Які головки блоків циліндрів забезпечують довговічне ущільнення для двигунів?

Прокладки головки MLS: точне ущільнення для двигунів з високим тиском і високими обертовими частотами

Багатошарова стальна конструкція та пружне відновлення під час термічного циклювання

Багатошарові сталеві прокладки головки блоку циліндрів виготовлені з кількох шарів нержавіючої сталі із спеціальним гумовим покриттям, яке допомагає забезпечити герметичність навіть за високих температур. Їх висока ефективність пояснюється здатністю відновлювати форму після перепадів температур, що виникають у двигунах, які працюють під високим тиском або швидко обертаються протягом тривалого часу. Ці кілька шарів компенсують природне деформування головок блоку циліндрів, запобігаючи витокам стиснення та витримуючи величезний тиск всередині камери згоряння, іноді понад 2500 фунтів на квадратний дюйм. Більшість провідних виробників двигунів рекомендують мати чистоту поверхні близько 50 Ra або краще як на головці циліндрів, так і на блоці двигуна, де розташовується прокладка. Правильне встановлення теж має важливе значення. Необхідно суворо дотримуватися правильної послідовності затягування, і багато фахівців перевіряють це за допомогою індикаторів подовження, щоб переконатися, що жодна частина не отримує надмірного напруження, яке може погіршити робочі характеристики прокладки в майбутньому.

Підвищені ущільнювальні кільця та броня камери згоряння для цілісності циліндра

Концентричні підвищені кільця, розташовані навколо циліндрових гнізд, насправді утворюють крихітні мікропластини, які значно збільшують поверхневий тиск — приблизно втричі більший, ніж у плоских прокладок. Ці силові кільця практично утримують весь тиск від згоряння всередині, де йому й належить бути, запобігаючи поширенню полум'я та деформації стінок гнізд, навіть коли двигуни працюють з наддувом понад 100 psi. Згідно з серйозним аналізом методом скінченних елементів, ці невеликі виступи зменшують термічне навантаження на сусідні болти головки приблизно на 18 відсотків, що забезпечує краще затиснення з часом. Більшість досвідчених механіків наполягає, що не слід поєднувати багатошарові прокладки (MLS) з додатковими о-подібними кільцями, адже якщо канавки не ідеально вирівняні, то що станеться? У цих місцях почнуть утворюватися витоки. Саме для турбонадійних або компресорних систем ця вбудована армування має вирішальне значення. Герметизація циліндрів залишається надійною протягом сотень теплових циклів під час реальних випробувань на динамометричному стенді, що доводить її ефективність не лише на теорії.

Мідні прокладки голівки: максимальна міцність для застосування в умовах екстремальної потужності

Міцність на розрив і опір повзучості при тривалих високих температурах згоряння

Мідь дуже добре тримається, коли стає надзвичайно гаряче, саме тому її так добре використовувати в двигунах потужністю понад 1500 кінських сил. Цей метал має вражаючий показник межі міцності на розрив близько 210 МПа навіть при температурі 500 градусів Цельсія, що означає здатність витримувати раптові стрибки тиску всередині циліндрів без деформації. Крім того, мідь менше деформується з часом під постійним впливом високих температур завдяки своїй природній стійкості до повзучості. Композитні прокладки схильні до руйнування під дією кислот, що утворюються при згорянні, тоді як мідь стійка до цих агресивних хімічних речовин, що робить її ідеальною для гоночних двигунів, які працюють на метанолі або сумішах нітрометану. Під час термічних циклічних випробувань інженери виявляють, що мідні прокладки головки блоку циліндрів значно краще зберігають свою форму порівняно з полімерними аналогами. Після 200 годин перебування при спекотних 1000 градусах Цельсія мідні прокладки демонструють лише близько 32% зміни товщини порівняно з пластиковими аналогами, що означає довше збереження герметичності між капітальними ремонтами двигуна.

Підсилення ущільнювального кільця та дротового кільця для зменшення спотворення отвору

Пази приймача, які виготовлені з високою точністю, працюють разом із дротовими кільцями з нержавіючої сталі, щоб зменшити деформацію циліндрового отвору, коли навантаження стає надзвичайно високим. Під час затягування в процесі обертання дріт виступає приблизно на чверть свого діаметра та стискається в паз приймача, який насправді на 150% ширший за сам дріт. Це створює тиск по боках, який допомагає протистояти потужним силам згоряння. Щоб ця система підсилення працювала належним чином, поверхні мають бути надзвичайно гладкими (Ra має бути менше 10 мікродюймів), а також необхідно проводити перевірки після обробки, щоб переконатися, що через них не витікає охолоджувальна рідина чи масло. Мідь має один недолік у плані ущільнення рідин. Саме тому багато двигунів для драг-рейсингу взагалі не мають каналів для охолодження, адже мідь надто добре утримує гази там, де їм належить бути.

Порівняння довговічності прокладки головки блоку: дані реальних випробувань

результати випробувань на динамометричному стенді тривалістю 500 годин: багатошарова сталь (MLS) проти міді, термін служби у діапазоні потужностей від 30 до 1500 к.с.

