บล็อกเครื่องยนต์
ในเครื่องยนต์สันดาปภายในบล็อกเครื่องยนต์คือโครงสร้างที่บรรจุกระบอกสูบและส่วนประกอบอื่นๆ บล็อกเครื่องยนต์ในเครื่องยนต์รถยนต์ยุคแรกๆ ประกอบด้วยเพียงบล็อกกระบอกสูบ ซึ่งมีห้องข้อเหวี่ยง แยกต่างหาก ติดอยู่ บล็อกเครื่องยนต์สมัยใหม่โดยทั่วไปจะมีห้องข้อเหวี่ยงรวมอยู่กับบล็อกกระบอกสูบเป็นชิ้นส่วนเดียว บล็อกเครื่องยนต์มักประกอบด้วยส่วนประกอบต่างๆ เช่น ท่อส่ง น้ำหล่อเย็นและท่อส่งน้ำมันหล่อลื่น ด้วย
คำว่า "บล็อกกระบอกสูบ" มักถูกใช้สลับกันกับคำว่า "บล็อกเครื่องยนต์" อย่างไรก็ตาม ในทางเทคนิคแล้ว บล็อกของเครื่องยนต์สมัยใหม่ (เช่น กระบอกสูบหลายกระบอกที่รวมเข้ากับส่วนประกอบอื่น) จะถูกจัดประเภทเป็นโมโนบล็อก
การก่อสร้าง
โครงสร้างหลักของเครื่องยนต์โดยทั่วไปประกอบด้วยกระบอกสูบช่องระบายความร้อน ช่องน้ำมัน ห้องข้อเหวี่ยง และฝาสูบเครื่องยนต์รุ่นแรกๆ ที่ผลิตในช่วงปี 1880 ถึง 1920 มักใช้ชิ้นส่วนแยกกันสำหรับแต่ละองค์ประกอบ ซึ่งจะนำมาประกอบเข้าด้วยกันในระหว่างการประกอบเครื่องยนต์ อย่างไรก็ตาม เครื่องยนต์สมัยใหม่มักรวมหลายองค์ประกอบเข้าไว้ในชิ้นส่วนเดียวเพื่อลดต้นทุนการผลิต
วิวัฒนาการจากชิ้นส่วนแยกชิ้นไปสู่บล็อกเครื่องยนต์แบบชิ้นเดียวได้ค่อยๆ พัฒนามาตั้งแต่ต้นศตวรรษที่ 20 การรวมองค์ประกอบต่างๆ เข้าด้วยกันนั้นอาศัยการพัฒนา เทคนิค การหล่อและการกลึงตัวอย่างเช่น เครื่องยนต์ V8 ที่ใช้งานได้จริงและต้นทุนต่ำนั้นเป็นไปไม่ได้จนกระทั่งฟอร์ดพัฒนาวิธีการที่ใช้ในการสร้างเครื่องยนต์ V8 แบบฝาสูบเรียบ ของตน จากนั้นผู้ผลิตรายอื่นๆ ก็ได้นำเทคนิคเหล่านั้นไปใช้กับเครื่องยนต์ของตน
บล็อกกระบอกสูบ
เสื้อสูบคือโครงสร้างที่บรรจุตัวกระบอกสูบรวมถึงปลอกกระบอกสูบและท่อส่งน้ำหล่อเย็น ในช่วงแรก ๆ ของการพัฒนาเครื่องยนต์สันดาปภายใน การสร้างเสื้อสูบแบบชิ้นเดียวเป็นเรื่องที่พบได้ยาก โดยปกติแล้วกระบอกสูบจะถูกหล่อแยกกัน และเสื้อสูบแต่ละอันจะถูกผลิตแยกต่างหาก ต่อมา เครื่องยนต์เริ่มรวมกระบอกสูบสองหรือสามกระบอกเข้าด้วยกันในเสื้อสูบแบบรวม และเครื่องยนต์บางรุ่นก็รวมเสื้อสูบแบบนี้หลาย ๆ อันเข้าด้วยกัน
