كتلة المحرك

كتل أسطوانات لمحرك سداسي الأسطوانات

محرك بحري بأسطوانات مصبوبة في ثلاثة أزواج

أسطوانات مصبوبة في كتلتين من ثلاث قطع

أسطوانات مصبوبة في كتلة واحدة مكونة من ست أسطوانات، مع علبة مرافق مدمجة (شاحن توربيني في الخلفية)

كتلة الأسطوانات هي هيكل يحتوي على الأسطوانة ، بالإضافة إلى أي بطانات أسطوانية وممرات تبريد. في العقود الأولى من تطوير محركات الاحتراق الداخلي، كان بناء الأسطوانات كوحدة واحدة نادرًا؛ حيث كانت الأسطوانات تُصب عادةً بشكل فردي، مع إنتاج كتل أسطوانات منفصلة لكل أسطوانة. بعد ذلك، بدأت المحركات بدمج أسطوانتين أو ثلاث في كتل أسطوانات مدمجة، ثم دمج عدة كتل منها في بعض المحركات.

في المحركات القديمة ذات صفوف الأسطوانات المتعددة - مثل محركات V6 و V8 والمحركات المسطحة ذات الست أسطوانات - كان كل صف من الأسطوانات يتكون عادةً من كتلة أسطوانات واحدة أو عدة كتل منفصلة. ومنذ ثلاثينيات القرن العشرين، تطورت أساليب الإنتاج الضخم لتسمح بدمج صفّي الأسطوانات (بالإضافة إلى علبة المرافق) في كتلة أسطوانات واحدة.  

تستخدم كتل الأسطوانات ذات البطانات الرطبة جدران أسطوانات قابلة للإزالة بالكامل، وتُركّب في الكتلة بواسطة حشيات خاصة. تُسمى هذه الكتل "بالبطانات الرطبة" لأن جوانبها الخارجية تتلامس مباشرةً مع سائل تبريد المحرك. بعبارة أخرى، تُشكّل البطانة جدار الأسطوانة بالكامل، وليس مجرد غلاف.

تتميز المحركات ذات البطانات الرطبة بانخفاض وزنها وحجمها، وبفضل تسخين سائل التبريد بشكل أسرع عند بدء التشغيل البارد، ينخفض ​​استهلاك الوقود عند بدء تشغيل المحرك، كما يمكن تسخين مقصورة السيارة في وقت أقرب. تحظى تصاميم البطانات الرطبة بشعبية واسعة لدى الشركات المصنعة الأوروبية، ولا سيما رينو وبيجو ، اللتين لا تزالان تستخدمانها حتى الآن.

تستخدم كتل الأسطوانات ذات البطانة الجافة إما مادة الكتلة نفسها أو بطانة منفصلة تُدخل داخلها لتشكيل الهيكل الأساسي لجدار الأسطوانة. وتُدخل أكمام إضافية في الداخل، تبقى "جافة" من الخارج، محاطة بمادة الكتلة.

في تصميمات الأسطوانات ذات البطانات الرطبة أو الجافة، يمكن استبدال البطانات (أو الأكمام)، مما قد يسمح بإجراء إصلاح شامل أو إعادة بناء للمحرك دون الحاجة إلى استبدال كتلة المحرك نفسها. مع ذلك، في الواقع، يصعب فكها وتركيبها، وفي معظم التطبيقات (مثل معظم السيارات والشاحنات الحديثة)، لن يخضع المحرك لمثل هذه العملية طوال فترة استخدامه. من المرجح أن يتم التخلص منه واستبداله بمعدات جديدة - محرك أو مركبة كاملة.

علبة المرافق هي الهيكل الذي يضم عمود المرفق . وكما هو الحال مع كتل الأسطوانات، فهي في الأساس مكون متكامل في المحركات الحديثة.

تُصنع كتل المحركات عادةً من الحديد الزهر أو سبائك الألومنيوم . كتل الألومنيوم أخف وزنًا بكثير وتنقل الحرارة بكفاءة أكبر إلى سائل التبريد، لكن كتل الحديد تحتفظ ببعض المزايا، مثل المتانة وانخفاض التمدد الحراري .

