Блок цилиндров. Блок цилиндра

Блок цилиндров Википедия

«Голый» блок цилиндров. Материал — алюминиевый сплав с добавлением кремния и локально упроченными стенками цилиндров. У современного автомобиля блок цилиндров представляет собой единую деталь с картером двигателя. Старинный двигатель с отдельным от картера блоком цилиндров. Цельнолитой чугунный блок американского двигателя конфигурации V8. Блок цилиндров с впрессованными в него «мокрыми» гильзами, имеющими нижнюю фиксацию. Разобранный блок двигателя производства Porsche с «мокрыми» гильзами. Алюминиевый блок двигателя Rover V8 с установленными в него чугунными мокрыми гильзами с верхней фиксацией.

Блок цили́ндров — основная деталь кривошипно-шатунного механизма (КШМ) двух- и более цилиндрового поршневого двигателя внутреннего сгорания. Является цельнолитой деталью, объединяющей собой цилиндры двигателя. Отливается как правило из чугуна, реже — литейных алюминиевых или магниевых сплавов[1]. На блоке цилиндров имеются опорные поверхности для установки коленчатого вала. К верхней части блока, как правило, крепится головка блока цилиндров, нижняя часть образует верхнюю часть картера. Таким образом, блок цилиндров является основой (корпусной) деталью двигателя, к которой так или иначе крепятся остальные его агрегаты и узлы[2]. Картер сцепления на некоторых двигателях идёт в комплекте и обрабатывается совместно, поэтому, как и крышки коренных подшипников, не должен обезличиваться при ремонте[3].

Блок цилиндров используют в двигателях с жидкостным охлаждением, причём полости блока образуют рубашку охлаждения. В двигателях с воздушным охлаждением, изготовление цилиндров в одном блоке весовых преимуществ не даёт, и потому почти не применяется.

История[ | код]

После появления поршневых двигателей, в целях улучшения равномерности и массогабаритных показателей, увеличения КПД (искровые) и снижения вибрации, были созданы многоцилиндровые конструкции[4]. На ранних двигателях, ввиду технологических трудностей, картер кривошипного механизма присоединялся на болтах, часто были отдельными цилиндры, рубашки охлаждения, водяные и масляные трубки.

По мере развития технологий литья и станочной обработки (то есть, уменьшения вероятности брака столь сложной детали) блок цилиндров объединил в себе часть картер и цилиндры. Это уменьшило количество деталей, их суммарный вес, и увеличило жёсткость, что позволяет, например, форсировать двигатели по наддуву. Сейчас такие названия как "блок двигателя", "блок цилиндров", "блок" можно услышать в сервисе или среди водителей, и все они относятся именно к это

ru-wiki.ru

Блок и головка цилиндров

Строительные машины и оборудование, справочник

Категория:

   Техническое обслуживание автомобилей

Блок и головка цилиндров

В состав кривошипно-шатунного механизма двигателя входят две группы деталей: неподвижные и подвижные.

К неподвижным деталям относятся блок цилиндров, служащий остовом двигателя, цилиндры, головка блока или головка цилиндров и поддон картера. Подвижными деталями являются поршни с кольцами и поршневыми пальцами, шатун, коленчатый вал, маховик.

Блок цилиндров. У V-образных двигателей блок цилиндров (рис. 2.1) представляет собой массивный литой корпус, снаружи и внутри которого монтируются все механизмы и системы.

Нижняя часть блока является картером, в литых поперечинах которого расположены опорные гнезда для подшипников коленчатого вала. Такую отливку часто называют блок-картером.

В средней части блока цилиндров имеются отверстия для установки подшипников скольжения под опорные шейки распределительного вала. Плоскость разъема блока может проходить по оси коленчатого вала или быть смещенной относительно ее вниз. К нижней части блок-картера крепится стальной штампованный поддон, служащий резервуаром для масла. По каналам в блоке масло из поддона подается к трущимся деталям двигателя.

На V-образных двигателях (ЗИЛ-130, 3M3-53-11, ЯМЭ-238 и др.) для повышения жесткости блока цилиндров его плоскость разъемна, расположена ниже оси коленчатого вала. В отливке блока цилиндров имеется рубашка для жидкостного охлаждения двигателя, представляющая собой полость (рис. 2.1,6) между стенками блока и наружной поверхностью вставных гильз 5. Охлаждающая жидкость подается в рубашку охлаждения через два канала 4 (рис. 2.1, а), расположенные по обеим сторонам блока цилиндров. К передней части блока цилиндров крепится крышка распределительных шестерен, а к задней — картер сцепления.