ในเครื่องยนต์รุ่นแรกๆ ที่มีหลายแถวของกระบอกสูบเช่น เครื่องยนต์ V6 , V8หรือเครื่องยนต์แบบ 6 สูบเรียงนอนแต่ละแถวมักจะทำจากบล็อกกระบอกสูบแยกกันหนึ่งหรือหลายบล็อก แต่ตั้งแต่ทศวรรษ 1930 เป็นต้นมา วิธีการผลิตจำนวนมากได้พัฒนาขึ้น ทำให้สามารถรวมแถวของกระบอกสูบทั้งสองแถว (รวมถึงห้องข้อเหวี่ยง) เข้าไว้ในบล็อกกระบอกสูบเดียวกันได้
ปลอกสูบ
บล็อกกระบอกสูบ แบบ "เปียก"ใช้ผนังกระบอกสูบที่สามารถถอดออกได้ทั้งหมดและติดตั้งเข้ากับบล็อกโดยใช้ปะเก็นพิเศษ เรียกว่า "เปียก" เพราะด้านนอกของผนังกระบอกสูบสัมผัสโดยตรงกับน้ำหล่อเย็นของเครื่องยนต์ กล่าวอีกนัยหนึ่งคือ ปลอกกระบอกสูบเป็นผนังกระบอกสูบทั้งหมด ไม่ใช่เพียงแค่ปลอกหุ้ม
ข้อดีของเครื่องยนต์แบบใช้ปลอกสูบเปียกคือมีน้ำหนักเบาและปริมาตรน้อย และเนื่องจากน้ำหล่อเย็นร้อนเร็วขึ้นเมื่อสตาร์ทจากอุณหภูมิต่ำ เครื่องยนต์แบบใช้ปลอกสูบเปียกจึงประหยัดน้ำมันเชื้อเพลิงขณะสตาร์ทและสามารถเริ่มทำความร้อนภายในห้องโดยสารได้เร็วกว่า การออกแบบเครื่องยนต์แบบใช้ปลอกสูบเปียกเป็นที่นิยมในกลุ่มผู้ผลิตรถยนต์ในยุโรป โดยเฉพาะอย่างยิ่งเรโนลต์และเปอโยต์ซึ่งยังคงใช้เครื่องยนต์แบบนี้มาจนถึงปัจจุบัน
บล็อกกระบอกสูบ แบบแห้งใช้ทั้งวัสดุของบล็อกเองหรือแผ่นรองที่สอดเข้าไปในบล็อกเพื่อสร้างโครงสร้างหลักของผนังกระบอกสูบ จากนั้นจึงสอดปลอกเพิ่มเติมเข้าไปด้านใน ซึ่งปลอกเหล่านี้จะยังคง "แห้ง" อยู่ด้านนอก โดยถูกห่อหุ้มด้วยวัสดุของบล็อก
ไม่ว่าจะเป็นเครื่องยนต์แบบมีปลอกสูบเปียกหรือแห้ง ปลอกสูบ (หรือปลอกหุ้ม) สามารถเปลี่ยนได้ ซึ่งอาจทำให้สามารถซ่อมแซมหรือประกอบเครื่องยนต์ใหม่ได้โดยไม่ต้องเปลี่ยนบล็อกเครื่องยนต์ทั้งหมด อย่างไรก็ตาม ในความเป็นจริง การถอดและติดตั้งปลอกสูบนั้นทำได้ยาก และสำหรับงานส่วนใหญ่ (เช่น รถยนต์และรถบรรทุกรุ่นใหม่ส่วนใหญ่) เครื่องยนต์จะไม่ได้รับการดำเนินการดังกล่าวในระหว่างอายุการใช้งาน มีแนวโน้มที่จะถูกนำไปทิ้งและเปลี่ยนอุปกรณ์ใหม่—เครื่องยนต์หรือรถทั้งคัน—แทน
ท่อส่งน้ำหล่อเย็นและน้ำมัน
