Materiál bloku valcov
Bloky valcov nákladných automobilov a autobusov boli tradične vyrobené zo sivej liatiny, zvyčajne legovanej aspoň trochou kremíka, aby sa znížila krehkosť materiálu. Ako už bolo spomenuté, väčšina diaľničných dieselových motorov so stredným a veľkým vŕtaním používa vložky valcov, čo znamená, že základný materiál bloku valcov priamo neznáša tlak a teplotu valca motora. V poslednom čase sa pri výrobe ľahších motorov prejavuje trend výrazne zvyšovať tlak vo valcoch. To viedlo k vzniku dnešných odliatkov bloku valcov s nízkou-hmotnosťou a vysokou{4}}pevnosťou. Porovnanie pomeru hmotnosti-k{7}}výkonu dnešných motorov s motormi z 80. rokov: výkon produkovaný na libru hmotnosti motora v dnešných motoroch je často dvakrát vyšší ako v porovnaní s ich predchodcami -, prinajmenšom pred započítaním hmotnosti všetkého hardvéru na kontrolu emisií na súčasných motoroch. V súčasnosti väčšina výrobcov dieselových motorov (OEM) používa pri výrobe bloku valcov lisované grafitové železo (CGI), pretože je ľahké a dokáže odolať oveľa vyšším silám.
Bloky valcov z lisovaného grafitového železa (CGI).
Bloky valcov z kompaktného grafitového železa (CGI) boli v poslednom desaťročí kľúčovým faktorom pri znižovaní hmotnosti motora. Súčasné-naftové motory s vysokým výkonom sú často ľahšie ako motory predchádzajúcej generácie, ktoré produkovali iba polovičný výkon. Takmer všetci výrobcovia originálneho vybavenia (OEM) používajú bloky valcov CGI pre svoje ťažké-motory. Medzi výhody CGI patria:
• O 70 % ľahšie ako ekvivalentné bloky valcov zo sivej liatiny
• Hranica únavy o 200 % vyššia ako v prípade sivej liatiny
• O 40 % pevnejšia ako sivá liatina
Drôtový oblúk s prenosom plazmou
V minulosti spoločnosť Caterpillar používala ako metódu na opravu liatinových vložiek valcov v dieselových motoroch metódu plazmového prenosu drôteného oblúka (PTWA), no teraz sa táto technológia používa na to, aby bolo možné v ľahkých a stredne ťažkých{0}}naftových motoroch používať bloky valcov z hliníkovej zliatiny bez vložiek valcov. Proces PTWA poskytuje povrch vysoko odolný proti-opotrebeniu a teplote-na substrátoch na báze železa- alebo zliatiny hliníka. Proces kombinuje stlačený vzduch a elektrinu a vytvára plazmový prúd s teplotou až 35 000 °F (19 500 °C), do ktorého sa drôt privádza cez rotačnú pištoľ. Tým sa drôt rozbije na kvapôčky s veľkosťou približne 25 mikrónov, ktoré sa na molekulárnej úrovni viažu na stenu vložky valca. Ako roztavený drôt oxiduje, vytvára kryštálovú štruktúru nazývanú wüstite a konečná vrstva plášťa má hrúbku asi 150 mikrónov. Keď sa PTWA používa na blokoch valcov z hliníkovej zliatiny, cieľový povrch musí byť vopred{15}}opracovaný. Proces PTWA sa často označuje ako obklad. Bez špecializovaného vybavenia nie je možné opraviť opláštené bloky valcov.
Funkcie bloku valcov
Aj keď medzi výrobcami existujú určité rozdiely, bloky valcov dieselových motorov musia vykonávať niektoré alebo všetky z nasledujúcich funkcií:
• Zabezpečte vŕtanie valcov pre zostavy piestov.
• Zabezpečte otvory hlavného ložiska pre kľukový hriadeľ.
• Zabezpečte priechody pre chladiacu kvapalinu/vodné plášte.
• Zabezpečte mazacie olejové kanály/olejové kanáliky.
• Poskytnite montážne miesta pre ostatné súčasti motora.
Bloky valcov môžu obsahovať pozdĺžne otvory na inštaláciu vačkových hriadeľov. Obrázok 9-2 zobrazuje vyššie uvedené otvory a priechody. Obrázok 9-3 zobrazuje umiestnenie expanzných zátok alebo miskovitých{7}}zátok v typickom bloku šesťvalcového motora. Zvyčajne sa inštalujú s miernym presahom a fixujú sa pomocou stredne pevného lepidla, ako je Loctite Blue.