Блоки цилиндров отливаются из серого чугуна (у двигателей автомобилей семейств ЗИЛ, КамАЗ, МАЗ и ВАЗ) или из алюминиевого сплава (у двигателей автомобилей ГАЗ-24-10 «Волга», «Москвич-2140»).

Рис. 2.1. Блок цилиндров V-образного двигателя: а—общий вид; б—вид сзади

Рабочая поверхность цилиндров (рис. 2.2) является направляющей при движении поршня и вместе с ним и головкой блока цилиндров образует замкнутое пространство, в котором происходит рабочий цикл двигателя. Для плотного прилегания поршня и поршневых колец к цилиндру и уменьшения сил трения между ними внутреннюю полость цилиндров тщательно обрабатывают с высокой степенью точности и чистоты, поэтому она называется зеркалом цилиндра.

У дизелей КамАЗ на зеркале цилиндров наносят мелкую (ромбовидную) сетку для лучшего удержания смазочного материала.

Цилиндры могут быть отлиты как одно целое со стенками рубашки охлаждения (рис. 2.2, а) или изготовлены отдельно от блока в виде вставных гильз.

Последние подразделяются на «сухие» гильзы, запрессованные в расточенный блок (рис. 2.2,6), и сменные «мокрые» гильзы (рис. 2.2, в—д), омываемые с наружной стороны охлаждающей жидкостью.

При сгорании рабочей смеси верхняя часть цилиндров сильно нагревается и подвергается окислительному воздействию продуктов сгорания, поэтому в верхнюю часть блока цилиндров или гильз, как правило, запрессовывают короткие вставки — сухие гильзы длиной 40—50 мм (у двигателей автомобилей ЗИЛ-130, ГАЗ-24-10 «Волга», ЗИЛ-157КД, ГАЗ-53-12 и др.). Вставки (см. рис. 2.7) изготовляют из легированного чугуна, обладающего высокой износо- и коррозионной стойкостью.

При установке мокрой гильзы ее бурт 6 (см. рис. 2.2, в) выступает над плоскостью разъема на 0,02— 0,15 мм. Это позволяет уплотнять ее, зажимая бурт через прокладку (см. рис. 2.2, б) между блоком и головкой цилиндров. В нижней части гильза уплотняется двумя резиновыми кольцами 8 (см. рис. 2.2, г) (у двигателей ЗИЛ-130, ЯМЭ-236, КамАЗ-740 и др.) или медными прокладками 9 (см. рис. 2.2, д), установленными по торцу нижнего пояса гильзы (у двигателей автомобилей семейств ГАЗ, «Москвич» и др.). Преимущественное применение в двигателях мокрых гильз связано с тем, что они обеспечивают лучший отвод тепла. Это повышает работоспособность и срок службы деталей цилиндропоршневой группы, при этом снижаются затраты, связанные с ремонтом двигателей в процессе эксплуатации.

Головка цилиндров. В головке цилиндров размещены камеры сгорания (рис. 2.3), в которых установлены впускные и выпускные клапаны, свечи зажигания или форсунки. На головке цилиндров крепятся детали и узлы привода клапанного механизма.

Значительное влияние на процесс смесеобразования как в карбюраторных двигателях, так и в дизелях имеют формы камер сгорания. В карбюраторных двигателях (рис. 2.3, а) наибольшее распространение получили цилиндрические, полусферические II и клиновые III камеры с верхним расположением клапанов. У дизелей (рис. 2.3, б) широкое применение находят неразделенные IV и разделенные V и VI камеры сгорания, состоящие из вспомогательного небольшого пространства— предкамеры или вихревой камеры, и основной камеры сгорания 6, соединенных между собой каналами.

Рис. 2.2. Схемы цилиндров двигателей: а — с короткой сухой вставкой; б — с сухой гильзой; в — д — с мокрыми гильзами

Двигатели с рядным расположением цилиндров имеют одну общую головку цилиндров, двигатели с V-образным расположением цилиндров— две (двигатели ЗИЛ-130, ГАЗ-53-11) или четыре на каждые три цилиндра (двигатель ЯМЗ-240). У двигателей автомобилей КамАЗ каждый цилиндр снабжен отдельной головкой цилиндра.

На рис. 2.4 показана головка цилиндра двигателя ЗИЛ-130, с внутренней стороны которой находятся камеры сгорания с вставными седлами выпускных клапанов, седлами впускных клапанов и с отверстиями для свечей зажигания (рис. 2.4,6). На одной боковой поверхности сделаны каналы (рис. 2.4, а) для подвода горючей смеси и каналы для циркуляции охлаждающей жидкости, а на другой — каналы (см. рис. 2.4, б) для отвода отработавших газов. В каждой камере сгорания имеются отверстия для запрессовки направляющих втулок клапанов. Плоскость разъема между головками и блоком цилиндров уплотняют сталеасбестовыми прокладками.

