Из чего делают современные двигатели: новые материалы на службе автопроизводителей

На протяжении многих десятков лет моторы изготавливали из самых обычных материалов — стали, чугуна, меди, бронзы, алюминия. Совсем немного пластика, иногда какие-то мелкие элементы, вроде корпусов карбюраторов, — из магниевых сплавов. На волне тенденции к всемерному облегчению конструкций и увеличению мощности при улучшении экологической составляющей состав материалов с тех времен заметно изменился. Из чего же сегодня делают двигатели? Разбираемся.

Большая часть автовладельцев наверняка знает главный тренд современного автомобилестроения: увеличение мощности двигателя при постоянном уменьшении его объема и массы. Секрет такого сочетания кроется в том числе в новых материалах и конструктивах. Ну и, разумеется, тщательной проработке всех элементов силового агрегата, а также уже не скрываемом отсутствии избыточных (читай: невыгодных) запасов прочности.

Как ни странно, всевозможные нанотрубки и прочий хай-тек, о котором постоянно говорят в СМИ, в моторостроении на самом деле почти не применяются. В серийных моторах самыми дорогими и сложными материалами являются кремнийникелевые покрытия, металлокерамический композит (например, известный как FRM у Honda), различные полимерно-углеродные композиции и постепенно появляющиеся в серийных двигателях титановые сплавы, а также сплавы с высоким содержанием никеля, например Inconel. В целом же двигателестроение остается очень консервативной областью машиностроения, где смелые эксперименты в серийном производстве не приветствуются.

Прогресс обеспечивается в основном «тонкой настройкой» и применением давно известных технологий по мере их удешевления. Основная масса серийных агрегатов состоит в основном из чугуна, стали и алюминиевых сплавов — по сути, самых дешевых материалов в машиностроении. Однако тут все же есть место для новых технологий.

Самая крупная деталь любого мотора — блок цилиндров. Она же самая тяжелая. Долгие десятки лет основным материалом для блоков служил чугун. Он достаточно прочен, хорошо льется в любую форму, его обработанные поверхности обладают высокой износостойкостью. Список достоинств включает и невысокую цену. Современные моторы небольшого рабочего объема по-прежнему льются из чугуна, и вряд ли в ближайшее время индустрия полностью откажется от этого материала.

Основная задача в совершенствовании сплавов чугуна — это сохранение высокой твердости поверхности при улучшении его вспомогательных качеств, иначе это может привести к необходимости использования чугунных же гильз для блока цилиндров из более износостойкого сплава. Так изредка делают, но в основном на грузовых моторах, где эта технология финансово оправданна.

Алюминий в качестве материала блока применяется также очень давно и совершенствуется примерно в том же направлении. Усилия направлены в основном на улучшение возможностей его обработки, на снижение коэффициента расширения при сохранении необходимой пластичности материала, повышение необходимых аспектов прочности сплавов.

Также развиваются технологии использования вторичного алюминия низкой очистки. Для таких сплавов применяются технологии, отличные от литья, причем налицо тенденция к изготовлению из алюминия блоков цилиндров более компактных моторов. Например, двигатель Volkswagen серии EA211 сегодня имеет алюминиевый блок, который оказался на 40% легче чугунного.

Магниевые сплавы значительно менее популярны. Они легче алюминиевых, но имеют значительно более низкую коррозийную стойкость, не переносят контакта с горячей охлаждающей жидкостью, со стальными крепежными деталями повышенной температуры. На рядных шестицилиндровых блоках моторов BMW серий N52 и N53, например, из магниевого сплава выполнена только внешняя часть блока, «рубашка» системы охлаждения. Для сравнительно длинного блока шестицилиндрового мотора это дает выигрыш в массе порядка 10 кг по сравнению с цельноалюминиевой конструкцией. Также магниевые сплавы используют для блок-картеров моторов с отъемными цилиндрами. В основном это двигатели мотоциклов.

