Моноблочный двигатель - Monobloc engine

Двигатель De Dion-Bouton с моноблочными головками цилиндров, но цилиндры отделены от картера c. 1905 г.

Моноблочный или единый блок двигатель является поршневым двигателем внутреннего сгорания , где некоторые из основных компонентов (например, головок блока цилиндров , блока цилиндров , или картера образуется), как правило , путем литья , как единое единое целое, а не собрана позже. Это дает преимущества в улучшении механической жесткости и повышении надежности уплотнения между ними.

Моноблочные технологии восходят к истокам двигателя внутреннего сгорания . Использование этого термина со временем изменилось, обычно для решения наиболее насущных механических проблем, влияющих на двигатели того времени. У этой техники было три различных использования:

• Головка блока цилиндров и цилиндр
• Цилиндрический блок
• Блок цилиндров и картер

В большинстве случаев любое использование этого термина описывает моноблочную конструкцию, в отличие от более распространенной современной практики. В тех случаях, когда техника моноблоков позже стала нормой, конкретный термин потерял популярность. В настоящее время обычной практикой является использование моноблочных цилиндров и картеров, но моноблочная головка (по крайней мере, для рядного двигателя с водяным охлаждением) будет считаться необычной и устаревшей.

Крышка цилиндра

Двигатель Napier , с моноблочной головкой, раздельные блоки цилиндров

Перевёрнутый авиадвигатель DB 605 времен Второй мировой войны с моноблочными блоками цилиндров и головками

Вид в разрезе одноцилиндрового двигателя с воздушным охлаждением, с моноблочной головкой и заглушкой над боковым клапаном

Прокладка головки является наиболее сильно нагруженным статическим уплотнением в двигателе, и была источником значительных проблем в первые года. Моноблочная головка блока цилиндров образует как цилиндр, так и головку в одном блоке, что устраняет необходимость в уплотнении.

Наряду с поломкой прокладки головки, одной из наименее надежных частей ранних бензиновых двигателей был выпускной клапан, который обычно выходил из строя из-за перегрева. Моноблочная головка может обеспечить хорошее водяное охлаждение, тем самым снижая износ клапана, поскольку она может непрерывно расширять водяную рубашку как вокруг головки, так и цилиндра. Двигателям с прокладками здесь требовалась поверхность контакта металл-металл, что мешало потоку воды.

Недостатком моноблочной головки является то, что доступ внутрь камеры сгорания (верхний объем цилиндра) затруднен. Доступ через отверстие цилиндра ограничен для обработки седел клапанов или для установки угловых клапанов. Еще более серьезным ограничением является удаление кокса и повторная шлифовка седел клапанов, что является обычной задачей для старых двигателей. Вместо того, чтобы снимать головку блока цилиндров сверху, механик должен снять поршни, шатуны и коленчатый вал снизу.

Одним из решений этой проблемы для двигателей с боковыми клапанами было размещение резьбовой заглушки непосредственно над каждым клапаном и обеспечение доступа к клапанам через нее (показано). Коническая резьба резьбовой заглушки обеспечивала надежное уплотнение. Для двигателей малой мощности это было популярным решением в течение нескольких лет, но эту свечу было трудно охладить, так как водяная рубашка не заходила на свечу. По мере увеличения производительности также стало важным иметь лучшую конструкцию камеры сгорания с меньшим «мертвым пространством». Одним из решений было разместить свечу зажигания в центре этой свечи, что, по крайней мере, использовало пространство. В результате свеча зажигания находилась дальше от камеры сгорания, что приводило к длинным путям пламени и более медленному зажиганию.

Во время Первой мировой войны развитие двигателя внутреннего сгорания сильно продвинулось. После войны, когда производство гражданских автомобилей возобновилось, моноблочная ГБЦ требовалась реже. Только высокопроизводительные автомобили, такие как Leyland Eight 1920 года, сохранились с ним. Bentley и Bugatti были другие гоночные каперы , которые особенно привязанные к ним, через 1920 - х годов и в 1930 - е годы, наиболее классно быть использованы в специально построенном американский Offenhauser прямолинейных-четыре гоночных двигателей, первый спроектированных и построенных в 1930 - х годах.

В авиационных двигателях в то время начиналось использование высокого давления наддува , что увеличивало нагрузку на прокладки головной части. В двигателях, таких как Rolls-Royce Buzzard, для надежности использовались моноблочные головки.

Последними двигателями, получившими широкое распространение с моноблочными головками цилиндров, были большие авиационные радиальные двигатели с воздушным охлаждением , такие как Wasp Major . У них есть отдельные цилиндрические цилиндры, поэтому доступ менее ограничен, чем на рядном двигателе с моноблочным картером и цилиндрами, как в большинстве современных двигателей. Поскольку они обладают высокой удельной мощностью и требуют большой надежности, преимущества моноблока остаются привлекательными.

Двигатели авиации общего назначения, такие как Franklin , Continental и Lycoming , по-прежнему производятся новыми и продолжают использовать моноблочные индивидуальные цилиндры, хотя Franklin использует съемную втулку. В их конструкции используется комбинация материалов, таких как сталь для цилиндров и алюминиевые сплавы для головок цилиндров для снижения веса. Обычные методы восстановления включают хромирование внутренней части цилиндров с «потрескавшейся» отделкой, имитирующей « заштрихованную » отделку, обычно получаемую при обычном хонинговании цилиндров. Старые двигатели, работающие на неэтилированном автомобильном бензине, как это разрешено дополнительными сертификатами типа, утвержденными FAA, могут потребовать более частой механической замены клапанов и седел. Для обслуживания седел клапанов в этих цилиндрах используются специальные инструменты. Необходимо проводить неразрушающие испытания для выявления дефектов, которые могли возникнуть во время экстремального использования, повреждения двигателя из-за внезапной остановки гребного винта или продолжительной работы двигателя при каждом капитальном ремонте или восстановлении.

