האבולוציה של חומרים המשמשים בהנדסת ציצית (מחזור Otto) מנועי יש לעצב מחדש את עמידותם, יעילותם, ואת צפיפות הכוח. מתכת המודרנית, הנדסה קרמיקה ומדע מורכב אפשרו רכיבים לעמוד בעומס תרמי גבוה יותר, לחצים מכניים, וסביבות קורוזיות מאשר קודמיו. התרחבות זו דלה לחידושים החומריים הספציפיים המונעים עמידות לטווח הארוך, לבחון את הביצועים בין עלות לחיים, ומגמות מתפתחות יותר.

הקרן ההיסטורית: עידן הברזל והפחמן הקיצוני

מנועי מחזור מוקדמים, מן אב הטיפוס של ניקולאוס אוטו ב-1876 עד אמצע המאה ה-20, הסתמך כמעט אך ורק על ברזל מטילים על בלוקים, ראשים, גלילי, ופיסטופס, בעוד פלדות פחמן פשוטות שימשו עבור crankshafts, המחברות מוטות, ושסתוםים.Cast הציע עמידות ללבוש מעולה, לחות, ועלויות נמוכות, אבל התנהגות תרמית נמוכה, צפיפות גבוהה, גבוהה, גבוהה, ומוגבלת ביצועים של כוח עד 20 ק"מפסת כוח, אשר היו בדרך כלל גבוהה, 000 זמן רב עוצמה גבוהה, 000 כוח.

חומרים Valve היו פגיעים במיוחד.פחמן פלדה שסתום יהיה חמצון ו warp תחת טמפרטורות שלבעירה מתמשכת מעל 600 מעלות צלזיוס. Stellite-faced שסתום (סגסוגת cobalt-chromium) הופיע בשנות ה -20 כמו שדרוג, אבל עלות וקשוח ממציין מוגבל אימוץ מטוסים ומנועי רכב יוקרתיים אלה להגדיר תקרה על חומרים בסיסיים אלה על עמידות כי לא יהיה עד המהפכה 20 עד המהפכה לא יהיה לשבור את חומרים מדעיים עד 20 עד כדי מהפכה.

המהפכה אלומיניום: משקל, העברה חמה ואדריכלות מודרנית

הצגת ⁇ אלומיניום בשנות החמישים של המאה ה-50 עבור pistons, ראשי גליל, ובסופו של דבר חוסם המנוע מסמן את הקפיצה הגדולה הראשונה של רכיב רכיב מחזור אוטו מחזורי עמידות. סגסוגת אלומיניום מודרנית (למשל, A356, 390, ו hypereutectic Al-Si כמו A390) משלבת צפיפות נמוכה (שליש של ברזל) עם מוליכות תרמית שלוש פעמים כדי להפחית את הירכיים ולהפחית את הירכיים.

אלומיניום פיסטו

pistons אלומיניום, המיוצר לעתים קרובות מסגסוגת כגון 2618 או 4032, עכשיו לשלוט ביצועים גבוהים ייצור מנועי מחזור אוטו. יכולתם לשמור על יציבות ממדית בטמפרטורות תפעול עד 350 מעלות צלזיוס, בשילוב עם גלריות קירור ממונדס בדיוק כי להפיץ שמן דרך כתר piston, הרחיב את החיים פיסטון מ -100,000 קילומטרים בעיצובים ישנים יותר קסטיים ליותר מ £ 000 ב מצופה מצופה חיכוך מצופה מצופה מצופה מצופה מצופה מצופה מצופה מצופה מצופה מצופה מצופה מצופה מצופה גרף או גרף גרף גרף גרף גרף גרף גרף גרף גרף גרף גרף גרף גרף גרף גרף גרף גרף גרף גרף גרף גרף מצופה יותר גרף גרף גרף מצופה יותר מצופה גרף גרף ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

אלומיניום Cylinder Liners ו-Cotings

בעוד קוינדר קיצי ברזל נשאר נפוץ בלוקים אלומיניום, ציפויים מתקדמים כגון ניקל-סילי (ניקל-סילייקון carbide אלקטרודה) וציפוי חוט עובר פלזמה (PTWA) אפשרו לאלומיניום ישיר על-on-aluminum מגע, ביטול הצורך בדלקים נפרדים.ניקסל, שפותחו עבור מנועי ריקרקארי, מספק התנגדות יוצאת דופן והגנה על שרוולים, המאפשרים מוקדם כמו מנועים מ-מסטרים עם דלקים מוקדמים, עם מיכלים.

