探索引擎:納斯卡工程師利用強大顯微鏡深入研究發動機問題 [幻燈片]

喬·吉布斯賽車隊正在使用強大的尼康顯微鏡,以幫助解開發動機故障之謎,這些故障已使該車隊在多場比賽中失利。


關於支援科學新聞

如果您喜歡這篇文章,請考慮透過以下方式支援我們屢獲殊榮的新聞報道: 訂閱。 透過購買訂閱,您正在幫助確保未來能夠繼續提供關於塑造當今世界的發現和想法的有影響力的報道。


對於喬·吉布斯賽車隊 (JGR) 來說,週日的納斯卡比賽是苦樂參半的。在賓夕法尼亞州波科諾賽道的 Good Sam RV Insurance 500 賽事中,JGR 車隊在 200 圈比賽的早期階段佔據主導地位,但由於長時間的雨停和維修站出現問題,只有 JGR 的一名車手——凱爾·布希——最終進入前 10 名。然而,比布希的第二名(以及隊友 丹尼·哈姆林喬伊·洛加諾 分別獲得的第 15 名和第 26 名)更重要的是,本賽季一直困擾 JGR 的發動機問題沒有再次出現。

納斯卡賽車手在任何賽事中都要行駛數百公里,有時速度 超過每小時 300 公里。 輪胎、懸架和數百個其他部件必須完美協作,才能讓車手保持競爭力,但如果發動機不能可靠地輸出 700 馬力以上的動力,車手將難以跟上車隊的速度。雖然許多問題可以在比賽期間在維修區解決,但嚴重的發動機故障(例如發動機缸體破裂、氣門斷裂、活塞損壞或十幾個其他原因中的任何一個)卻無法解決。一旦比賽開始,“爆缸”的發動機就無法更換,儘管有問題的發動機可以在賽前更換。

哈姆林在本賽季納斯卡積分榜上排名第 11 位,在本週末的比賽之前,他不得不在過去三場比賽中的兩場比賽前更換髮動機,包括 7 月下旬的印地安納波利斯 400 大賽。 JGR 上賽季贏得的 Sprint Cup 比賽比任何其他車隊都多,但在本賽季的比賽前,已經經歷了 9 次發動機故障。 在過去的兩個賽季中,糟糕的發動機已導致該車隊 5 次 DNF(未完成比賽)。 這些問題使車隊工程師的任務變得緊迫,他們需要診斷問題並制定解決方案。

隨著賽季過半,JGR 工程師希望他們實驗室的升級改造能夠幫助他們扭轉局面。 新裝置中最重要的是一臺高功率 尼康 AZ100 Multizoom 顯微鏡,它更可能被科學家用於檢查生物樣本,而不是被機械師用於對汽車發動機和其他裝置進行法醫調查。

發生發動機故障後,JGR 工程師會徹底檢查發動機的主要內部元件——可能是挺杆、活塞或任何數量的小零件。 精密工程對於在納斯卡比賽中取得好成績至關重要。 “今年尤其具有挑戰性,因為沒有兩次故障是相關的,”JGR 質量控制工程師理查德·米勒說。

2010 年,JGR 工程師製造了 322 臺發動機,每臺價值 80,000 美元。 “我們的目標是在 875 馬力時達到正負兩馬力,去年我們每次都達到了目標,只有兩次例外,”JGR 技術贊助經理馬克·布林格說。 “我們從 358 立方英寸的發動機中獲得了 875 馬力。 如果你對發動機有所瞭解,就知道這不應該發生。 這些發動機內部確實發生了非常劇烈的狀況,因此我們不僅在組裝前檢查零件,還在組裝後在顯微鏡下檢查零件的應力、裂縫和類似情況。”

為了提供一些背景資訊,2012 款雪佛蘭 Corvette 配備 6.2 升 V-8 發動機,可輸出約 430 馬力。 您的,嗯,“朋友的” 克萊斯勒 Town and Country V-6 小型貨車可獲得約 280 馬力,而您鄰居的四缸 豐田 Prius 的最大馬力約為 135 馬力。

JGR 從上賽季初開始使用尼康顯微鏡來診斷其發動機搖臂的問題,搖臂是將來自 凸輪軸 的徑向運動轉換為線性運動的往復槓桿。 這些搖臂旨在幫助汽車加速到高速而不會損壞發動機,但即使它們塗有潤滑劑以防止此類問題,它們也經歷了過度磨損。

在接到賽車隊的聯絡後,尼康向 JGR 運送了一臺 AZ100,它結合了體視變焦顯微鏡(從 5 倍到 400 倍)的寬視野優勢以及材料科學家通常使用的 金相顯微鏡 的優勢。 JGR 工程師使用這款配備高解析度鏡頭和數字成像系統的顯微鏡來捕獲和分析故障搖臂的影像。 透過與搖臂製造商進行視訊會議和影像共享,兩個小組僅用 90 分鐘就確定“塗層中的夾雜物和變色是造成搖臂損壞的原因——並且施加在這些零件上的過度應力和熱量沒有得到適當的轉移”,據尼康稱

從那時起,JGR 工程師就使用顯微鏡來放大發動機中的其他問題區域,拍攝數字快照並將其傳送給零件製造商。 以前,JGR 使用的是一種簡陋的顯微鏡,無法拍照,這意味著工程師必須向發動機零件製造商描述他們所看到的情況。 大多數車主,無論是納斯卡車主還是其他車主,都能理解這一點:“這就是問題所在。 當您試圖向某人描述某些異常情況時,很多時候都很難描述,”布林格說。

本賽季,AZ100 在幫助 JGR 診斷與 氣門機構部件 相關的問題等方面發揮了重要作用。 “我們能夠非常快速地識別出我們的氣門彈簧和氣門杆上的塗層存在問題,”米勒說。 “正如您所能想象的那樣,我們越快識別出問題,就能越快在內部實施糾正措施並將我們的發現傳達給供應商。”

JGR 將這種快速的轉變歸功於幫助車隊在今年保持競爭力,儘管車隊存在發動機問題。 車隊測試其進展的下一次機會是在本週末在 紐約州沃特金斯格倫 舉行的比賽中。 檢視幻燈片,瞭解 JGR 使用尼康 AZ100 進行法醫檢查的影像(以及 JGR 的頂級賽車)。

© .