ห้องข้อเหวี่ยง
ห้องข้อเหวี่ยงคือโครงสร้างที่หุ้มเพลาข้อเหวี่ยงเช่นเดียวกับเสื้อสูบ ในเครื่องยนต์สมัยใหม่นั้น ห้องข้อเหวี่ยงส่วนใหญ่เป็นชิ้นส่วนที่ประกอบเข้ากับตัวเครื่องยนต์โดยตรง
วัสดุ
โดยทั่วไปแล้ว เสื้อสูบเครื่องยนต์จะหล่อขึ้นจากเหล็กหล่อหรือโลหะผสมอะลูมิเนียมเสื้อสูบอะลูมิเนียมมีน้ำหนักเบากว่ามากและถ่ายเทความร้อนไปยังน้ำหล่อเย็นได้มีประสิทธิภาพมากกว่า แต่เสื้อสูบเหล็กก็ยังคงมีข้อดีบางประการ เช่น ความทนทานและการขยายตัวทางความร้อนที่ ลดลง
การลดน้ำหนักด้วยการเลือกใช้วัสดุปัจจุบัน บล็อกเครื่องยนต์ส่วนใหญ่ที่ผลิตในปริมาณมากเป็นเหล็กหล่อสีเทา การลดน้ำหนักส่งผลให้มีการใช้โลหะผสมอะลูมิเนียม-ซิลิคอนมากขึ้นสำหรับบล็อกเครื่องยนต์ในเครื่องยนต์ขนาดเล็ก บล็อกเครื่องยนต์ที่มีการออกแบบที่เทียบเคียงกันได้ แต่ใช้โลหะผสมอะลูมิเนียม-ซิลิคอน จะไม่เบากว่าบล็อกเครื่องยนต์เหล็กหล่อในอัตราส่วนเดียวกันกับน้ำหนักจำเพาะของวัสดุ
ในเสื้อสูบเครื่องยนต์ที่ทำจากเหล็กหล่อสีเทา สามารถลดน้ำหนักได้โดยการปรับโครงสร้างให้เหมาะสมและใช้เทคนิคการหล่อแบบผนังบาง ด้วยเทคนิคการหล่อแบบนี้ โดยทั่วไปแล้วสามารถลดความหนาของผนังให้เหลือเพียงประมาณ 3 มิลลิเมตรได้ ในขณะที่เสื้อสูบเครื่องยนต์ที่ทำจากเหล็กหล่อทั่วไปมักมีความหนาประมาณ 4.0 ถึง 5.5 มิลลิเมตร
การใช้เหล็กหล่อกราไฟต์แบบเส้นใย (GGV) ซึ่งเป็นวัสดุหล่อที่มีความแข็งแรงสูง ช่วยให้สามารถลดน้ำหนักได้ประมาณ 30% เมื่อเทียบกับวัสดุหล่อทั่วไป เช่น GG 25 การลดน้ำหนักในระดับนี้ต้องอาศัยการออกแบบทางวิศวกรรมสำหรับบล็อกเครื่องยนต์ โดยคำนึงถึงความต้องการเฉพาะของวัสดุ[ 1 ]
โมโนบล็อก
เครื่องยนต์ที่กระบอกสูบทั้งหมดอยู่บนบล็อกเดียวกันเรียกว่าเครื่องยนต์โมโนบล็อกเครื่องยนต์สมัยใหม่ส่วนใหญ่ใช้การออกแบบโมโนบล็อก และมีเพียงไม่กี่รุ่นที่มีบล็อกแยกสำหรับแต่ละกระบอกสูบ นี่จึงเป็นที่มาของคำว่า "บล็อกเครื่องยนต์" ซึ่งโดยทั่วไปหมายถึงการออกแบบโมโนบล็อก โดยคำว่า "โมโนบล็อก" แทบจะไม่ถูกใช้เลย