Alloys: Valves, Seats, ו- Turbochargers

Superalloys מבוסס ניקל הפכו להיות העורקים של רכיבי מחזור אוטו החמים ביותר - שסתום ממצה, מושבי שסתום, וגלגלי טורבינות טורבינות טורבינות טורבינות טורבינות טורבן טורבן טורבן טורבן טורבינות טורבינות טורבינות טורבינות טורבן.

Inconel ו Nimonic Alloys

Inconel 751 ו Nimonic 80A משמשים בדרך כלל לשסתום exhaust בביצועים גבוהים ומנועי טורבו מודרניים. ⁇ אלה מכילים כרום, cobalt, ותוספות טיטניום כי לקדם גלמה יציבה בשלב טרום-פרימימה-פרימימין, מתן התנגדות רפלקטיבית והגנה על חמצון.

Ceramic ו Cermet Valve Seats

הוספת מושב Valve עשויים מסגסוגת מבוססת אבקה-מתכתית או cermets (רכיבים ceramic-metal) כגון Stellite 12 או Tribaloy T-700 מתנגדים לגליעה וללבוש בטמפרטורות גבוהות. induction-Harded או לייזר מובלעים מושבים בראשי אלומיניום לשפר עוד יותר עמידות על ידי שמירה על ממשק חזק ויציב המונע שסתום - מיתון משותף במנועי דלק ממריצים מוקדמים.

חומרי טעינה טורבו

גלגל טורבו טורבינות במנועי מחזור ייצור המוני עכשיו להשתמש Inconel 713C או Mar-M 247 (סופרווי מבוסס ניקל עם Hafnium ו-Tytalum עבור התנגדות חמצון משופרת) סדרת Garrett GTX משתמשת Mar-M 247 כדי לשרוד את טורבינות בטמפרטורות עד 1050 עד 1050 מעלות צלזיוס, המאפשר להגביר את הלחץ מעל 30 psigate.

חידושים לא-מיטליים: פולימרים, Ceramics ו Composites

בעוד מתכות שולטות בתא הבעירה, חומרי פולימרים וקרמיקה חתפו נישות חשובות בצריכה, קירור ומערכות נושאות.

Polymer Composite Intake Manifolds

ניילון 6/6 התחזק עם 30-40% סיבים זכוכית (למשל, BASF Ultramid) החליף במידה רבה את האלומיניום של צריכת פיפי מאניפלים. משטחים הפנימיים החלקיים של פולימר להפחית את עמידות זרימת הדם, בעוד שקליטת החום הנמוכה שלו מפחיתה את חימום האוויר, שיפור יעילות נפח של 40-60 אחוזים לעומת אלומיניום לתרום להורדת דאגה הכוללת ולארטיה, שיפור עמידות עקיפה על ידי עומסי לחץ אווירי אלכוהול מוגברים.

