Пенкилер Форум

Защо няма автомобилен двигател с блок на цилиндрите направен от титан?
Има от чугун и от алуминий, но няма от титан. А сега де!

Събрали сме се все умни глави тук, трябва да открием каква е причината!

Няма нужните свойства.
По ниска топлопроводимост от алуминиевите сплави - тоест затруднено охлаждане на блока .
Висока цена като себестойност.
По тежък с 60% от алуминиевите сплави .
По якост се намира между алуминиевите сплави и стоманите- тоест използването му при отговорни детайли е обосновано единствено ако има нужда от леки сплави с близка до стоманите якост като акцента е върху теглото.
За двигателни блокове идеалния материал е алуминий с втулка сив перлитен чугун.Свойствата на чугуна го правят незаменим за такива цели .
За двг титана е приложим само в биели и бутала евентуално като легираща сплав за запазване на якоста с намаляне на теглото спрямо стоманите.
Тоест - не е подходящ за цилиндрови блокове.

Турбина,  а защо  по ниската топлопроводимост да е проблем?

Проблем е когато ползваш такъв скъп материал а показателите на крайния продукт са по лоши от стандартните материали но за сметка на това по скъпи в пъти. Ако предположим че ползваме титан поради по лошата топлопроводност ще се наложи да има повече канали /по сложна отливка на блока за да циркулира повече течност и по голям дебит помпа примерно.Единствено ако търсим ниско тегло и то борбата е за всеки грам който може да се спести е оправдано такова разточителство.
Основните предимства на титана и сплавите му са по ниско тегло голяма корозионна устойчивост и якост на опън  по висока от тази на алуминиевите сплави.
Ако не са ни необходими тези качества или се постигат с малко по лоши параметри но в пъти по ниска цена няма нужда от титан за ДВГ блок.
Всъщност какво би подобрило в ДВГ използването на титан в блока ?
Ще спестим 10на кила алуминий и цената на блока  му ще стане тройна ?
Виж ако главата е от титанови сплави е съвсем друго но поради факта че и там не се ползва предполагам цената е убийствена на тоя титан.Също не съм сигурен дали титана има нужните свойства да се лее в сложни форми като глава или блок на ДВГ примерно.
За да не съм съвсем оф 10 долара за кг титан на пръти срещу 1.7 долара на алуминия.
По груби сметки цената би била 6-7 пъти по висока на ДВГ блок изработен от титан като се има предвид че най вероятно не се ползава чист титан а високо технологични сплави .

аз нямам познания да пиша за метали и още по-малко за сплави - защото никога не става въпрос само за Al, Fe, Ti ...
отделно е ясно, че не е въпрос само до характеристиките на сплавта, а и до това  колко е технологична за обработка.

но ми стана интересно малкото отклонение за топлопроводимоста.
личното ми мнение е, че ниската топлопроводимост може да е нещо  доста положително.  в процеса на всмукване  се случват едни процеси на затопляне на въздуха от стените на цлиндъра и буталото, които реално праяко зависят от топлинната проводимост и капацитет.  при ниска проводимост и капацитет има вариант да се опрости охлаждането, вместо , както казваш, да се усложни.  идеалния вариант според мен би бил ако челото на буталото и цилиндрите са покрити с материал с много ниска топлопроводимост и капацитет за да не загрява сместа - така ще се вдигне стпента на сгъстяване. мисля , че преди години Ферари във F1 ползваха някакви специални керамики за тая цел и това им позволи да намалят големината на радиаторите за охлаждане, от там да подобрят аеродинамиката.  имаха обаче и едно отпадане - защото температурата на изгорелите газове оставаше по висока и изпускателната система почти подпали болида.    после тези керамики бяха забранени. 

