CILINDRUL SI BLOCUL MOTOR. ANALIZA FUNCTIONALA, PARTICULARITATI CONSTRUCTIVE, MATERIALE.

CILINDRUL

1.1. Rolul functional

Cilindrul este organul in interiorul caruia se deplaseaza pistonul si evolueaza fluidul motor. De regula se confectioneaza sub forma unei bucse metalice, fiind numit si camasa de cilindru.

1.2. Constructia cilindrului

Dupa modul de asamblare cu blocul motor, se disting trei solutii constructive:

a)     camasa de cilindru integrala;

b)     camasa de cilindru uscata;

c)     camasa de cilindru umeda

Camasa de cilindru integrala se utilizeaza foarte rar, in special la M.A.S., ea facand corp comun cu blocul cilindrilor (blocul motor). Camasile demontabile (uscate sau umede) sunt foarte des utilizate, datorita urmatoarelor avantaje:

a)     posibilitatea realizarii camasii dintr-un material de calitate superioara;

b)     simplificarea turnarii blocului motor;

c)     mentinerea in serviciu a blocului motor si in cazul uzarii sau defectarii unui singur cilindru;

d)     reducerea tensiunilor termice ale cilindrului, dilatarea lui axiala nefiind ingradita;

e)     inlocuirea usoara a cilindrilor uzati.

Camasile demontabile sunt uscate (fig.2.38.b) atunci cand se monteaza cu strangere sau cu joc foarte mic (pentru preluarea dilatarilor termice) in locasul din bloc. Ele nu vin in contact direct cu fluidul de racire. Atunci cand la exteriorul camasii demontabile circula fluidul de racire, ele se numesc umede (fig. 2.38.a).

Desi camasile uscate maresc rigiditatea blocului motor, la motoarele navale cea mai folosita solutie este aceea a camasilor umede, care asigura un mai bun transfer de caldura si o simplificare a tehnologiei de executie.

In cazul camasilor de cilindru umede, este caracteristic faptul ca pe langa necesitatea de a rezista la presiunea fluidului motor, ele trebuie sa asigure si etanseitatea fluidului de racire in partile superioara si inferioara. In mod uzual, in partea superioara, in blocul motor se prevede un locas inelar in care se sprijina flansa camasii de cilindru (fig. 2.38 si 2.39.a). Pentru a usura transferul de caldura de la segmenti la fluidul de racire, este necesar ca, in pmi, segmentul de foc sa nu depaseasca zona cilindrului care este udata la exterior de lichidul de racire (fig. 2.39.a). Acest lucru este realizat prin limitarea inaltimii flansei de sprijin a camasii de cilindru. Cand aceasta solutie nu este posibila, flansa de reazem a camasii de cilindru poate fi amplasata in partea inferioara (fig. 2.39.b) sau intr-o zona mediana a camasii (fig. 2.39.c). Aceste solutii determina insa cresterea grosimii camasii de cilindru si, implicit, un mai slab transfer de caldura.

Pentru zona opusa flansei de sprijin a camasii de cilindru (situata, de obicei, in zona inferioara), etansarea se realizeaza cu inele de cauciuc montate in canale executate fie in camasa (fig. 2.40.a), fie in bloc (fig. 2.40.b).

Pentru evitarea coroziunii de interstitiu, se executa un canal intre inele (fig. 2.40.a), care colecteaza scaparile de lichid si le evacueaza spre exteriorul blocului. De asemenea, pentru evitarea uzarii prin cavitatie, la inceputul zonei de etansare se monteaza un al treilea inel de cauciuc (fig. 2.40.a). Pentru marirea suprafetei de contact cu lichidul de racire, unele camasi sunt prevazute in exterior cu o serie de nervuri (fig. 2.38.a).

Motoarele in doi timpi au camasi cu o constructie aparte (fig. 2.41), care necesita o tehnologie de fabricatie mai complexa datorita deschizaturilor practicate in acestea pentru ferestrele de admisie si evacuare. In zona ferestrelor trebuie asigurata o foarte buna etanseitate intre bloc si camasa.

La aceste motoare, alimentate cu combustibil greu, ungerea cilindrilor se realizeaza cu ajutorul unui subsistem destinat acestui scop, folosind pompe individuale de ungere. Uleiul este introdus intre suprafetele pistonului si a cilindrului prin intermediul unor prize (canale) de ungere (fig. 2.41), prevazute cu ventile de retinere. Numarul acestora depinde de alezaj: la motoarele cu diametrul cilindrului mai redus pot fi trei prize, iar la cele cu alezajul peste 700 mm se folosesc intre patru si opt prize de ungere.

Solicitarile cilindrului

Deformarea cilindrului compromite etansarea camerei de ardere si durabilitatea mecanismului motor. Cilindrul se deformeaza static, sub actiunea fortelor de prestrangere la montaj si a fluxului termic, precum si dinamic, sub actiunea presiunii gazelor, fortei normale si a impactului cu pistonul.

Uzura oglinzii (suprafata interioara) cilindrului constituie una dintre principalele cauze care limiteaza durata de functionare a motorului. Exista trei mari categorii de uzura:

a)     uzura corosiva - rezultat al contactului dintre metal si produsii agresivi care se formeaza in procesul de ardere (acizii acetic, sulfuric si azotic, formaldehidele, vaporii de apa etc.) si care se condenseaza pe oglinda cilindrului. Ea este maxima in partea superioara (dinspre pmi) a cilindrului. Temperatura camasii are un rol hotarator in aceasta directie: cand ea coboara sub punctul de roua (temperatura minima la care o substanta se mai afla in stare de vapori), produsele corosive condenseaza pe camasa;

b)     uzura abraziva - produsa de particulele dure prezente in atmosfera (particule de cuart), in ulei (aschii metalice, particule de calamina, cuart etc.) si in combustibil;

c)     uzura adeziva - consecinta a contactului direct dintre piston, segmenti si cilindru, contact posibil in special in punctele moarte, cand ungerea hidrodinamica este compromisa.