Рис. 2.3. Формы камер сгорания поршневых двигателей: а — карбюраторных; б — дизелей: I — цилиндрическая; II—полусферическая; III— клиновая; IV—неразделенная; V—VI—разделенные

Рис. 2.4. Головка цилиндров V-образного двигателя: а — вид со стороны камер сгорания; б — вид со стороны коромысел

Головка цилиндров крепится к блоку при помощи шпилек с гайками или болтами. Гайки или болты головки цилиндров затягивают равномерно в определенной последовательности с установленным для каждого двигателя моментом затяжки.

Читать далее: Поршневая группа и шатуны

Категория: - Техническое обслуживание автомобилей

Главная → Справочник → Статьи → Форум

stroy-technics.ru

Блок цилиндров — Википедия

«Голый» блок цилиндров. Материал — алюминиевый сплав с добавлением кремния и локально упроченными стенками цилиндров. У современного автомобиля блок цилиндров представляет собой единую деталь с картером двигателя. Старинный двигатель с отдельным от картера блоком цилиндров. Цельнолитой чугунный блок американского двигателя конфигурации V8. Разобранный блок двигателя производства Porsche с мокрыми гильзами. Алюминиевый блок двигателя Rover V8 с установленными в него чугунными мокрыми гильзами с верхней фиксацией.

Блок цили́ндров — основная деталь двух и более цилиндрового поршневого двигателя внутреннего сгорания. Является цельнолитой деталью, объединяющей собой цилиндры двигателя. Отливается как правило из чугуна, реже — литейных алюминиевых сплавов. На блоке цилиндров имеются опорные поверхности для установки коленчатого вала, к верхней части блока, как правило, крепится головка блока цилиндров, нижняя часть является частью картера. Таким образом, блок цилиндров является основой (корпусной) деталью двигателя, к которой так или иначе крепятся остальные его агрегаты и узлы.

Собственно цилиндры в блоке цилиндров могут являться как частью отливки блока цилиндров, так и быть отдельными сменными втулками («гильзами»), которые могут быть «мокрыми» или «сухими» — в зависимости от того, контактируют ли они непосредственно с охлаждающей жидкостью в рубашке охлаждения двигателя. Помимо функции корпусной детали, блок цилиндров несет дополнительные функции: является основной частью системы смазки — по каналам в блоке цилиндров масло под давлением подается к местам смазки, а в двигателях жидкостного охлаждения — и системы охлаждения: охлаждающая жидкость циркулирует внутри блока цилиндров по полостям, образующим рубашку охлаждения.

Стенки внутренней полости цилиндра служат также направляющими для поршня при его перемещениях между крайними поло­жениями. Поэтому длина образующих цилиндра предопределяется величиной хода поршня.

Износ цилиндров автомобильных двигателей является следствием комплексного воздействия на стенки цилиндра многочисленных быстротекущих физических и химических процессов, которые по характеру проявления разделяются на три основных вида износа: эрозивный, возникающий вследствие механического истирания, схватывания и других разрушающих процессов при непосредственном контакте металлических трущихся поверхностей; коррозионный, возникающий при всякого рода окислительных процессах на поверхностях трения; абразивный, вызывающий разрушение поверхностей трения при наличии между ними твердых или, как говорят, абразивных частичек, в том числе — и продуктов износа.

Цилиндр работает в условиях переменных давлений в надпоршневой полости. Внутренние стенки его соприкасаются с пламенем и горячими газами, раскаленными до температуры 1500—2500 °С. Средняя скорость скольжения поршневых колец по стенкам цилиндра в автомобильных двигателях достигает 12—15 м/сек. Поэтому материал, употребляемый для изготовления внутренних стенок цилиндров, должен обладать большой механической прочностью, а сама конструкция стенок — повышенной жесткостью. Стенки цилиндров должны хорошо противостоять истиранию при ограниченной смазке и обладать общей высокой стойкостью против других возможных видов износа (абразивного, коррозионного и некоторых разновидностей эрозии), уменьшающих срок службы цилиндров. Ко всему этому, материалы, применяемые для изготовления цилиндров, должны обладать хорошими литейными свойствами и легко обрабатываться на станках.

