KLIKOVÁ SKŘÍŇ ZE SLITIN HLINÍKU v provedeních:

KLIKOVÁ SKŘÍŇ ZE SLITIN HLINÍKU v provedeních: MONOLITICKÉM

2013/2014

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 (Audi, BMV, Mercedes, Porsche)

Pohonné jednotky II - SCHOLZ

1

KLIKOVÁ SKŘÍŇ ZE SLITIN HLINÍKU v provedeních: 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.

2013/2014


2

HETEROGENNÍM a) Mokré vložky (historie u Škoda, dnes se nepoužívá) b) Suché vložky -zalisované nebo zalité (materiál: legovaná litina, ocel, nadeutektoidní Al

SUCHÁ VLOŽKA ZALISOVANÁ - PŘÍKLAD

2013/2014


3

SUCHÁ VLOŽKA ZALITÁ - PŘÍKLAD

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

2013/2014

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


4

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

2013/2014

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


5

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 2013/2014


6

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. 2013/2014


7

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).

2013/2014


8

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

2013/2014


9

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 Fx

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 4E-16 -0,025 -0,05 -0,075 2013/2014

max F

0

1000 800

statika

200

X [mm]

-0,1 Pohonné jednotky II - SCHOLZ

10


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

2013/2014


11


2013/2014

Původní konstrukce


Upravená konstrukce

12

DEFORMACE KLIKOVÉ SKŘÍNĚ Z

Y

X

2013/2014


13

HLAVA VÁLCŮ tvoří víko pracovního válce a část spalovacího prostoru. Je zatížena proměnným tlakem spalování, tlakem od předpětí hlavových šroubů a těsnění. Tepelně je nerovnoměrně namáhána okamžitou teplotou spalování (2000°C), trvalou teplotou výfukových plynů (700-800°C) na straně jedné proti chladící kapalině (30-95°C) na straně druhé. Hlavy dělíme na: a) společné pro všechny válce nacházejí využití v automobilových motorech (zkracují rozteč válců, umožňují uložení vačkového hřídele u ventilových rozvodů OHC, snižují počet hlavových šroubů a snižují hmotnost). Nevýhodou je vyšší náročnost odlitku z hlediska přesnosti polohy kanálů vůči osám válců. b) Společné pro 2-3 válce se používají větších automobilových motorů s rozvody OHV s cílem stavebnicového vytváření unifikované řady motorů s odlišným počtem válců v řadovém i vidlicovém uspořádání . c) Jednotlivé hlavy pro každý válec. U velkých motorů i automobilových s rozvodem OHV (eventuelně vzduchem chlazených) a vysokým stupněm unifikace. Nevýhodou je prodlužování délky u řadových motorů, zvýšený počet šroubů, vyšší hmotnost. Hlava válců je nosičem ventilů, sedel, sacích a výfukových kanálů, vstřikovače s tryskou, zapalovací a žhavící svíčky. Vzájemné uspořádání těchto všech součástí v hlavě je konstrukčním problémem, neboť jen optimální rozmístění může splňovat jak funkci, tak i spolehlivost se životností (dimenzování s vhodným chlazením). Zde nastává obvykle kompromis mezi funkcí procesu a spolehlivou konstrukcí. Kompromis představuje např. změnu polohy os ventilů v řádech +- 0,5mm a místní deformaci průřezu kanálů (aerodynamika) ve prospěch spolehlivého chlazení kritického místa můstku mezi vstřikovačem (zapalovací svíčkou) a sedlem výfukového ventilu.

2013/2014


14

CHLAZENÍ SAMOSTATNÉ HLAVY VÁLCŮ Přívod a odvod chladící kapaliny je pro každou hlavu proveden samostatně. To vytváří ideální podmínky pro sofistikovaný průtok hlavou. Vstupy jsou z prostoru příslušného válce a velikost kruhového průřezu v těsnění mezi blokem a hlavou rozdělují množství chladící kapaliny: • Hlavní přívod 60-70% je směřován do kritického místa (můstek mezi vstřikovačem a sedlem výfukového ventilu •Vedlejší přívod 20-25% je proveden pod výfukový kanál s podpořením chlazení sedla výfukového ventilu

5%

•Zbytek 5-10% slouží k odvzdušnění odlehlé partie pod sacím kanálem

70%

2013/2014

25%


15

CHLAZENÍ SAMOSTATNÉ HLAVY VÁLCŮ V řezech jsou patrná kritická místa a směr vtoku chladiva

70% 25% 2013/2014


16

KRITICKÁ MÍSTA PRO CHLAZENÍ • mezi sedlem výfukového ventilu a vstřikovačem, nebo svíčkou • mezi sedly ventilů navzájem Kolem sedel výfukových i sacích ventilů vždy chlazení kolem dokola (rovnoměrná teplota po obvodě zabezpečuje rovnoměrné deformace, které nezpůsobují uvolňování sedel) ŠPATNÉ PROVEDENÍ

SPRÁVNÉ PROVEDENÍ

2013/2014


SCH

CHLAZENÍ SAMOSTATNÉ 4-VENTILOVÉ HLAVY VÁLCŮ Chladící kapalina vstupuje do hlavy válce z bloku 4 otvory stejné dimenze do spodního chladícího prostoru a průtok je směřován kolem sedel do středu ke vstřikovači. Zde kolem vstřikovače je jediný průchod do horního patra chladícího prostoru hlavy. Zde je kapalina vedena kolem nálitků vodítek ventilů k výstupnímu otvoru navazujícího na sběrné potrubí.