Компоненты двигателя

Если с самой большой деталью мотора новые технологии и материалы не очень «дружат» в целом, то в частностях возможны интересные сюрпризы. Гильзы цилиндров у любого блока являются точкой приложения всех новейших технологий и материалов. Высокопрочный чугун, методы поверхностного упрочнения алюминиевых высококремнистых сплавов, гальванические покрытия на основе сплава карбида кремния с никелем, металлокерамические матрицы и стальное напыление широко используются даже на серийных моторах. Про чугун и высококремнистый алюминий говорить не будем, все же сами технологии не только старые, но и массовые. А вот про остальные материалы лучше рассказать чуть подробнее.

Упрочненные чугунные гильзы по технологии CGI (Compacted Graphite Iron) появились для реализации экстремально высокой степени форсирования у дизельных моторов. Этот чугун сильно отличается от распространенного серого чугуна. У него на 75% выше прочность на разрыв, на 40% выше модуль упругости, и он в два раза устойчивее к знакопеременным нагрузкам. А его сравнительно невысокая стоимость и прочность позволяют создавать литые чугунные блоки с массой меньше, чем у алюминиевых. Но в основном его применение ограничено гильзами и коленчатыми валами. Гильзы получаются очень тонкими, теплопроводными и при этом столь же технологичными и надежными, как обычные гильзы из чугуна. А коленчатые валы по прочности соперничают с коваными стальными при заметно меньшей себестоимости.

Покрытие по технологии Nicasil, в общем-то, не редкость и далеко не новинка, но оно остается одним из самых высокотехнологичных и перспективных в своей сфере. Изобрели его еще в 1967 году для роторно-поршневых двигателей, и засветиться в массовом автомобилестроении оно успело. Porsche его применял для гильз цилиндров с 1970-х, а в 1990-е его попытались применить и на более массовых моторах, например в BMW и Jaguar, но недостатки технологии и высокая цена заставили отказаться от него в пользу более дешевых методов поверхностного упрочнения высококремниевых сплавов, например по технологии Alusil.

Причем более вероятной причиной отказа является как раз повышенная стоимость блоков цилиндров с этим покрытием, связанная с низкой технологичностью процесса гальванического нанесения и высоким процентом не выявляемого сразу брака, который потом успешно списали на высокосернистые бензины.

Тем не менее это покрытие все еще остается лучшим выбором для создания рабочей поверхности в любом мягком металле, потому под различными торговыми наименованиями применяется в массовом и особенно гоночном двигателестроении. Например, под маркой SCEM в моторах Suzuki. Его недостатки в основном связаны с очень высокой стоимостью обработки и слабой приспособленностью к массовому производству при использовании с крупными многоцилиндровыми блоками.

Металлокерамическая матрица (MMC), более известная как FRM в моторах Honda, — еще один оригинальный и интересный материал. Например, двигатель на суперкаре NSX имел гильзы, выполненные по такой технологии. Опять же технология далеко не новая, но, как и материал, очень перспективная. Покрытие типа Nicasil тоже относится к MMC, но его приходится наносить гальваническим методом, и в качестве матрицы выступает достаточно твердый никель.

В технологии FRM материалом матрицы служит алюминий, а MMC получается в процессе заливки гильзы из волокнистого материала на основе карбоновой нити в алюминиевый блок. Использование углеродного волокна более технологично. К тому же матрица получается намного более толстой, чуть более мягкой, намного более упругой и абсолютно интегрированной в материал блока. Отслоение, как это происходило с Nicasil, попросту невозможно. Задиры и локальные повреждения в силу структуры материала ему почти не страшны, а в случае износа цилиндр можно расточить благодаря большому запасу по толщине.