Ceramic Coatings and Monolithic Components

ציפויי מחסום תרמי (TBCs) של ytria-stabilized zirconia (YSZ) או mullite מוחלים על כתרים piston, cylinder ראש סיפון אש, ו קירות נמל exhaust. על ידי צמצום העברת חום למקרר, TBCs להעלות טמפרטורות גז הדבקה, שיפור יעילות תרמית, תוך הגנה על מתכת הבסיסית מפני רכיבה תרמית על אופניים נמוכה (NRMSide) על קרמיקה גבוהה על ידי קרמיקה (NCR) על קרמיקה גבוהה קרמיקה (אונקרטיבית) על קרמיקה (אונקרטיבית) על ידי קרמיקה גבוהה קרמיקה (NL) על ידי קרמיקה גבוהה קרמיקה) על ידי קרמיקה (אונקרטיבית) על ידי קרמיקה גבוהה קרמיקה) על ידי קרמיקה (אונקרטיבית נמוכה קרמיקה) על ידי קרמיקה) על ידי קרמיקה (NRMNRMNRMD) על קרמיקה) על ידי קרמיקה גבוהה קרמיקה גבוהה קרמיקה (אונקרטיבית נמוכה קרמיקה) על ידי קרמיקה גבוהה קרמיקה (אונקטורפתר) על ידי קרמיקה) על ידי קרמיקה גבוהה קרמיקה) על ידי קרמיקה) על ידי קרמיקה (או קרמיקה

טיפול פנים וכיסוי: חיים משותפים ללא שינוי החומרי

הנדסה מתקדמת פני השטח אפשרה מתכות בסיס (לעתים קרובות זול יותר פלדה או אלומיניום) כדי להשיג עמידות דומה ⁇ אקזוטיים.

  • (FLT:0) ציפוי פחמן דמוי-יהלומים (DLC):FLT:1 Applied to piston pins, Tappets, ו מחטים של דלק.DLC מציע סטרטג חיכוך נמוך (0.05-0.15) וקשידות קיצונית (עד 70a), צמצום נפיחות ולבוש במגעים עם גבולות במערכות לחץ גבוה, יש יותר מ -100,000 ק"מ לציפוי מים.
  • (FLT:0) ניטריינג ומניפסט: ראטפל 1: טיפולים קשים ל crankshafts, סומפטים, ו-Siled. Gas nitriding של 4140 פלדה crankshaft מייצרת משטח קשה, בעל חזה לביש ( ⁇ 62 HRC) תוך שמירה על ליבה קשה, התנגדות לעייפות ועייפת כתב העת.
  • (FLT:0)Plasma-sprayed ציפויים: ⁇ FLT:1 ⁇ Chromium oxide oxide oxide ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

המונחים: mitific Durability

פיסטונז: מ-Cast Iron to Forged אלומיניום עם ערוצים מגניבים

קוצרים מודרניים אינם פשוט ליהיטות. Forged אלומיניום pistons עם ערכות טבעת פלדה (כדי להתנגד טבעת גרבוב ללבוש) וגלריות קירור סיצי הפכו סטנדרטיים במנועי מכווצים.גלריית הקירור, ניזונים על ידי מטוסי שמן, להפחית את טמפרטורת פיסטון על ידי עד 150 מעלות צלזיוס. הפחתה זו מאפשרת שימוש של סיבית קרוב יותר, על ידי פחות מפולת שמן, 000 ק"מ, 000 ק"מ, 000 ק"מ, 000 ק"מ, 000 ק"מ, 000 ק"מ, 000 רגיל, 000 ק"מ, 000 ק"מ, 000 ק"מ, 000 ק"מ, 000 ק"מ, 000 ק"מ, 000 ק"מ, 000 ק"מ, ירידה טמפרטורה נמוכה יותר, 000 ק"מ, 000 ק"מ, 000 ק"מ, 000 ק"מ, 000.

תגיות קשורות Rods:אבק מתכת לעומת Forged Steel

חיבור מוטות במנועי מחזור ייצור המוניות של אוטו עברה מפלדה מזויפת למתכת (PM) המקשרות מוטות ראש הממשלה, המיוצרים על ידי קומפקטיות וחיטוי אבקות פחמן, מאפשרות ייצור נטו-שאפ עם דיוק ממדי גבוה (±0.05 מ"מ) עיצוב השביר שלהם (קמטם) מבטיח מהירויות מושלמות ומבטלת עומסים של רקטות שהיא מציגה מעל ל- 650 ק"מ"מ, 000 ק"מ, 000 ק"מ, 000, 000, 000, 000 מ"מ, 000 מ"מ, 000 מ"מ, 000 מקלות, 000, 000 מ"מ, 000 מ"מ, 000 מ"מ, 000 מקלות (מ) לא ניתן למנוע מ"מ) מ"מ, 000 ק"מ, 000 קפסולת מתכת, 000 מקלות (מ) מ"מ) מאשר מנועים, 000 מקלות מ"מ) ממתכת.