В соответствии с этими требованиями, в качестве основного материала для изготовления блоков цилиндров применяют перлитный серый чугун с не­большими добавками легирующих элементов (никель, хром и др.). Применяют также высоколегированный чугун, сталь, магниевые и алюминие­вые сплавы. Блоки, изготовленные из этих материалов, отнюдь не равноценны по своим свойствам.

Так, чугунный блок наиболее жёсткий, а значит — при прочих равных выдерживает более высокую степень форсирования и наименее чувствителен к перегреву. Теплоёмкость чугуна примерно вдвое ниже, чем алюминия, а значит двигатель с чугунным блоком быстрее прогревается до рабочей температуры. Однако, чугун весьма тяжёл — в 2,7 раза тяжелее алюминия, склонен к коррозии, а его теплопроводность примерно в 4 раза ниже, чем у алюминия, поэтому у двигателя с чугунным картером система охлаждения работает в более напряжённом режиме.

Алюминиевые блоки цилиндров лёгкие и лучше охлаждаются, однако в этом случае возникает проблема с материалом, из которого выполнены непосредственно стенки цилиндров. Если поршни двигателя с таким блоком сделать из чугуна или стали, то они очень быстро износят алюминиевые стенки цилиндров. Если же сделать поршни из мягкого алюминия, то они просто «схватятся» с алюминиевыми стенками, и двигатель заклинит.

Поэтому на первом поколении двигателей с алюминиевым блоком применяли вставленные в блок «мокрые» гильзы из серого чугуна, «плавающие» в охлаждающей жидкости и служащие непосредственно в качестве стенок цилиндров. Эта конструкция, разработанная в 1930-х годах, получила широкое распространение в 1950-х, причём только в Европе, где её использовали производители спортивных и дорогих представительских машин (BMW, Jaguar, Rover, некоторые итальянские фирмы), и в СССР, где алюминиевые блоки цилиндров имели применяться практически все автомобили собственной разработки, включая грузовики — что, помимо вышеуказанных преимуществ, давало возможность капитально ремонтировать блок цилиндров просто заменяя гильзы, обеспечивая большой экономический эффект.

Тем не менее, у неё были и свои недостатки. Алюминиевый блок с мокрыми гильзами — особенно более технологичный в изготовлении с нижней фиксацией гильз — получается ощутимо менее жёстким, чем цельнолитой чугунный, вследствие чего чувствителен к перегреву и хуже переносит форсировку. Алюминий намного дороже чугуна, а технология изготовления гильзованного алюминиевого блока цилиндров намного более трудоёмка и существенно усложняет производство. Кроме того, некоторые алюминиевые сплавы отличаются высокой склонностью к коррозии при использовании определённых марок антифризов, что порой создавало существенное неудобство в эксплуатации (в условиях плановой экономики СССР эта проблема была решена просто — принятием единого госстандарта на нейтральную к алюминиевым сплавам охлаждающую жидкость ТОСОЛ). Поэтому до 80-х — 90-х годов основным материалом для изготовления блоков цилиндров, особенно на американских автомобилях, всё же оставался чугун.

Иногда в двигателях с чугунным блоком цилиндров также использовались съёмные гильзы цилиндров. Это давало всё то же преимущество с точки зрения простоты капитального ремонта, а также — возможность выполнить гильзы из более качественного и износоустойчивого, но и более дорого, материала, чем сам чугунный блок. Например, в СССР гильзы цилиндров обычно делали из специального кислотоупорного чугуна (или снабжали вставками из этого материала), существенно снижающего коррозию стенок цилиндров при взаимодействии с конденсирующимися после прекращения работы мотора продуктами сгорания топлива.

В 1980-х годах стала получать всё большее распространение технология, при которой в алюминиевый блок запрессовывались тонкостенные «сухие» чугунные или композитные гильзы, со всех сторон окружённые алюминием. Такие двигатели сегодня достаточно распространены. Тем не менее, такие блоки также не были лишены недостатков, так как коэффициенты температурного расширения чугуна и алюминия не совпадают, что требует особых мер для предотвращения отрыва гильзы от блока при прогреве мотора и потенциально снижает его долговечность.