Минусы у такого покрытия тоже имеются. Во-первых, немалая цена, во-вторых, жесткое отношение к поршневым кольцам, поскольку его структура плохо «настраивается». Тут не создать полноценной сетки хона, правда, масло хорошо удерживается в волокнах и без того. Края волокон очень жесткие, и даже сверхтвердые кольца имеют ограниченный ресурс, а поршень в местах контакта интенсивно изнашивается при малейшем биении, что подразумевает использование поршней с минимальным зазором и очень короткой юбкой. К тому же покрытие очень маслоемкое. В итоге у моторов постоянно наблюдался повышенный расход масла, что на определенном этапе не позволило выполнять жесткие экологические требования.

Впрочем, сейчас эта проблема уже не актуальна, новые катализаторы и новые поколения малозольных масел позволяют об этом не беспокоиться. Ну и, разумеется, цена нанесения покрытия такого типа заметно выше, чем у алюсила или чугунных гильз, но все же меньше, чем у Nicasil-подобных материалов.

Покрытия MMC разных типов также используются в целом ряде деталей двигателей. Например, в седлах клапанов в ГБЦ, упрочнениях крайних постелей распредвалов, особо нагруженных местах креплений элементов конструкции. Это позволяет широко применять цельноалюминиевые детали и снижать массу конструкции за счет упрощения. Некоторые детали двигателей могут иметь крупные элементы из MMC, например клапаны. Но это и сейчас удел не серийных конструкций.

Титановые сплавы также давно пытаются использовать в конструкции машин. В двигателях этот прочный, легкий и очень эластичный материал с превосходной химической стойкостью применяется очень ограниченно в силу высокой стоимости. Но можно найти серийные конструкции с деталями из титана. Титановые шатуны, например, давно устанавливаются в моторах Ferrari и тюнинговом подразделении AMG. Еще титан — неплохой выбор для пружин, шайб, рокеров и прочих элементов ГРМ, деталей теплообменников EGR, а также разных крепежных элементов. Кроме того, он используется для производства рабочих элементов высокопроизводительных турбин, а иногда —— для производства клапанов и даже поршней.

Теоретически детали из высококремнистых титановых сплавов с высоким содержанием интерметаллидов и сицилидов могут применяться в двигателях, но у большинства титановых сплавов наблюдается серьезная потеря прочности уже при температурах свыше 300 градусов — изменение пластичности в больших пределах и большой коэффициент расширения, что не позволяет создавать из них долговечные детали с низкой массой. Ограниченное применение имеет в двигателестроении и 3D-печать из титановых сплавов, например для создания выпускных систем на спорткарах.

А вот покрытия из нитрида титана — одни из самых популярных средств упрочнения поршневых колец. Этот материал отлично работает по кремниевому упрочненному слою гильз цилиндров. Его же используют как напыление на фаски клапанов, в том числе титановых, на торцы толкателей клапанного механизма и другие узлы двигателя. Начиная с 1990-х годов использование этого метода упрочнения неуклонно возрастает, и он вытесняет хромирование, азотирование и ТВЧ-закалку. Также нитрид титана является перспективным типом покрытия для гильз цилиндров: он может наноситься методом PA-CVD (плазмохимическое осаждение из газовой фазы), а значит, такие технологии могут стать серийными в ближайшее время, если будет спрос на новые износостойкие покрытия цилиндров.

Уже упомянутая 3D-печать также активно применяется для создания высокопрочных и высокоточных жаростойких деталей сплав Inconel. Это семейство никельхромовых жаростойких сплавов давно служит материалом для создания выпускных клапанов, верхних компрессионных колец, пружин и даже выпускных коллекторов, корпусов турбин и крепежного материала для высокотемпературного применения.

В последние годы, в связи с развитием технологий 3D-печати и активным использованием в них Inconel-сплавов, мелкосерийные ДВС все чаще обзаводятся деталями из этого очень перспективного материала. Рабочий диапазон деталей из него минимум на 150–200 градусов выше, чем у самых жаростойких сталей, и доходит до 1200 градусов. Как материал упрочнения сплавы Inconel используются серийно уже достаточно давно, так, в моторах Mercedes-Benz покрытие из Inconel применяется на моторах серий M272/M273.