Vysvětlivka: 2013/2014


směr toku chladící kapaliny 18

CHLAZENÍ SAMOSTATNÉ 4-VENTILOVÉ HLAVY VÁLCŮ Obdobná varianta s odlišným uspořádáním kanálů

Vysvětlivka: 2013/2014

směr toku chladící kapaliny Pohonné jednotky II - SCHOLZ

19

KONSTRUKCE 4-VENILOVÉ HLAVY VÁLCŮ

2013/2014


20

CHLAZENÍ SPOLEČNÉ HLAVY PRO 2 VÁLCE 2-VENTILOVÉHO PROVEDENÍ

2013/2014


21

CHLAZENÍ SPOLEČNÉ HLAVY PRO 2 VÁLCE 2-VENTILOVÉHO PROVEDENÍ

Pískové jádro vodního prostoru hlavy

2013/2014


22

SPECIFIKA CHLAZENÍ HLAVY VÁLCŮ Prioritní je odvod tepla z výfukového ventilu, jako nejvíce tepelně zatíženému dílu hlavy válců (od hořící palivové směsi a při odvodu spalin výfukovým kanálem). Odvod tepla přes kontakt: • stykový v sedle • kluzný ve vedení dříku Kluzný kontakt Vedení dříku

Sedlo

Příklad 4-ventilového správného provedení chlazení v nálitku kluzného vedení dříku ventilu

2013/2014


23

SPECIFIKA CHLAZENÍ HLAVY VÁLCŮ Příklad 4-ventilového nesprávného provedení chlazení v nálitku kluzného vedení dříku ventilu. Maximalistický stupeň rozměrové unifikace kanálu sacího s výfukovým vč. sedel, vodítek, ventilů za cenu zhoršení pracovních funkcí (aerodynamiky, odvodu tepla u z výfukového ventilu – v označených částech) a spolehlivosti (váznutí výfukového ventilu následkem zvýšené tvorby karbonu ve vedení ventilu)

2013/2014


24

VÝFUKOVÉ VENTILY:

ČÁSTI VENTILŮ

• Bimetalické - dřík svařen s hlavou, která je z vysoko legované ocel (CrSi, CrMoV, CrMnNi, Ni –Nimonic) • Těsnící plocha hlavy se sedlem se opatřuje návarem tvrdokovu (stelit) – snížení opotřebení • Duté ventily plněné sodíkem pro zlepšení odvodu tepla. Sodík již při teplotě 100°C zkapalní a vyplní dutinu jen z poloviny. Pohyb dusíku vytváří „shaker“ efekt a intenzivně přenáší teplo z hlavy do dříku

Talíř Klínky Dřík Stírátko oleje Vodítko Stírací hrana Sedlo Hlava

2013/2014


25

SEDLA VENTILŮ

Dnes standardně u všech hlav z AL i litiny. Materiál (legovaná litina Cr,Mo; ušlechtilá ocel CrNi) odolnost proti opotřebení (zaklepávání).

v d1 d

s (přesah)

Rozměry: t = (0,08 – 0,15) d1 v = (0,18 – 0,25) d1 s = (0,0015 – 0,003) d2 Sedlo se vkládá s přesahem (zmražené dusíkem), spojení s hlavou musí být v celé ploše pro účinný odvod tepla. Při deformaci způsobené nerovnoměrně rozloženou teplotou dochází k uvolnění. Sklon dotykové plochy s ventilem 30-45° VÝFUK

2013/2014


SÁNÍ

26

VODÍTKA VENTILŮ Slouží k vedení ventilu, středí talíř ventilu do sedla, odvádí teplo z dříku ventilu a zabraňuje uniku oleje podél dříku. Délka (6 – 8)  dříku , umístění co nejblíže k talíři. Vodítko je zalisováno do hlavy. Vůle ve vedení ventilu (mezi dříkem a vnitřním průměrem vodítka) závisí na teplotním zatížení ventilu. Doporučené hodnoty jsou pro: sací ventil s  0,04 s  6,5  0,025 sán

výfukový ventil

svýf  0,046 s  5,5  0,025 Neúměrné zvyšování vůle ventilu ve vodítku ovlivňuje negativně nárůst teploty ventilu (snížením odvodu tepla ve vodítku). Např. zvětšení z 0,1mm na 0,2mm znamená zvýšení teploty talíře ventilu o 100°C. U výfukového ventilu se ve spodní části vedení (zasahujícího do proudu výfukových plynů) se vůle zvětšuje obvykle válcovým odlehčením, aby ventil nevázl. Osazení na ventilu, které předbíhá odlehčení o m vyškrabuje usazeniny karbonu, vzniklé nadbytečným průnikem mazacího oleje. Mazání musí být přiměřené, snížení se dosáhne použitím stírátek, které břitem regulují množství oleje. Materiál: litina, legovaná litina

2013/2014


SCH

2013/2014


28

2013/2014


SCH

KLIKOVÁ SKŘÍŇ ZE SLITIN HLINÍKU v provedeních:

Recommend Documents