Integrálny vývrt valca
Väčšina automobilových motorov a dieselových motorov s malým{0}}vŕtaním používa integrálne alebo bezvložkové bloky valcov. Je menej pravdepodobné, že sa budú používať v komerčných dieselových motoroch, najmä v motoroch s-veľkým vŕtaním. Kedysi sa integrálne vŕtanie valcov používalo na motoroch so stredným vŕtaním-; boli posmešne nazývané-jednorazové bloky. Bolo to preto, že počas renovácie bolo ťažké vyvŕtať otvory na inštaláciu vložiek valcov kvôli tesnej blízkosti otvorov valcov. S príchodom indukčného kalenia blokov valcov na báze železa-a špecializovanými procesmi opláštenia, ako je napríklad vyššie uvedené PTWA, sa však táto situácia zmenila. Staršie motory Cat 3208, Cummins ISB a MB-série 900 (vyrábané do roku 2010) sú príkladmi motorov so zostavami bloku valcov bez vložiek valcov. Počiatočné úspory nákladov dosiahnuté výrobou takejto konštrukcie bloku valcov môžu byť kompenzované počas generálnych opráv motora, keď je potrebné blok valcov vymeniť, prevŕtať a namontovať vložky valcov alebo poslať späť do továrne na opravu. Výhody motorov bez vložiek valcov sú nasledovné:
• Nižšie počiatočné náklady
• Žiadne riziko zlyhania O-krúžku vložky valca
• Počas spätnej montáže nie je potrebné dodržiavať špecifikácie výčnelku vložky valca
Indukčne-kalený vývrt valca bez vložky valca
Koncom 90. rokov Freightliner/Mercedes-Benz predstavili motor bez vložiek valcov, s indukčne vytvrdenými vŕtaniami valcov-. Štvorvalcové a šesťvalcové motory MB-900 série-obsahovali jedinečnú indukčnú{10}spevnenú špirálovitú ryhovanú oblasť v oblasti horného prstencového pásu. V porovnaní s inými motormi bez vložiek valcov sa tým výrazne predĺžila životnosť vývrtov valcov. Ak sa vývrty valcov opotrebovali nad rámec tolerancie, mohli by byť prevŕtané{12}}a vybavené vložkami valcov. Spoločnosť Mercedes-Benz odporučila, aby prevŕtanie{15}}a montáž vložky valcov na týchto motoroch vykonával iba výrobca. Tento motor bol veľmi úspešný v aplikáciách na-ceste aj v teréne{17}}, ale po modelovom roku 2010 sa už nepoužíval v aplikáciách na ceste. Napriek tomu sa veľké množstvo takýchto motorov používa aj o desať rokov neskôr.
Plášť PTWA bez vložky valca
Proces PTWA stručne opísaný vyššie sa už mnoho rokov používa ako metóda na opravu liatinových blokov valcov bez vložiek valcov, ale táto technológia je použiteľná aj na opláštenie dier valcov blokov valcov z hliníkovej zliatiny. Keďže výrobcovia pôvodného vybavenia (OEM) sa aj naďalej snažia znižovať hmotnosť dieselových motorov, bloky valcov z hliníkovej zliatiny s -vrtaním valcov pokrytým PTWA sa používajú v ľahkých-naftových motoroch a môže byť len otázkou času, kedy ich uvidíme aj v ťažkých-naftových motoroch.
Mokrá vložka valca
Konštrukcia bloku valcov umožňuje, aby bol vodný plášť v priamom kontakte s vložkou valca vo vývrte valca; preto musí mať vložka valca dostatočnú hrúbku steny, aby odolala špičkovému spaľovaciemu tlaku motora. Mokré vložky valcov dokážu efektívne prenášať teplo do chladiacej kvapaliny a ľahko sa vymieňajú počas generálnej opravy. Ich hlavnou nevýhodou je, že musia zostať utesnené počas celej životnosti a porucha O-krúžku môže viesť ku kontaminácii chladiacej kvapaliny motorového oleja.
Obrázok 9–3 zobrazuje polohu a spôsob inštalácie miskovitých-zátok v priamom-bloku šiestich valcov.
Klasifikácia bloku valcov
Bloky valcov používané v komerčných dieselových motoroch možno klasifikovať podľa typu takto:
• Integrované vŕtanie valcov alebo žiadne vložky valcov
• Povrchová úprava bez vložiek valcov
• Mokré vložky valcov
• Suché vložky valcov
• Kombinované mokré/suché vložky valcov
V konštrukcii bloku valcov sa odrážajú aj ďalšie faktory, ako napríklad dvojtaktné{0}}cykly a vzduchové chladenie.