Crankshafts: Microalloyed Steel ו-Induction Harding

crankshafts מודרני בדרך כלל מזויפים מ פלדות microalloyed (למשל, 38MnSiVS5) כי להשיג כוח גבוה באמצעות קירור מבוקר לאחר זיוף, חיסול הצורך בטיפולים quench ומזג. Nitrocarburized או induction-Hard משטחים לספק עמידות ללבוש.השימוש של משקולות נגד ממוחשבת ומילוי של גלגולים אפשרו לריכוז כפול של מעל 150 סריקות cshastrifed.

תגיות: Trimetal ו- Polymer Overlays

נושאי מנוע התפתחו מ-עופרת פשוטה-bronze ועד בנייה מורכבת של טרימטאל עם גיבוי פלדה, נחושת-lead או אלומיניום-tin interlayer, ו overlay פולימר דק (למשל, פולימיד-imide עם PTFE) הפולימר מספק יכולת התאמה של חומרים פירים ומטמים, בעוד שכבת אלומיניום-tin מציעה עייפות, כמו גם שיפור חומרים דומים, תוך כדי מתן חומרים עמידים, תוך כדי שיפור של אלומיניום, תוך כדי שיפור עצמי, תוך כדי שיפור של חומרים דומים, תוך כדי מתן מענה, תוך כדי שיפור חומרים סביבתיים מופחתים, תוך כדי שיפור של חומרים דומים, תוך כדי מתן מענה, תוך כדי מתן מענה, תוך כדי מתן חומרים עמידת, תוך כדי שיפור באלומיניום, תוך כדי שיפור בצריכת דלק שלילי, תוך כדי שיפור של צריכת חומרים דומים, תוך כדי שיפור של חומרים סביבתיים מופחתת, תוך כדי שיפור של צריכת חומרים סביבתיים מופחתת, תוך כדי שיפור יעיל יותר, תוך כדי שיפור של חומרים דומים, תוך כדי מתן מענה, תוך כדי שיפור באלומיניום, תוך כדי שיפור יעיל יותר, תוך כדי שיפור של חומרים עמידת, תוך כדי מתן מענה, תוך כדי שיפור של צריכת חומרים דומים, תוך כדי מתן מענה על ידי צריכת חומרים דומים, תוך כדי מתן מענה על ידי צריכת חומרים עמידת, תוך

יתרונות: יכולת, יעילות וכוח

ההשפעה המצטברת של ההתקדמות החומרית הזו היא דרמטית.מנועי מחזור אוטו מודרניים להשיג באופן שגרתי 250,000 עד 300,000 קילומטרים לפני הדורש התערבות גדולה, בהשוואה ל-80,000-100,000 קילומטרים עבור מנועי משנות ה-70. צפיפות הכוח גדלה מ-30 hp/liter ליותר מ -100 hp/liter ב- 18.5 ליטרים של מנועים מסגסוגת מבוזרת- דחיסות גבוהה יותר, בעוד צריכת דלק מסוימת צנחה בכ-30% מהרווח הזה, החל מציפוי חום מתקדמים, לעומת הציפוי חום וצפופים, באופן טבעי, שיפור ב- 13 עד ל- 1 עד ל- 1 עד ל- 1–7 ליטרים מתקדמים, בהשוואה ל-4%, בהשוואה ל-4%, בהשוואה ל-4% יותר, בהשוואה ל- 1.5%, בהשוואה ל- 1, בהשוואה ל- 1, בהשוואה ל- 7.

