- Liberec prof. Ing. Celestýn Scholz, Ph.D.

12

DEFORMACE KLIKOVÉ SKŘÍNĚ Primárně vzniká deformace od silového působení spojovacích šroubů hlavy válce, vík ložisek a spalovacího tlaku. Obvykle postačí MPK řešit idealizovaný model, vytvořený výřezem v okolí přepážky skříně (poznatek z experimentů a výpočtů prováděných již v 80 letech u M3-Liaz).

13

DEFORMACE KLIKOVÉ SKŘÍNĚ

Aplikace na výpočtu modelu stacionárního motoru vrtání 150 mm – BEZ a.s.

Těsnění Vložka válce

Boční šroub ložiskového víka

Víko ložiska vačkového hřídele

Skříň

Cílem konstrukční optimalizace bylo dosáhnout stavu, kdy se vývrty pro ložiska a osa přepážky deformují co nejméně. Ovalizace vývrtu se koriguje “citronovými“ ložiskovými pánvemi.

Šroub ložiskového Ložiskové víko víka

14

DEFORMACE KLIKOVÉ SKŘÍNĚ Nesymetrie konstrukce v příčném směru vede k velké deformaci přepážky od dynamických sil spalovacího tlaku

1000 800

Y [mm]

1200

600 400 1200

400 200

0,025 Y [mm]

600

max F

max Fx

0

1000 800

statika

200 0

-0,025 -0,05 X [mm]

-0,075

-0,1

Deformace přepážky se korigují úpravou konstrukce. původní

Vliv konstrukčních úprav na deformaci přepážky při max spalovací tlaku ve válci

úprava 3 úprava 4

0 0,025 3,5E-16 -0,025 -0,05 -0,075 X [mm]

-0,1 15


Dynamické vybočování přepážky v příčném řezu je známé jako “banánový efekt“ a ovlivňuje hlukové chování skříně. Možné konstrukční úpravy: • žebra, osová symetrie • odstranění kmitajících stěn, kapotáž 1200

800 600

Y [mm]

1000

400 200

původní úprava 3 úprava 4

0 0,025

0 -0,025 -0,05 -0,075 -0,1 X [mm]

16


Původní konstrukce

Upravená konstrukce

17

DEFORMACE KLIKOVÉ SKŘÍNĚ Z

Y

X

18

BLOK VÁLCŮ, KLIKOVÁ SKŘÍŇ

Recommend Documents