Пластмассы также продолжают внедрять в конструкции двигателей. Выполненные из пластика элементы системы впуска и охлаждения — дело уже привычное. Но дальнейшее расширение номенклатуры маслостойких и теплостойких пластмасс с низким короблением позволило создать пластмассовые картеры ДВС, клапанные крышки, направляющие, корпуса малых конструкций внутри двигателя. Концепты моторов с блоком цилиндров из пластмассы, а точнее, из полимерно-углеродных композиций, уже были представлены публике. При незначительно меньшей прочности, чем у легких сплавов, пластик в производстве обходится дешевле и значительно лучше перерабатывается.

Каков итог?

Изучение вопроса применяемости материалов в двигателестроении показывает четкую направленность: для снижения массы и улучшения других характеристик применение каких-то суперматериалов либо не особо требуется, либо невозможно в принципе в силу физических и химических свойств. Развитие технологий идет путем эволюционным — усовершенствования как самого производства, так и традиционных материалов, реорганизации рабочего процесса и конструкторской оптимизацией. Так что даже в среднесрочной перспективе мы вряд ли увидим революцию в производстве ДВС, скорее речь будет идти о постепенном отказе от этого типа двигателя в принципе в пользу электротехнологий, хотя и там пока не наблюдается бурного технологического прорыва.

Из чего делают современные двигатели автомобилей? Новые материалы на службе автопроизводителей


  • Главная

  • /


  • Автовладельцам

  • /
  • Из чего делают современные двигатели: новые материалы на службе автопроизводителей

28 января 2021


Следуя современным веяниям в сфере автомобилестроения, крупнейшие производители стремятся сделать конструкцию авто как можно легче. Это позволит увеличить мощность и соблюсти все нормы экологических предписаний. Основной деталью автомобиля, конечно же, был и остается его двигатель. Для изготовления «сердец автомобилей» используются новые материалы, о которых мы и поговорим далее.


Современные автомобильные двигатели


Важно понимать, что процесс создания двигателя для авто как раньше, так и сейчас – довольно консервативная отрасль в машиностроении.


Большая часть агрегатов серийного производства изготавливается с применением таких материалов как:


  • Чугун;


  • Сталь;


  • Алюминиевые сплавы.


Из чего состоят двигатели современных авто


Сегодня, благодаря появлению новых материалов и технологий, применяются, казалось бы, совсем неподходящие для этих целей компоненты.


Активно внедряются пластмассы. Изготовленные из пластика узлы систем впуска и охлаждения сейчас уже никого не удивляют. Отличие современных моторов от аналогов прошлых лет состоит в том, что для их создания производители используют весьма неожиданные материалы. Рост внедрения маслостойких и теплоустойчивых пластиков дал возможность создать такие детали как:


  • Пластмассовые картеры ДВС;


  • Клапанные крышки;


  • Корпуса внутренних конструкций двигателя.


В надёжности современных двигателей авто сомневаться не приходится. Они, как и прежде, делятся на три основные категории: бензиновые, дизельные и электрические. Примерно так классифицируются автомобильные двигатели, которые применяются на современном автомобильном производстве и по сей день.


Металлы двигателей автомобилей


Можно упомянуть титановые сплавы, которые стремятся использовать в конструкции машин. Для двигателей этот прочный, легкий и достаточно эластичный материал с уникальной химической стойкостью используется неохотно, т.к. стоимость его достаточно высока.


Металлокерамическая матрица также весьма оригинальный материал. В процессе её производства используется технология Nicasil, которая подразумевает применение гальванического метода, а основой матрицы служит твёрдый никель.


Выводы


Область применяемости новейших решений в сфере двигателестроения имеет чёткий вектор, который ориентирован на снижение массы и улучшение прочих характеристик автомобиля в целом. Суперматериалы либо не нужны вовсе, либо их внедрение не представляется возможным из-за физико-химической специфики свойств, применяемых для создания двигателей материалов.


