Hvilke hovedpakninger tilbyder holdbar tætning til motorer?

MLS-tætningspakninger: Præcisionsforsegling til motorer med højt tryk og høj omdrejning

Flerslags stålkonstruktion og elastisk genopretning under termisk cyklus

Flerslags ståltoppakninger er fremstillet af flere lag rustfrit stål med specielle gummi-belægninger, som hjælper med at holde alt tæt, selv når temperaturen bliver meget høj. Det, der gør dem så effektive, er deres evne til at genoprette sig efter temperatursvingninger, som opstår i motorer, der kører med højt tryk eller blot roterer meget hurtigt over længere tid. Disse flere lag kompenserer faktisk for den naturlige bøjning, der sker i motorhoveder, hvilket forhindrer kompressionslækager og modstår det enorme tryk inde i forbrændingskammeret – nogle gange over 2500 pund per kvadrattomme. De fleste større motorbyggere kræver overfladeaftryk på omkring 50 Ra eller bedre både på cylinderhovedet og motorblokken, hvor pakningen sidder. Korrekt montering er også vigtig. At følge den rigtige stramningssekvens er afgørende, og mange fagfolk kontrollerer dette med strækningsmålere for at sikre, at ingen dele udsættes for for meget spænding, hvilket kunne ødelægge pakningens ydelse i fremtiden.

Forhøjede tætningskanter og brændrumsarmoring for cylindertæthed

De koncentriske forhøjede perler, der findes omkring cylinderborene, danner faktisk disse små mikro-tætningsarealer, som virkelig øger overfladetrykket med omkring 3 gange i forhold til hvad flade pakninger kan klare. Disse forstærkningsringe holder dybt inde i forbrændingskraften, hvor den hører hjemme, og forhindrer flammer i at sprede sig ud og forvrænge borevæggene, selv når motorer kører med over 100 psi boost. Ifølge nogle alvorlige beregninger baseret på finite element-analyser reducerer disse små pukkel termisk spænding i nærliggende hovedbolte med cirka 18 procent, hvilket betyder bedre klemhold over tid. De fleste erfarne mekanikere vil fortælle enhver, der vil høre det, at man ikke skal blande MLS-konstruktioner med ekstra o-ringe, for hvis rillerne ikke er perfekt justeret, så gæt hvad der sker? Der opstår utætheder lige præcis der. For turbo- eller supercharger-opstillinger specifikt gør denne indbyggede forstærkning en afgørende forskel. Tætningen i cylinderen forbliver stabil gennem hundredvis af termiske cyklusser under reelle dynamometer-test, hvilket beviser dens værdi langt ud over teori.

Kobber tætningspakninger: Maksimal styrke til ekstreme hestekraftapplikationer

Trækstyrke og krybfasthed ved vedvarende høje forbrændingstemperaturer

Kobber holder sig virkelig godt, når temperaturen stiger kraftigt, hvilket er grunden til, at det er så velegnet til motorer, der overstiger 1.500 hk. Metallet har en imponerende brudstyrke på omkring 210 MPa, selv ved 500 grader Celsius, hvilket betyder, at det kan klare de pludselige trykstigninger inde i cylinderne uden at svigte. Desuden deformeres kobber ikke lige så meget over tid ved konstant høj temperatur på grund af dets naturlige modstand mod krybdeformation. Sammensatte pakninger har tendens til at bryde ned, når de udsættes for forbrændings-syrer, men kobber holder fast over for disse aggressive kemikalier, hvilket gør det ideelt til racemotorer, der brænder metanol- eller nitromethanblandinger. Når ingeniører udfører termiske cyklustests, finder de ud af, at kobber-cylinderhovedpakninger bevarer deres form langt bedre end polymerrygte. Efter 200 timer ved glødende 1.000 grader Celsius viser kobberpakninger kun omkring 32 % variation i tykkelse i forhold til deres plastikmodstykker, hvilket betyder, at de tætter korrekt i længere tid mellem motorrevisioner.

O-ring og wire ring forstærkning for at mindske cylinderdeformation

Modtagerfurer, der er præcist fremstillet, arbejder sammen med rustfrie ståltråsrings for at reducere cylinderborens fleksion, når belastningen bliver ekstrem i højspændte situationer. Når de spændes under momentproceduren, stikker tråden ca. en kvart af sin egen diameter ud og komprimeres ind i en modtagerfure, som faktisk er 150 % bredere end tråden selv. Dette skaber tryk på siderne, der hjælper med at modvirke de kraftige brændingskræfter. For at dette forstærkningssystem fungerer korrekt, skal overfladerne være ekstremt glatte (Ra skal være under 10 mikrotommer), og der skal foretages kontrol efter bearbejdningen for at sikre, at der ikke lækker kølemiddel eller olie igennem. Kobberr har dog ét ulempe, når det gælder tætning af væsker. Derfor undgår mange dragmotorer helt at have kølekanaler, da kobber er så effektivt til at holde gasser lukket inde, hvor de hører hjemme.