Альтернативный подход предполагает цельноалюминиевый блок, стенки цилиндров которого специально упрочняют. Например, на примере этого направления — двигателе Chevrolet Vega 1971 года — блок отливался из сплава с содержанием до 17 % кремния (фирменное название Silumal), а специальная обработки стенок цилиндров химическим травлением обогащала их поверхностные слои кристаллами кремния (специально подобранного состава кислота вымывала алюминий с поверхности стенки, не трогая кремний), доводя до требуемой твёрдости (кремний сам по себе намного твёрже чугуна). Тем не менее, опыт оказался неудачным: мотор оказался очень чувствителен к качеству смазочных материалов и перегреву, имел неудовлетворительный ресурс и часто полностью выходил из строя намного раньше исчерпания нормативного ресурса из-за износа стенок цилиндра, восстановление которых вне заводских условий оказалось, в отличие от привычных в то время чугунных блоков, невозможно. Это повлекло за собой громкий скандал и миллионные убытки для компании GM.

Впоследствии данная технология была доведена до совершенства европейскими производителями — Mercedes-Benz, BMW, Porsche, Audi, и в 80-х — 90-х годах была применена на их серийных моделях. Такой блок можно даже в ограниченных пределах растачивать, так как толщина упрочненного слоя алюминия с повышенной концентрацией кристаллов кремния составляет порядка нескольких микрон. Тем не менее, чувствительность цельноалюминиевых блоков к перегреву и качеству смазочных материалов никуда не делась — такие двигатели требуют высокой культуры эксплуатации и обслуживания, а за их температурным режимом зорко следит управляющая электроника.

Сравнительно недавно немецкая фирма Kolbenschmidt разработала и технологию, при которой в обычный алюминиевый блок запрессовываются готовые алюминий-кремниевые гильзы, имеющие упрочненные стенки с повышенным (до 27 %) содержанием кремния (технология Locasil), — это позволяет снизить себестоимость и частично решает проблему ремонтопригодности.

Альтернативой является технология Nicasil — никелевое покрытие на алюминиевых стенках цилиндров с напылением кристаллов карбида кремния. Принцип работы здесь тот же — повышение твёрдости алюминиевых стенок цилиндров. Эту технологию ограниченно применяли ещё в 60-е — 70-е годы для двигателей очень дорогих спортивных автомобилей, в частности — используемых в Formula 1. Из современных двигателей такие блоки имели моторы М60 и М52 фирмы BMW, причём их продажи в некоторых странах сопровождались скандалом — «никасил» разрушался от реакции с некоторыми сортами топлива, содержащими повышенную концентрацию серы (что характерно, в частности, для некоторых регионов США и России). Главный же недостаток «никасила» — тонкое никелевое покрытие легко повреждается например при обрыве шатуна или прогаре поршня, и уже не подлежит восстановлению. Капремонт также невозможен — только замена блока (поршней ремонтного размера для таких моторов не делают).

Блоки из магниевого сплава сочетают твёрдость чугунных и лёгкость алюминиевых. Но магниевые литейные сплавы относительно дорогие, поэтому используется крайне нечасто, и обычно на узкоспециализированных спортивных моторах. Некоторое исключение — двигатель «Запорожца» с картером из авиационного магниевого сплава МЛ-5 (и отдельными чугунными цилиндрами).

На заре автомобилизма могли также использоваться бронзовые блоки цилиндров, что обусловлено высокой технологичностью этого сплава при литье.

wp.wiki-wiki.ru

Блок цилиндров — Википедия

«Голый» блок цилиндров. Материал — алюминиевый сплав с добавлением кремния и локально упроченными стенками цилиндров. У современного автомобиля блок цилиндров представляет собой единую деталь с картером двигателя. Старинный двигатель с отдельным от картера блоком цилиндров. Цельнолитой чугунный блок американского двигателя конфигурации V8. Разобранный блок двигателя производства Porsche с мокрыми гильзами. Алюминиевый блок двигателя Rover V8 с установленными в него чугунными мокрыми гильзами с верхней фиксацией.

Блок цили́ндров — основная деталь двух и более цилиндрового поршневого двигателя внутреннего сгорания. Является цельнолитой деталью, объединяющей собой цилиндры двигателя. Отливается как правило из чугуна, реже — литейных алюминиевых сплавов. На блоке цилиндров имеются опорные поверхности для установки коленчатого вала, к верхней части блока, как правило, крепится головка блока цилиндров, нижняя часть является частью картера. Таким образом, блок цилиндров является основой (корпусной) деталью двигателя, к которой так или иначе крепятся остальные его агрегаты и узлы.

Собственно цилиндры в блоке цилиндров могут являться как частью отливки блока цилиндров, так и быть отдельными сменными втулками («гильзами»), которые могут быть «мокрыми» или «сухими» — в зависимости от того, контактируют ли они непосредственно с охлаждающей жидкостью в рубашке охлаждения двигателя. Помимо функции корпусной детали, блок цилиндров несет дополнительные функции: является основной частью системы смазки — по каналам в блоке цилиндров масло под давлением подается к местам смазки, а в двигателях жидкостного охлаждения — и системы охлаждения: охлаждающая жидкость циркулирует внутри блока цилиндров по полостям, образующим рубашку охлаждения.