Після того, як матеріали прокладок головки блоку циліндрів проходили випробування на динамометричному стенді протягом 500 годин, ми починаємо бачити, де вони справді досягають своїх меж. Для двигунів потужністю менше 500 к.с. багатошарові стальні (MLS) та мідні прокладки доволі добре витримують навантаження, майже всі вони виживають під час тестів — приблизно 98%. Коли ж потужність зростає від 500 до 1000 к.с., MLS-прокладки явно випереджають конкурентів. Ці багатошарові стальні прокладки продовжували правильно функціонувати у 89% випадків, тоді як мідні починали виходити з ладу значно швидше — лише в 72%, переважно через те, що під впливом високих температур мідь розм'якшується (як зазначено в журналі SAE Materials Journal минулого року). Після межі в 1000 к.с. ситуація стає особливо цікавою. MLS-прокладки залишаються цілими приблизно в 76% випадків завдяки своїй здатності відновлюватися після механічних навантажень, тоді як мідні просто не справляються з такими навантаженнями. Більшість мідних зразків повністю виходили з ладу всього за 320 годин випробувань, і відмови відбувалися в 83% таких випробувань. Аналіз цих показників чітко пояснює, чому більшість сервісів рекомендують використовувати MLS-прокладки при створенні високопотужних двигунів, які під час роботи зазнають коливань температури понад 200 градусів Цельсія.

Аналіз видів відмов у турбонадійних двигунах LS і RB26 (за стандартами SAE та Cometic)

Аналіз 120 турбонадійних двигунів, що вийшли з ладу, виявляє цікаві слабкі місця, характерні для різних матеріалів. Прокладки голівок із міді зазвичай пошкоджуються через проблеми компресійної деформації, які становлять близько двох третин усіх випадків виходу з ладу мідних прокладок. Ми також спостерігаємо ерозію вогневих кілець у двигунах LS, коли потужність перевищує 800 кінських сил. Для прокладок типу MLS ситуація інша. Більшість пошкоджень відбувається через мікрозносовий знос — приблизно в 41 відсотку випадків, а також через просочування продуктів згоряння, що особливо часто трапляється в налаштуваннях RB26. Насправді ключовим є ступінь гладкості поверхонь. Двигуни, у яких значення Ra залишається нижчим за 20 мікродюймів, служать приблизно на 37 відсотків довше, незалежно від типу використаного матеріалу. Також не варто забувати про плоскість деки. Підтримання відхилення в межах 0,003 дюйма має велике значення. У поєднанні з правильним порядком затягування болтів ці фактори пояснюють приблизно половину того, чому деякі прокладки голівок служать значно довше за інших у важких експлуатаційних умовах.

Критичні фактори встановлення, що визначають термін служби прокладки головки блоку

Обробка поверхні, утримання моменту затягування та сумісність матеріалів головки та блоку

Правильна обробка поверхонь є абсолютно необхідною, якщо ми хочемо, щоб наші прокладки головки блоку циліндрів служили довго. Більшість мотористів прагнуть до чистоти обробки поверхні близько 30–60 Ra на блоці і головці блоку циліндрів у місцях їх з'єднання. Занадто шорстка поверхня створює гарячі точки, які можуть все зіпсувати, але якщо поверхня занадто гладка, прокладка також не зможе надійно зафіксуватися. Також не забувайте про збереження моменту затягування. Суворо дотримуйтесь послідовності виробника при затягуванні болтів, особливо при використанні сучасних кріплень типу «затягування до піддаємості». Якісний динамометричний ключ із вимірюванням кута затягування тут робить значну різницю. Алюмінієві головки розширюються набагато швидше, ніж чавунні блоки, коли нагріваються, тому нам потрібні спеціальні прокладки, розраховані на компенсацію цих різних коефіцієнтів розширення. Використання різних металів призводить до корозії, що особливо загострюється в двигунах на метанолі через проблеми з рівнем pH. Перед встановленням усього перевірте специфікації виступу гільз. Навіть незначні відхилення між 0,003 і 0,006 дюйма призведуть до передчасного виходу з ладу приблизно в чотирьох із п’яти дизельних установок, згідно з останніми дослідженнями. Пам’ятайте про основи: підготовка поверхонь, постійне затискне зусилля та узгоджені коефіцієнти розширення — саме це відрізняє успішні збірки від катастрофічних відмов під навантаженням.

ЧаП

З чого виготовлені прокладки голівок блоку MLS?

Прокладки голівок блоку MLS виготовлені з кількох шарів нержавіючої сталі та покриті спеціальним гумовим складом для забезпечення ефективного ущільнення навіть при високих температурах.

Які переваги мідних прокладок голівок блоку?

Мідні прокладки голівок блоку мають високу міцність на розрив і стійкість до повзучості, що робить їх придатними для двигунів потужністю понад 1500 к.с., які піддаються екстремальним температурам згоряння.

Як впливає обробка поверхні на термін служби прокладки голівки блоку?

Якісна обробка поверхні допомагає прокладці надійно триматися. Майстри зібрання двигунів зазвичай прагнуть досягти шорсткості поверхні в діапазоні від 30 до 60 Ra, щоб забезпечити баланс між зчепленням та запобіганням перегрівним ділянкам.

Чому мідні прокладки голівок блоку виходять з ладу в умовах високого навантаження?

Мідні прокладки голівок блоку часто виходять з ладу через проблеми з компресійною деформацією та розм'якшенням при високій температурі, що призводить до більшої частоти відмов у порівнянні з прокладками MLS у умовах високого навантаження.