Современное автомобилестроение все больше склоняется в сторону электротехнологий, заменяя вредные для окружающей среды дизельные и бензиновые моторы.

Комментарии

Рекомендованные статьи

Из каких материалов сделаны автомобильные двигатели?

НУЖНА ПОМОЩЬ ДЛЯ ВАШЕГО СЛЕДУЮЩЕГО ПРОЕКТА?

Пожалуйста, заполните форму ниже и
наши специалисты свяжутся с вами в течение 12 часов!
Для более оперативного ответа вы можете связаться с нами по телефону или
WhatsApp: +86-180-2619-3705.

  • Главная
  • Новости
  • Новости компании
  • Из каких материалов изготавливают автомобильные двигатели?

Алюминиевый сплав широко известен своей легкостью. Его применение в деталях автомобильных двигателей обычно позволяет снизить вес автомобильных двигателей более чем на 30%. Кроме того, как блок цилиндров, так и головка цилиндров двигателя требуют хорошей теплопроводности и коррозионной стойкости, а алюминиевые сплавы имеют выдающиеся преимущества по сравнению с другими металлами в этих аспектах.

 

Какой материал блока цилиндров лучше всего? Алюминиевый сплав, обычно используемый в деталях двигателя для литья под давлением: американский стандарт A380 / A360 / A356, немецкий стандарт AlSi9.Cu3, AlSi10Mg (Fe), европейский стандарт ENAC-43400, ENAC-46400, японский стандарт ADC12, ADC10 и т. д.

Связанные новости

  • 3 основных дефекта после порошковой покраски корпуса радиатора

    Последующая обработка поверхности корпуса радиатора относится к заполнению, всплеску и порошковому напылению внутренней антикоррозийной краски.

  • Какие материалы лучше всего подходят для аккумуляторных батарей электромобилей?

    В настоящее время в автомобильной промышленности традиционные аккумуляторные батареи New Energy / Electric Vehicle (NEV/EV) обычно используют конструкции аккумуляторных батарей со стальным каркасом, чтобы соответствовать различным требованиям по защите от проколов, взрывобезопасности,…

  • 3 решения для литья под давлением алюминиевых отливок

    А. Дробеструйная обработка. Дробеструйная очистка — это процесс холодной обработки, при котором удаляются такие загрязнения, как оксидная окалина, с поверхности литого под давлением алюминия и улучшается внешний вид. Кроме того, дробеструйная…

Новости

  • Новости компании

  • Центр знаний

Отрасли

  • Автозапчасти

    • Запчасти для электромобилей

      • Аккумулятор для электромобиля
      • Зарядное устройство для электромобилей
      • Электронный блок управления EV/блок управления двигателем
      • Приводной двигатель электромобиля

    • Запчасти для газовых автомобилей

      • Аксессуары для двигателя
      • Детали трансмиссии

  • Детали машин

    • Изготовленный на заказ кронштейн ADC12 Алюминиевый штамп

    • Литье под давлением часть

    • Die Base

    • Алюминиевый монтажный кронштейн

    • Запчасть сиденья

  • Телекоммуникационные запчасти

    • Телекоммуникационная крышка

    • Телекоммуникационная полость

    • Алюминиевый литой радиатор

    • Корпус радиатора

  • Детали насосов и клапанов

    • Корпус водяного насоса

    • Корпус масляного насоса

    • Алюминиевые детали клапана для литья под давлением

самые важные и функции

Перейти к содержимому

Предыдущий Следующий

  • Посмотреть увеличенное изображение

 

Какие основные части автомобильного двигателя ? Почему важно их знать? Продолжайте читать, чтобы узнать!

Транспортные средства движутся в результате сочетания двух процессов, происходящих в двигателе внутреннего сгорания (ДВС): воспламенение и сгорание топлива происходит внутри самого двигателя. Затем двигатель частично преобразует энергию сгорания в тепло и механический крутящий момент.