Стенки внутренней полости цилиндра служат также направляющими для поршня при его перемещениях между крайними поло­жениями. Поэтому длина образующих цилиндра предопределяется величиной хода поршня.

Износ цилиндров автомобильных двигателей является следствием комплексного воздействия на стенки цилиндра многочисленных быстротекущих физических и химических процессов, которые по характеру проявления разделяются на три основных вида износа: эрозивный, возникающий вследствие механического истирания, схватывания и других разрушающих процессов при непосредственном контакте металлических трущихся поверхностей; коррозионный, возникающий при всякого рода окислительных процессах на поверхностях трения; абразивный, вызывающий разрушение поверхностей трения при наличии между ними твердых или, как говорят, абразивных частичек, в том числе — и продуктов износа.

Цилиндр работает в условиях переменных давлений в надпоршневой полости. Внутренние стенки его соприкасаются с пламенем и горячими газами, раскаленными до температуры 1500—2500 °С. Средняя скорость скольжения поршневых колец по стенкам цилиндра в автомобильных двигателях достигает 12—15 м/сек. Поэтому материал, употребляемый для изготовления внутренних стенок цилиндров, должен обладать большой механической прочностью, а сама конструкция стенок — повышенной жесткостью. Стенки цилиндров должны хорошо противостоять истиранию при ограниченной смазке и обладать общей высокой стойкостью против других возможных видов износа (абразивного, коррозионного и некоторых разновидностей эрозии), уменьшающих срок службы цилиндров. Ко всему этому, материалы, применяемые для изготовления цилиндров, должны обладать хорошими литейными свойствами и легко обрабатываться на станках.

В соответствии с этими требованиями, в качестве основного материала для изготовления блоков цилиндров применяют перлитный серый чугун с не­большими добавками легирующих элементов (никель, хром и др.). Применяют также высоколегированный чугун, сталь, магниевые и алюминие­вые сплавы. Блоки, изготовленные из этих материалов, отнюдь не равноценны по своим свойствам.

Так, чугунный блок наиболее жёсткий, а значит — при прочих равных выдерживает более высокую степень форсирования и наименее чувствителен к перегреву. Теплоёмкость чугуна примерно вдвое ниже, чем алюминия, а значит двигатель с чугунным блоком быстрее прогревается до рабочей температуры. Однако, чугун весьма тяжёл — в 2,7 раза тяжелее алюминия, склонен к коррозии, а его теплопроводность примерно в 4 раза ниже, чем у алюминия, поэтому у двигателя с чугунным картером система охлаждения работает в более напряжённом режиме.

Алюминиевые блоки цилиндров лёгкие и лучше охлаждаются, однако в этом случае возникает проблема с материалом, из которого выполнены непосредственно стенки цилиндров. Если поршни двигателя с таким блоком сделать из чугуна или стали, то они очень быстро износят алюминиевые стенки цилиндров. Если же сделать поршни из мягкого алюминия, то они просто «схватятся» с алюминиевыми стенками, и двигатель заклинит.

Поэтому на первом поколении двигателей с алюминиевым блоком применяли вставленные в блок «мокрые» гильзы из серого чугуна, «плавающие» в охлаждающей жидкости и служащие непосредственно в качестве стенок цилиндров. Эта конструкция, разработанная в 1930-х годах, получила широкое распространение в 1950-х, причём только в Европе, где её использовали производители спортивных и дорогих представительских машин (BMW, Jaguar, Rover, некоторые итальянские фирмы), и в СССР, где алюминиевые блоки цилиндров имели применяться практически все автомобили собственной разработки, включая грузовики — что, помимо вышеуказанных преимуществ, давало возможность капитально ремонтировать блок цилиндров просто заменяя гильзы, обеспечивая большой экономический эффект.

Тем не менее, у неё были и свои недостатки. Алюминиевый блок с мокрыми гильзами — особенно более технологичный в изготовлении с нижней фиксацией гильз — получается ощутимо менее жёстким, чем цельнолитой чугунный, вследствие чего чувствителен к перегреву и хуже переносит форсировку. Алюминий намного дороже чугуна, а технология изготовления гильзованного алюминиевого блока цилиндров намного более трудоёмка и существенно усложняет производство. Кроме того, некоторые алюминиевые сплавы отличаются высокой склонностью к коррозии при использовании определённых марок антифризов, что порой создавало существенное неудобство в эксплуатации (в условиях плановой экономики СССР эта проблема была решена просто — принятием единого госстандарта на нейтральную к алюминиевым сплавам охлаждающую жидкость ТОСОЛ). Поэтому до 80-х — 90-х годов основным материалом для изготовления блоков цилиндров, особенно на американских автомобилях, всё же оставался чугун.