Исторически сложность обработки и обслуживания моноблочной головки блока цилиндров была и остается серьезным недостатком. Когда прокладки головки стали способны выдерживать большие температуры и давление, методика вышла из употребления. Сегодня это почти неизвестно, но нашло несколько нишевых применений, поскольку технология моноблочных головок цилиндров была принята японским производителем двигателей Saito Seisakusho для своих четырехтактных двигателей с тлеющим топливом и искровым зажиганием для нужд тяги самолетов RC .

Моноблочные цилиндры также продолжают использоваться в небольших двухтактных двигателях для силового оборудования, используемого для ухода за газонами и садами, такого как триммеры, культиваторы и воздуходувки для листьев.

Викискладе есть медиафайлы по теме моноблочной головки блока цилиндров .

Цилиндрический блок

Ранний моноблочный двигатель 1919 года: все цилиндры отлиты вместе с картером, головка блока цилиндров раздельная.

Немоноблочный двигатель 1905 года: цилиндры отлиты по трем парам, но головки моноблочные в каждом наборе цилиндров.

Немоноблочный двигатель 1919 года: цилиндры отлиты из двух блоков по три, но головки - моноблочные.

Технология литья на заре двигателей внутреннего сгорания могла надежно отливать большие отливки или отливки со сложными внутренними сердечниками, чтобы можно было использовать водяные рубашки, но не то и другое одновременно. В большинстве ранних двигателей, особенно с более чем четырьмя цилиндрами, цилиндры были отлиты как пары или тройки цилиндров, а затем прикреплены болтами к единому картеру.

По мере совершенствования технологии литья весь блок цилиндров из четырех, шести или даже восьми цилиндров можно было отлить как один. Это была более простая конструкция, поэтому дешевле в производстве, а общая водяная рубашка позволяла уменьшить расстояние между цилиндрами. Это также улучшило механическую жесткость двигателя против изгиба и все более значительного крутильного скручивания по мере увеличения количества цилиндров и длины двигателя. В контексте авиационных двигателей немоноблочным предшественником моноблочных цилиндров была конструкция, в которой цилиндры (или, по крайней мере, их гильзы) были отлиты по отдельности, а внешняя водяная рубашка была применена позже из меди или стального листа. Эта сложная конструкция была дорогой, но легкой, поэтому широко использовалась только для самолетов.

Двигатели V остались с отдельной отливкой блока для каждой банки . Сложные воздуховоды, необходимые для впускных коллекторов между берегами, были слишком сложны, чтобы их можно было лить иначе. Для экономии некоторые двигатели, такие как V12 Pierce-Arrow , были спроектированы с использованием идентичных литых деталей для каждого берега, левого и правого. Некоторые редкие двигатели, такие как узкоугольный V12 Lancia 22½ ° 1919 года, действительно использовали цельноблочное литье для обоих берегов.

Современные цилиндры, за исключением двигателей с воздушным охлаждением и некоторых V-образных двигателей , теперь повсеместно отливаются как единый блок цилиндров, а современные головки почти всегда представляют собой отдельные компоненты.

Викискладе есть медиафайлы по теме немоноблочного блока цилиндров .

Викискладе есть медиафайлы по теме моноблочного блока цилиндров .

Картер

Rover V8 двигатель с обоих блоков и картере образуется гуртом

По мере того, как литье улучшалось, и блоки цилиндров стали моноблоками, также стало возможным отливать цилиндры и картер как одно целое. Основной причиной этого было повышение жесткости конструкции двигателя, снижение вибрации и обеспечение более высоких скоростей.

Большинство двигателей, за исключением некоторых V-образных двигателей, теперь представляют собой моноблок из картера и блока цилиндров.

Викискладе есть медиафайлы по теме моноблочного картера .

Современные двигатели - комбинированный блок, головка и картер

Малотоннажный потребительского класс Honda GC -семейства небольшие двигатели используют дизайн моноблока , где головка блока цилиндров, блок, и половину картера двигателя один и то же литье, названный «UNIBLOCK» Хонда. Одной из причин этого, помимо стоимости, является общая меньшая высота двигателя. Поскольку конструкция OHC имеет воздушное охлаждение , это возможно благодаря современным технологиям литья алюминия и отсутствию сложных полых пространств для жидкостного охлаждения. Клапаны расположены вертикально, что позволяет производить сборку в этом ограниченном пространстве. С другой стороны, выполнение основного ремонта становится настолько трудоемким, что двигатель можно считать одноразовым. Коммерческая грузоподъёмности Honda GX -family двигатели (и их много популярных стук-офф ) имеют более традиционную конструкцию одного картера и цилиндра литья, с отдельной головкой блока цилиндров.

Honda производит много других моноблоков, головной блок-картер под разными названиями, например, серия GXV. Все они могут быть идентифицированы снаружи по прокладке, которая разделяет картер пополам под углом примерно 45 °.

Рекомендации