Для этого двигатель состоит из нескольких отдельные компоненты работают одновременно (все основные).

 

 

Основные части автомобильного двигателя

 

В этом посте рассматриваются четыре наиболее важные основные части автомобильного двигателя, начиная с цилиндров и заканчивая распределительным валом:

  90903

 

Блок цилиндров является основой двигателя автомобиля и часто изготавливается из алюминия или железа . В нем размещены почти все основные компоненты двигателя, такие как поршни, коленчатый вал и шатуны, и он разделен на три фиксированные секции: головка блока цилиндров, блок и картер.

В его отверстиях находятся цилиндры (4-16 металлических трубок, в зависимости от типа автомобиля), которые в зависимости от диаметра определяют рабочий объем двигателя. При этом происходит сгорание топлива и возвратно-поступательное движение поршня. Некоторые другие отверстия в двигателе — это столь необходимые пути потока охлаждающей жидкости и масла , необходимые для охлаждения и смазки.

 

2. Поршни и коленчатый вал

 

 

Сила вращения, создаваемая колесами, начинается с движения поршня. Поршни отвечают за передает энергию , которая создается во время цикла сгорания, и передает ее на коленчатый вал, приводя в движение наши автомобили.

Поршни делают это, двигаясь вверх и вниз внутри цилиндров под действием тепла и расширяющихся газов. Коленчатый вал двигателя, который через шатуны соединен с поршнями, затем вращается и приводит в движение ведущие колеса автомобиля.

Он расположен в нижней части блока цилиндров и предназначен для преобразования линейного движения поршня (вверх и вниз) в вращательное и возвратно-поступательное движение, работа на оборотах двигателя.

Это тщательно обработанный компонент, так как для правильной работы требуется очень точная балансировка . Он имеет отверстия, чтобы гарантировать, что он не потеряет баланс при вращении на высокой скорости.

 

 

Сопутствующее содержание: Основная роль звездочки кривошипа в цепи привода ГРМ

 

 

4. Распредвал

 

Распределительный вал или распределительный вал является основной частью двигателя. Его основная роль заключается в регулировании момента открытия и закрытия клапанов, путем нажатия на конец стержня клапана. Без него было бы невозможно запустить двигатель.

С другой стороны распределительный вал поглощает вращательное движение коленчатого вала и переводит его обратно в поступательное движение.

 

 

Продолжайте читать: Какие запчасти для автомобилей самые важные

 

 

Важность охлаждения двигателя

 

Хотя правильное функционирование всех основных частей автомобильного двигателя, упомянутых выше, будет определять производительность двигателя вашего автомобиля, существуют и другие жизненно важные элементы для правильной работы двигателя. двигателя, например системы охлаждения.

При запуске двигатель может нагреваться до высоких температур из-за сгорания и постоянного движения его компонентов. Это, без правильной системы охлаждения, чтобы помочь отвод тепла двигателя от системы , может привести к перегреву двигателя и поломке, во многих случаях даже к катастрофическим последствиям для двигателя.

Под кожухом ремня ГРМ спрятан водяной насос, сердце системы охлаждения, обеспечивающее правильную работу двигателя.

Проталкивая охлаждающую жидкость через блок двигателя автомобиля, тепло может выходить наружу. Без него двигатель перегреется и выйдет из строя.

 

DOLZ предоставляет вам запчасти высшего качества для автомобилей: водяные помпы для легковых и коммерческих автомобилей, термостаты и комплекты ГРМ, как цепные, так и ременные. Просмотрите наш широкий ассортимент продукции и наслаждайтесь полным опытом. Ваш выбор в области безопасности с 1934 года.

 

Поиск

Поиск:

Последние записи

  • Проверка зимнего антифриза держит водяной насос в готовности
    15 декабря 2022 г.

Posted inДвигатель