ในยุคแรกเริ่มของเครื่องยนต์สันดาปภายใน เทคโนโลยี การหล่อโลหะยังไม่สามารถผลิตชิ้นส่วนหล่อขนาดใหญ่ที่มีแกนภายใน ซับซ้อน (เช่น สำหรับเสื้อสูบระบายความร้อนด้วยน้ำ ) ได้ เครื่องยนต์รุ่นแรกๆ ส่วนใหญ่ โดยเฉพาะอย่างยิ่งเครื่องยนต์ที่มีมากกว่าสี่สูบ มักจะหล่อกระบอกสูบเป็นคู่หรือเป็นกลุ่มสามสูบ แล้วจึงนำมาประกอบเข้ากับเสื้อสูบแยกต่างหาก
เมื่อเทคนิคการหล่อพัฒนาขึ้น บล็อกกระบอกสูบทั้งหมดที่มี 4, 6 หรือ 8 กระบอกสูบ สามารถผลิตได้ในชิ้นเดียว โครงสร้างแบบโมโนบล็อกนี้ง่ายกว่าและประหยัดต้นทุนกว่าในการผลิต กระบอกสูบและห้องข้อเหวี่ยงทั้งหมดสามารถผลิตได้ในชิ้นส่วนเดียวสำหรับเครื่องยนต์แบบเรียงกระบอกสูบเครื่องยนต์ รุ่นแรกๆ ที่ผลิตโดยใช้วิธีนี้คือเครื่องยนต์ 4 กระบอกสูบในรถยนต์ ฟอร์ด โมเดล ทีซึ่งเปิดตัวในปี 1908 เทคนิคนี้แพร่หลายไปยังเครื่องยนต์ 6 สูบเรียงและถูกใช้กันอย่างแพร่หลายในช่วงกลางทศวรรษ 1920
จนกระทั่งถึงช่วงทศวรรษ 1930 เครื่องยนต์ V ส่วนใหญ่ ยังคงใช้บล็อกหล่อแยกกันสำหรับแต่ละฝั่งกระบอกสูบ โดยทั้งสองฝั่งจะถูกยึดเข้ากับห้องข้อเหวี่ยงร่วมกัน (ซึ่งเป็นการหล่อแยกกันอีกชิ้นหนึ่ง) เพื่อความประหยัด เครื่องยนต์บางรุ่นได้รับการออกแบบให้ใช้การหล่อแบบเดียวกันสำหรับแต่ละฝั่ง ทั้งซ้ายและขวา[ 3 ] : 120ข้อยกเว้นที่หายากคือเครื่องยนต์V12มุมแคบ 22½° ของ Lanciaในปี 1919 ซึ่งใช้บล็อกหล่อชิ้นเดียวที่รวมทั้งสองฝั่งเข้าด้วยกัน[ 3 ] : 50–53เครื่องยนต์V8 แบบหัวแบนของ Ford ซึ่งเปิดตัวในปี 1932 ถือเป็นการพัฒนาที่สำคัญในการผลิตเครื่องยนต์ V ที่ราคาไม่แพง เป็นเครื่องยนต์ V8 เครื่องแรกที่มีบล็อกหล่อเครื่องยนต์ชิ้นเดียว ทำให้เครื่องยนต์ V8 สามารถใส่ในรถยนต์ราคาประหยัดได้เป็นครั้งแรก[ 4 ]
ระบบระบายความร้อนด้วยน้ำแบบรวมศูนย์ของเครื่องยนต์แบบโมโนบล็อกช่วยให้สามารถเว้นระยะห่างระหว่างกระบอกสูบได้ใกล้กันมากขึ้น นอกจากนี้ แนวทางการออกแบบแบบโมโนบล็อกยังช่วยเพิ่มความแข็งแกร่งต่อแรงบิด ของเครื่องยนต์ เมื่อจำนวนกระบอกสูบ ความยาวเครื่องยนต์ และกำลังเพิ่มขึ้น
เสื้อสูบและห้องข้อเหวี่ยงแบบรวมเป็นชิ้นเดียว