предполагам че в нормални коли не се ползват (така както и титана) - заради  най важното нещо за автомобилната индустрия - както американцие го наричат - Value for Money :-) .   т.е.  няма смисъл  :-)

Това за което говориш е инертност на системата.Трудно приема и лесно да отдава топлина -близък до  идеалния вариант.Практически пак опираме до теорията .ДВГ е отворена термодинамична система като постъпилата топлина/енергия  на входа е равна на напусналата системата плюс преобразуваната в кинетична енергия.
Това че има определени условия в които ДВГ работи оптимално е плод на развитие през годините и натрупване на данни за горивните процеси и управлението им.
Нищо не пречи да се подържа температура на двигателя примерно 50 градуса но не го правят .Просто това значи да се отвежда огромно количество топлина през охладителната система и по малко чрез отпадните газове от горенето.Ако се намали топлината приета от охладителната система ще отива повече в отпадните газове .Това веднага ще доведе проблеми с инертноста на системата .Влиянието/управлението  на охлаждането върху процесите в мотора ще бъде минимално и ще зависи от външни фактори .Това е предпоставка за много големи разлики в температурата на газовете влизащи и напускащи  двигателя и трудно управление на горивните процеси.Широк диапазон на температури и съответно утежнени режими на работа.Това води до нови изисквания съответно завишени към материалите на изработка.

Това което казва Топър е така и е много умно.
Искам само да уточня, че няма сама да се вдигне степента на сгъстяване, а ще се вдигне плътността на заряда и да допълня, че буталото се охлажда всъщност през цилиндъра. Тоест при цилиндър с лоша топлохроводимост, ще трябва и буталото да е с такава откъм камерата иначе ще се стопи.

Ниската топлопроводимост означава всъщност ниска проницаемост или процеса на нагряване и охлаждане ще засяга само повърхностния слой на цилиндъра от което той неминуемо ще се напука.

Затова както казва Турбината, всичко е еволюирало до днешните материали и настройки.
Ако правилно си спомням за кои ферарита става въпрос, те не бяха динствените с такива двигатели. В средата на 90-те години на 20-ти век всички във Формула-1 започнаха да качват температурния режим на двигателя за да смалят радиаторите.
Бог да го прости Ричард Груев, от него сме ги слушали тези неща тогава и наистина беше удоволствие за дремеш пред формулата и на фона на успокояващият му глас!

Между другото, сега като се замислих... По-високата температура на охладителя естествено означава по-малка разлика с температурата на охлаждаемото и по-малък топлообмен, но това е от едната страна. От другата страна температурата температурата на околната среда е константа не зависеща от процесите в ДВГ и следователно по-горещият радиатор ще отдава повече топлина при същите или дори по-малки размери нещо като win-win ситуация стига да се справиш с топлото в горивната камера.

Видяхте ли каква хубава тема от нищото!

Поздрави!

Е нали затова има "енджинери "  които мъдрят как редовия автомобил да стане по технологичен .На времето много от двигателите са били с отворен тип охладителна система ...дори без помпа.Разчитало се е на термична конвекция на флуида и голям радиатор.
Взели са соломоново решение. Вместо да слагат скъпи и високотехнологични покрития на буталото просто вдигат налягането в охладителната система - така водата не завира при 100 а при 120-130 градуса може да се сложи по малък радиатор заради по голямото делта Р с околния въздух.
В големите мотори където обикновено и буталата са с голяма челна площ и силно топлинно натоварени има отделни системи от канали  в самото бутало където циркулира масло и охлажда .Тези технологии с керамичните покрития вече не са скъпи и екзотика.Достъпни са защото има евтини методи за плазмено нанасяне на такъв керамичен слой .Предполагам че много от производителите ги ползват в силно натоварени двигатели .

В допълнение на темата оказа се че титана е много тегав за работа метал. Недостатъците му при обработка са толкова неприятни че предполагам са основен проблем веднага след цената разбирасе .Мит е неговата термоустойчивост. Над 400 градуса става боклук .Това че има висока температура на топене не значи че е устойчив на високи температури.Ниската топлопроводност е предпоставка за прегряване на материала.Тоест в мотора охлаждането е с цел недопускане прегряване на детайлите а това качество е против тази концепция.Ще затрудни охладителната система при всички случай .
Както казах по напред за бутала и биели където се иска здравина и лекота може би да .Но за блок титана не е подходящ.