تقليل الوزن من خلال اختيار المواد . حاليًا، تُصنع معظم كتل المحركات في الإنتاج الضخم من الحديد الزهر الرمادي. وقد أدى تقليل الوزن إلى زيادة استخدام سبائك الألومنيوم والسيليكون في صناعة كتل المحركات ذات الإزاحة الصغيرة. مع ذلك، فإن كتل المحركات ذات التصميم المماثل، ولكن باستخدام سبائك الألومنيوم والسيليكون، لا تكون أخف وزنًا من كتل المحركات المصنوعة من الحديد الزهر بنفس نسبة الوزن النوعي للمواد.

في كتل المحركات المصنوعة من الحديد الزهر الرمادي، يمكن تقليل الوزن من خلال تحسين البنية واستخدام تقنية الصب ذات الجدران الرقيقة. تتيح هذه التقنية عادةً الوصول إلى سماكة جدار لا تتجاوز 3 مم. في المقابل، تتراوح سماكة جدران كتل المحركات المصنوعة من الحديد الزهر عادةً بين 4.0 و 5.5 مم.

يُتيح استخدام حديد الزهر ذي الجرافيت الدودي (GGV)، وهو مادة صب تتميز بقوة عالية، تقليل الوزن بنحو 30% مقارنةً بمواد الصب التقليدية مثل GG 25. ويتطلب تقليل الوزن إلى هذا الحد تصميمًا هندسيًا لكتلة المحرك، مع مراعاة الاحتياجات الخاصة للمادة. ^{[ 1 ]}

تستخدم معظم كتل المحركات اليوم، باستثناء بعض المحركات غير التقليدية ذات الشكل V أو المحركات الشعاعية والمحركات البحرية الكبيرة، تصميمًا أحادي الكتلة، حيث تضم كتلة واحدة جميع الأسطوانات بالإضافة إلى علبة مرافق مدمجة. في هذه الحالات، تشكل حواف صفوف الأسطوانات ما يشبه منطقة علبة المرافق، والتي لا تزال تُسمى غالبًا علبة المرافق على الرغم من أنها لم تعد جزءًا منفصلاً.

يقلل استخدام بطانات الأسطوانات الفولاذية وأغلفة المحامل من تأثير ليونة الألومنيوم النسبية. وتستخدم بعض تصميمات المحركات تقنية الرش الحراري بقوس السلك المنقول بالبلازما ، بدلاً من أكمام الأسطوانات، لتقليل الوزن بشكل أكبر. ويمكن أيضاً تصنيع هذه الأنواع من المحركات من حديد الجرافيت المضغوط ، كما هو الحال في بعض محركات الديزل. ^{[ 5 ]}

محركات ذات رأس أسطوانة متكاملة

محرك طائرة DB 605 V12

محرك هوندا GX 160 في جزازة عشب قابلة للركوب

تستخدم بعض المحركات الصغيرة الحديثة المخصصة للاستخدام المنزلي تصميمًا أحادي الكتلة، حيث يشترك رأس الأسطوانة وكتلة المحرك ونصف علبة المرافق في نفس القالب. وبغض النظر عن التكلفة، فإن أحد أسباب هذا التصميم هو تقليل الارتفاع الإجمالي للمحرك. أما العيب الرئيسي فيتمثل في أن عمليات الصيانة تصبح أكثر استهلاكًا للوقت وغير عملية.

ومن الأمثلة على المحركات ذات رؤوس الأسطوانات المتكاملة محركات سلسلة هوندا GC وسلسلة GXV، والتي تُطلق عليها هوندا أحيانًا اسم "Uniblock". ^{[ 6 ]}

استخدمت العديد من السيارات ذات المحركات العرضية كتلة محرك تتكون من ناقل حركة وعلبة مرافق مدمجين. ومن بين السيارات التي استخدمت هذا التصميم سيارة لامبورغيني ميورا من عام 1966 إلى 1973 ^{[ 7 ]} ، وسيارات أخرى تستخدم محركات BMC من سلسلتي A و E. ^{[ 8 ] [ 9 ]} غالبًا ما يؤدي هذا التصميم إلى استخدام المحرك وناقل الحركة لنفس الزيت.

تستخدم الدراجات النارية مثل هوندا CB750 تصميمًا مشابهًا، حيث يتم دمج كتلة الأسطوانات وعلبة المرافق مع جزء من ناقل الحركة.

تدمج العديد من تصميمات الجرارات الزراعية كتلة الأسطوانات وعلبة المرافق وناقل الحركة والمحور الخلفي في وحدة واحدة. ومن الأمثلة المبكرة على ذلك جرار فوردسون .