Factorii care influenteaza uzura cilindrului sunt urmatorii:

a)     regimul de functionare al motorului;

b)     presiunea exercitata de segmenti;

c)     regimul de ungere a cilindrului;

d)     gradul de impurificare a aerului, uleiului si combustibilului;

e)     natura, viscozitatea si stabilitatea uleiului;

f)      compozitia chimica si fractionata a combustibilului;

g)     natura materialului cilindrului;

h)     tehnologia de finisare a cilindrului;

i)      particularitatile constructive ale cilindrului;

j)      deformatia cilindrului produsa la montaj;

k)     racirea cilindrului - importanta conditiilor de pornire.

Materialele de fabricatie

Materialul camasii de cilindru trebuie sa asigure rezistenta necesara la solicitarile dinamice si statice si, mai ales, la uzura, tinand seama de functionarea in conditii de frecare deosebit de nefavorabile.

Materialul cel mai des folosit este fonta de calitate superioara si fonta cenusie aliata cu Cr, Ni, Mo, Ti, Va, care-i maresc rezistenta la uzura. Mai restrans, sunt utilizate si aliajele de aluminiu, care desi sunt mai usoare si au o conductibilitate termica mai mare, au o rezistenta mecanica si la coroziune nesatisfacatoare. La unele motoare, cu parametri functionali deosebiti, se folosesc si camasi din oteluri cu Cr, oteluri nitrurabile si oteluri grafitate.

Procesul de realizare a camasilor de cilindru este turnarea (de regula, centrifugala), urmata de honuire, nitrurare sau fosfatare.

Aliajele usoare se cromeaza sau se metalizeaza, ceea ce duce atat la cresterea duritatii, cat si la imbunatatirea ungerii.

BLOCUL MOTOR

2.1. Rolul functional

Blocul motor constituie elementul structural al motorului, determinand constructia generala a acestuia. Contine camasa cilindrului si spatiile de racire, pe el fiind montata chiulasa. Blocul motor poate sustine in lagarele sale arborele cotit si arborele cu came, iar la exterior este prevazut cu bosaje pentru prinderea unor agregate auxiliare: filtre, pompe, racitoare etc. In mod frecvent, mai este numit si blocul cilindrilor.

2.2. Constructia blocului motor

Blocul motor, denumit frecvent si blocul cilindrilor, contine in interiorul sau camasile de cilindru. La motoarele rapide si semirapide, blocul motor contine, de regula, toti cilindrii motorului (la motoarele in linie) sau toti cilindrii unei linii (la motoarele in V, in H, in W, in stea etc.). In cazul motoarelor lente, de puteri mari, blocul motor este individual, continand o singura camasa de cilindru. Se mai utilizeaza si solutia intermediara a blocului motor pentru un grup de cilindri.

In general, blocul motor (fig. 2.42) este compus dintr-o placa superioara 1 pe care se aseaza chiulasa si o placa inferioara 2, prin intermediul careia blocul motor se aseaza pe carter (batiu). Aceste placi sunt legate prin intermediul unor pereti transversali si longitudinali 3, in care sunt practicate spatiile 4, necesare vehicularii fluidului de racire. De asemenea, in bloc pot fi prevazute canalele 5 pentru tijele impingatoare, iar pe bloc pot fi amplasate bosajele 6 pentru prinderea unor agregate auxiliare.

Blocurile motoare cu cilindri nedemontabili au o constructie mai complicata, ceea ce conduce la aparitia tensiunilor interne dupa turnare, datorita vitezelor diferite de racire a peretilor interiori si exteriori. De asemenea, in timpul functionarii apar tensiuni termice, datorita gradientului de temperatura axial si radial. De aceea, astfel de blocuri se utilizeaza numai la motoarele de alezaj mic (sub 120-140 mm). Utilizarea camasilor de cilindru de tip uscat mareste rigiditatea blocului, dar si in acest caz gradientii de temperatura sunt ridicati.

Compactitatea blocului motor in plan longitudinal este determinata de distanta dintre cilindri, care depinde la randul ei, de :

a)     prezenta sau absenta lagarului palier intre doi cilindri;

b)     lungimea fusului maneton;

c)     tipul lagarului (cu alunecare sau rostogolire);

d)     tipul camasii de cilindri (uscata sau umeda);

e)     marimea spatiilor de racire.

La motoarele in doi timpi etansarea spatiilor de racire in zona ferestrelor se realizeaza cu inele de cupru spre gaze, urmate de unul sau doua inele de cauciuc.

In spatiile de racire se prevad locasuri pentru placute de zinc in vederea protejarii lor la electrocoroziune.

Solicitarile blocului motor

Blocul motor este supus la solicitari variabile, determinate de fortele de presiune, fortele de inertie si momentele lor, precum si la solicitari statice, care apar la montaj, prin strangere si, in timpul functionarii, prin dilatare. Ca atare, blocul motor necesita conditii corespunzatoare de rigiditate si stabilitate dimensionala.

Materialele de fabricatie

Materialele din care se executa blocul motor sunt fonta de calitate sau usor aliata si aliajele usoare pe baza de aluminiu (pentru motoare de puteri mici). Cand blocul motor este prevazut cu camasi de cilindru, se utilizeaza o fonta cenusie mai ieftina.

Semifabricatele se executa in exclusivitate prin turnare, urmata de curatire, sablare, ajustare si, in cazul blocurilor de fonta, de un tratament termic de recoacere, pentru detensionare.