Иногда в двигателях с чугунным блоком цилиндров также использовались съёмные гильзы цилиндров. Это давало всё то же преимущество с точки зрения простоты капитального ремонта, а также — возможность выполнить гильзы из более качественного и износоустойчивого, но и более дорого, материала, чем сам чугунный блок. Например, в СССР гильзы цилиндров обычно делали из специального кислотоупорного чугуна (или снабжали вставками из этого материала), существенно снижающего коррозию стенок цилиндров при взаимодействии с конденсирующимися после прекращения работы мотора продуктами сгорания топлива.

В 1980-х годах стала получать всё большее распространение технология, при которой в алюминиевый блок запрессовывались тонкостенные «сухие» чугунные или композитные гильзы, со всех сторон окружённые алюминием. Такие двигатели сегодня достаточно распространены. Тем не менее, такие блоки также не были лишены недостатков, так как коэффициенты температурного расширения чугуна и алюминия не совпадают, что требует особых мер для предотвращения отрыва гильзы от блока при прогреве мотора и потенциально снижает его долговечность.

Альтернативный подход предполагает цельноалюминиевый блок, стенки цилиндров которого специально упрочняют. Например, на примере этого направления — двигателе Chevrolet Vega 1971 года — блок отливался из сплава с содержанием до 17 % кремния (фирменное название Silumal), а специальная обработки стенок цилиндров химическим травлением обогащала их поверхностные слои кристаллами кремния (специально подобранного состава кислота вымывала алюминий с поверхности стенки, не трогая кремний), доводя до требуемой твёрдости (кремний сам по себе намного твёрже чугуна). Тем не менее, опыт оказался неудачным: мотор оказался очень чувствителен к качеству смазочных материалов и перегреву, имел неудовлетворительный ресурс и часто полностью выходил из строя намного раньше исчерпания нормативного ресурса из-за износа стенок цилиндра, восстановление которых вне заводских условий оказалось, в отличие от привычных в то время чугунных блоков, невозможно. Это повлекло за собой громкий скандал и миллионные убытки для компании GM.

Впоследствии данная технология была доведена до совершенства европейскими производителями — Mercedes-Benz, BMW, Porsche, Audi, и в 80-х — 90-х годах была применена на их серийных моделях. Такой блок можно даже в ограниченных пределах растачивать, так как толщина упрочненного слоя алюминия с повышенной концентрацией кристаллов кремния составляет порядка нескольких микрон. Тем не менее, чувствительность цельноалюминиевых блоков к перегреву и качеству смазочных материалов никуда не делась — такие двигатели требуют высокой культуры эксплуатации и обслуживания, а за их температурным режимом зорко следит управляющая электроника.

Сравнительно недавно немецкая фирма Kolbenschmidt разработала и технологию, при которой в обычный алюминиевый блок запрессовываются готовые алюминий-кремниевые гильзы, имеющие упрочненные стенки с повышенным (до 27 %) содержанием кремния (технология Locasil), — это позволяет снизить себестоимость и частично решает проблему ремонтопригодности.

Альтернативой является технология Nicasil — никелевое покрытие на алюминиевых стенках цилиндров с напылением кристаллов карбида кремния. Принцип работы здесь тот же — повышение твёрдости алюминиевых стенок цилиндров. Эту технологию ограниченно применяли ещё в 60-е — 70-е годы для двигателей очень дорогих спортивных автомобилей, в частности — используемых в Formula 1. Из современных двигателей такие блоки имели моторы М60 и М52 фирмы BMW, причём их продажи в некоторых странах сопровождались скандалом — «никасил» разрушался от реакции с некоторыми сортами топлива, содержащими повышенную концентрацию серы (что характерно, в частности, для некоторых регионов США и России). Главный же недостаток «никасила» — тонкое никелевое покрытие легко повреждается например при обрыве шатуна или прогаре поршня, и уже не подлежит восстановлению. Капремонт также невозможен — только замена блока (поршней ремонтного размера для таких моторов не делают).

Блоки из магниевого сплава сочетают твёрдость чугунных и лёгкость алюминиевых. Но магниевые литейные сплавы относительно дорогие, поэтому используется крайне нечасто, и обычно на узкоспециализированных спортивных моторах. Некоторое исключение — двигатель «Запорожца» с картером из авиационного магниевого сплава МЛ-5 (и отдельными чугунными цилиндрами).