אתגרים: עלויות, ייצור, ומחזור

למרות רווחים אלה, חומרים מודרניים להטיל מגבלות חדשות.על מבוסס ניקל יכול לעלות פי עשרה יותר לקילוגרם מאשר פלדה פחמן, ואת המיומנות שלהם הוא עני - ללבוש הוא גבוה, ונוזלים מיוחדים נדרשים.אבק המקשר מוטות מתכת, בעוד מדויק, דורש עיתונות ייעודית וחטאים של פרנספורט, עלייה בהוצאות הון.

אתגר נוסף הוא תאימות כימית.סומים מלאים של סונומה, אם הם פרצו, יכול לגרום קורוזיה קטסטרופלית של מדריך השסתום. Ethanol-blended דלקs יכול להאיץ את קורוזיה של רכיבים אלומיניום אם הסגסוגת אינה מתאימה.התעשייה ממשיכה לעבוד על מפרטים סגסוגת סטנדרטית ציפוי הגנה כדי להקטין את הבעיות האלה.

כיוונים עתידיים: ייצור אדקטיבית, ננו-חומרים, וקיימות

במבט קדימה, שלוש מגמות מבטיחות לדחוף קדימה את הגבולות של עמידות רכיב אוטו מחזור.

ייצור תוספת (3D הדפסה)

אבקת לייזר היתוך של superalloys מבוסס ניקל כגון Inconel 718 כבר משמש לייצר ערוצי קירור פנימיים מורכבים בדיור טורבוטענים ו pistons. ייצור Additive מאפשר מעברים קירור קונפורקטיים כי להפחית ⁇ תרמיים על ידי 30- 50%, פוטנציאל להכפיל את חיי העייפות התרמית של פיסטון וראשי cylinder.

ננו-חומרים ו-Nanostructured Coatings

ננוקריסטלליין מתכות, כגון ננוקריסטלליין ניקל-קובקט ⁇ , מציעים נקודות תשואות מעל 2 GPa - נגרמות חמש פעמים של פלדה קונבנציונלית - תוך שמירה על דוקטריות. Plasma-sprayed ננוקומביט ציפויים (למשל, Al2O3-TiO2 עם ננומטריות) יש שיפורים הראו התנגדות של 50% על פני ציפויים קונבנציונאליים.

חומרים גמישים ו-Bio-based Materials

ככל שהתקנות הסביבתיות מתדקות, החוקרים מפתחים ⁇ ירוקות עם תוכן נדיר ותרכובות פולימרים ממקורות מתחדשים (למשל, ניילון מחוספסים מחוסנים) קרמיקה ביולוגית, שמקורן במסגרות אורגניות מתכת (MOFs) נמצאים בבדיקות מוקדמות של שלבים לשחרור lubricant מבוקר.המטרה הסופית היא חומרים שעומדים או עולים על פני עמידות נוכחית, בעודם להיות גמישים לחלוטין בחיים הניתנים להגדרה.

מסקנה

חומרים מודרניים הפכו רכיבי מנוע של אוטו מ- ברזל ו-steel למערכות היברידיות מתוחכמת של ⁇ מתקדמות, קרמיקה, פולימרים, וציפוי.התוצאה היא מנוע שנמשך 2 עד שלוש פעמים יותר, מייצר יותר כוח מחבילה קטנה יותר, וצריכה פחות דלק.אתגרים של עלות, אחריות מניפולטיבית, וגמישות מתמשכת, אך המשך ייצור, ננו-חומריות חומרים גמישים, כדי לשלב את היכולות של חומרים יציבים של חומרים יציבים של חומרים, וגמישות, על פני השטח של חומרים יציבים, על פני השטח של חומרים, וכושר עמידה, על פני השטח של חומרים יציבים, וגמישות, על מנת לשלב את יכולתה של תעשיית החומרים של חומרים יציבים של חומרים.

לקריאה נוספת על בחירת חומרים עבור עמידות למנוע, מתייחס ל-FLT:0 (SAE International Technical PapersFLT:1 על סגסוגת עתירה גבוהה, FLT:2ASM HandbookFLT 3: 3 על חומרים מהונדסים, ואת FLT:4Engineers EdgeFLT:5 עיצוב עבור ניתוח עייפות.