ปัจจุบันบล็อกเครื่องยนต์ส่วนใหญ่ ยกเว้นเครื่องยนต์รูปตัว V หรือแบบเรเดียลบางรุ่นที่มีลักษณะเฉพาะ และเครื่องยนต์เรือขนาดใหญ่ จะใช้การออกแบบแบบโมโนบล็อก โดยมีบล็อกเดียวสำหรับทุกกระบอกสูบ พร้อมกับห้องข้อเหวี่ยงที่รวมอยู่ในตัว ในกรณีเช่นนี้ ส่วนล่างของชุดกระบอกสูบจะก่อตัวเป็นบริเวณห้องข้อเหวี่ยง ซึ่งยังคงเรียกกันว่าห้องข้อเหวี่ยงอยู่ แม้ว่าจะไม่ได้เป็นชิ้นส่วนแยกต่างหากอีกต่อไปแล้วก็ตาม
การใช้ปลอกกระบอกสูบและ เปลือก แบริ่ง เหล็ก ช่วยลดผลกระทบของความอ่อนตัวของอะลูมิเนียมได้ การออกแบบเครื่องยนต์บางแบบใช้การพ่นความร้อนด้วยอาร์คลวดแบบถ่ายโอนพลาสมาแทนปลอกกระบอกสูบเพื่อลดน้ำหนักลงอีก เครื่องยนต์ประเภทนี้ยังสามารถทำจากเหล็กกราไฟต์อัดแน่นได้เช่นในเครื่องยนต์ดีเซลบางประเภท[ 5 ]
บล็อกกระบอกสูบและฝาสูบแบบรวม
เครื่องยนต์ขนาดเล็กสำหรับผู้บริโภคทั่วไปในปัจจุบันบางรุ่นใช้การออกแบบแบบโมโนบล็อก ซึ่งฝาสูบ เสื้อสูบ และครึ่งหนึ่งของห้องข้อเหวี่ยงใช้ชิ้นส่วนหล่อเดียวกัน นอกเหนือจากเรื่องต้นทุนแล้ว เหตุผลหนึ่งก็คือเพื่อให้เครื่องยนต์มีความสูงโดยรวมต่ำลงข้อเสียเปรียบหลักคือการซ่อมแซมจะใช้เวลานานขึ้นและไม่สะดวกมากขึ้น
ตัวอย่างของเครื่องยนต์ที่มีหัวกระบอกสูบแบบรวมคือเครื่องยนต์ Honda GC- series และ GXV-series ซึ่งบางครั้ง Honda เรียกว่า "Uniblock" [ 6 ]
ห้องข้อเหวี่ยงและระบบส่งกำลังแบบรวม
รถยนต์หลายคันที่มีเครื่องยนต์วางขวางใช้บล็อกเครื่องยนต์ที่ประกอบด้วยเกียร์และห้องข้อเหวี่ยงแบบรวม รถยนต์ที่ใช้การจัดเรียงนี้ได้แก่Lamborghini Miura ปี 1966-1973 [ 7 ] และรถยนต์ที่ใช้ เครื่องยนต์BMC A-seriesและE-series [ 8 ] [ 9 ]การออกแบบนี้มักส่งผลให้เครื่องยนต์และเกียร์ใช้น้ำมันร่วมกัน
รถจักรยานยนต์อย่างเช่นHonda CB750ใช้โครงสร้างที่คล้ายกัน โดยบล็อกกระบอกสูบและห้องข้อเหวี่ยงรวมเข้ากับส่วนหนึ่งของระบบส่งกำลัง
รถแทรกเตอร์ทางการเกษตรหลายรุ่นออกแบบโดยรวมเอาบล็อกกระบอกสูบ ห้องข้อเหวี่ยง ระบบส่งกำลัง และเพลาล้อหลังเข้าไว้ในหน่วยเดียวกัน ตัวอย่างแรกๆ คือ รถแทรกเตอร์ฟอร์ดสัน