Sammenligning af tætningsdæksels holdbarhed: Reelle ydeevnedata

resultater fra 500-timers dynamometer-test: MLS mod kobber tætningens holdbarhed på tværs af 30–1.500 HK

Efter at have kørt hovedpakningsmaterialer igennem 500 timer på dynamometeret, begynder vi at se, hvor de virkelig viser deres grænser. For motorer under 500 hk holder både MLS- og kobberpakninger sig rimeligt godt, hvor næsten alle overlever testene med omkring 98 %. Når det bliver alvor mellem 500 og 1.000 HK, trækker MLS dog tydeligt foran. Disse flerlags stålpakninger fungerede korrekt i 89 % af tilfældene, mens kobberpakninger begyndte at svigte meget hurtigere ved kun 72 %, primært fordi varmen får dem til at blive bløde (som noteret i SAE Materials Journal sidste år). Når man går forbi 1.000 HK, bliver det interessant. MLS formår at forblive intakt i omkring 76 % af situationerne takket være sin evne til at genoprette sig efter belastning, men kobber kan simpelthen ikke klare det længere. De fleste kobberprøver svigtede fuldstændigt allerede efter 320 timers test, med fejl i 83 % af disse forsøg. Set i lyset af disse tal er det tydeligt, hvorfor de fleste værksteder anbefaler MLS, når der arbejdes med kraftige motoropbygninger, der udsættes for temperatursvingninger på over 200 grader Celsius under drift.

Fejlmodesanalyse i turboforsynede LS- og RB26-motorer (SAE og Cometic-benchmarks)

Undersøgelse af 120 turbocharged motorer, der er brudt sammen, afslører nogle interessante svagheder, der er specifikke for forskellige materialer. Kobber cylinderhovedpakninger har typisk fejl på grund af kompressionsdeformation, hvilket udgør omkring to tredjedele af alle fejl ved kobberpakninger. Vi ser også erosion af ildringe i LS-motorer, når de yder over 800 hestekræfter. For MLS-pakninger ser situationen anderledes ud. De fleste fejl skyldes mikro-bevægelsesslid, cirka 41 procent af tilfældene, samt problemer med forbrændingsgaslækage, især almindelige i RB26-opstillingen. Det, der dog virkelig betyder noget, er overfladens glathed. Motorer, hvor Ra-værdien forbliver under 20 mikrometer, holder cirka 37 procent længere, uanset hvilket materiale der er anvendt. Og lad os heller ikke glemme planhed af blokoverfladen. At holde variationen inden for 0,003 tommer gør en stor forskel. I kombination med korrekt momentsekvens forklarer disse faktorer omkring halvdelen af, hvorfor nogle cylinderhovedpakninger holder meget længere end andre under krævende driftsforhold.

Afgørende installationsfaktorer, der bestemmer kikslejets levetid

Overfladebehandling, momentfastholdelse og kompatibilitet mellem hoved- og blokmateriale

At få overfladerne helt rigtige er absolut afgørende, hvis vi vil have vores hovedpakninger til at vare. De fleste motorbyggere sigter mod en overflade på ca. 30 til 60 Ra både på blokken og cylinderhovedet der, hvor de mødes. For ru overflade skaber varmepunkter, der kan ødelægge alt, men hvis den er for glat, vil pakningen heller ikke holde ordentligt. Glem heller ikke momentbeholdning. Følg producentens anvisninger nøje ved spænding af skruerne, især når der bruges moderne moment-til-brud-fastelementer. Et kvalitetsmomentvinkelmåler gør en stor forskel her. Aluminiumshoveder udvider sig meget hurtigere end jernblokke, når temperaturen stiger, så vi har brug for specielle pakninger, der er designet til at håndtere denne forskel i udvidelse. Blanding af forskellige metaller fører til korrosionsproblemer, hvilket bliver særlig problematisk i methanolmotorer på grund af pH-forholdene. Før installationen tjekkes linernes udstikkende mål grundigt. Allerede små forskelle mellem 0,003 og 0,006 tommer vil føre til tidlige fejl i omkring fire ud af fem dieselanlæg ifølge nyere undersøgelser. Husk disse grundlæggende principper: forberedelse af overflader, ensartet kraft fra kløerne og matchede udvidelseshastigheder – det er netop dette, der adskiller vellykkede konstruktioner fra katastrofale fejl under belastning.

Ofte stillede spørgsmål

Hvad er MLS-cylinderhovedpakninger lavet af?

MLS-cylinderhovedpakninger er lavet af flere lag rustfrit stål og er belagt med speciel gummi for at sikre effektiv tætning, selv ved høje temperaturer.

Hvad er fordelene ved kobber-cylinderhovedpakninger?

Kobber-cylinderhovedpakninger har høj brudstyrke og krybefasthed, hvilket gør dem velegnede til motorer, der overstiger 1.500 hk og udsættes for ekstreme forbrændingstemperaturer.

Hvordan påvirker overfladeafgødning cylinderhovedpakningers levetid?

En korrekt overfladeafgødning hjælper pakningen med at gribe ordentligt. Motorbyggere søger typisk efter en overfladekvalitet mellem 30 og 60 Ra for at opnå balance mellem greb og undgå varmepunkter.

Hvorfor fejler kobber-cylinderhovedpakninger i motorer med høj belastning?

Kobber-cylinderhovedpakninger fejler ofte på grund af kompressionsnedbøjningsproblemer og blødgøring ved høj varme, hvilket fører til højere fejlrate sammenlignet med MLS-pakninger i hårdt belastede miljøer.