На заре автомобилизма могли также использоваться бронзовые блоки цилиндров, что обусловлено высокой технологичностью этого сплава при литье.

www.wikiznanie.ru

Блок цилиндров в сборе

16.05.2010

 

Блок цилиндров в сборе

Блок цилиндров - это главный несущий элемент двигателя. Почти каждый элемент двигателя или подсоединяется к блоку цилиндров или крепится на нем. Поршни, шатуны и коленчатый вал работают внутри блока цилиндров.

В зависимости от расположения отдельных цилиндров блок цилиндров может быть или рядным или иметь V-образную конструкцию.

Внутри блока цилиндров имеются цилиндры, внутренние каналы для прохождения охлаждающей жидкости и смазочного моторного масла. На нем имеются установочные поверхности для подсоединения таких аксессуаров двигателя, как масляный фильтр и насос охлаждающей жидкости. Сверху на блок цилиндров устанавливается головка цилиндров, а снизу к нему крепится масляный картер.

Основные элементы

Рядный блок цилиндров

Однорядные двигатели обычно имеют 3, 4, 5 или 6 цилиндров.V-образный блок цилиндров

V-образный двигатель имеет два ряда цилиндров, размещаемых по V-образной конфигурации. Хотя цилиндры и располагаются в двух рядах, они все равно соединяются с общим коленчатым валом.

V-образные двигатели обычно имеют 6, 8 и иногда 12 цилиндров.

Блок цилиндров и гильза

Гильзы цилиндров

В некоторых конструкциях двигателей используются гильзы цилиндров. Гильза цилиндра - это полый цилиндр из закаленной стали, который вставляется в блок цилиндров. Гильзы требуются не для всех блоков цилиндров. Они изготавливаются из твердого материала, что позволяет противостоять тепловому воздействию в процессе сгорания внутри цилиндров и свести к минимуму степень износа в результате трения поршневых колец. Имеются два типа гильз цилиндров: мокрые гильзы (омываемые охлаждающей жидкостью) и сухие гильзы.

Мокрые гильзы

Мокрыми гильзы называются потому, что они напрямую контактируют с охлаждающей жидкостью двигателя. Для предотвращения проникновения охлаждающей жидкости к картеру двигателя используются уплотнения. Конструкция с мокрыми гильзами легко ремонтируется, т.к. эти гильзы можно довольно легко заменить. Это делает ненужным механическую обработку цилиндра и исключает потребность в поршнях с увеличенными ремонтными размерами. Мокрые гильзы вследствие своей конструкции имеют повышенную вероятность коррозии.

Сухие гильзы

Сухие гильзы не имеют прямого контакта с охлаждающей жидкостью двигателя. Сухие гильзы устанавливаются в блок цилиндров или посредством запрессовки или с использованием усадки.

Процесс с использованием усадки основывается на способности металлов сужаться при воздействии холода и расширяться в горячем состоянии. Для установки сухой гильзы она охлаждается, а блок цилиндров нагревается, затем гильза вставляется в блок цилиндров. Этот метод облегчает возможность замены гильз.

Картер двигателя

Картер двигателя поддерживает коленчатый вал и коренные подшипники. Нижняя часть блока цилиндров образует верхнюю часть картера. Нижнюю часть картера образует масляный картер, подсоединенный к нижней части блока цилиндров. Картер двигателя имеет несколько опорных поверхностей для установки коленчатого вала. Количество опорных мест варьируется в зависимости от длины коленчатого вала и расположения цилиндров. Например, двигатель с четырьмя цилиндрами обычно имеет пять таких опорных поверхностей. Коленчатый вал опирается на подшипники скольжения (вкладыши), которые устанавливаются на опорные поверхности и фиксируются крышками подшипников. Опоры имеют смазочные каналы, которые обеспечивают смазку коленчатого вала в процессе его быстрого вращения в этих подшипниках. Эти каналы совмещены со смазочными отверстиями в подшипниках. В блоке цилиндров имеется канавка для заднего масляного уплотнения коленчатого вала (если так можно выразиться "коренного" заднего масляного уплотнения), которое препятствует утечке масла в задней части коленчатого вала. Термин "коренной" относится к подшипникам, уплотнениям и другим опорным элементам, используемым на коленчатом вале. Эпитет "коренной" отличает эти опорные элементы от других опорных элементов, которые соединяются с коленчатым валом (таких как подшипники шатунов).

Коленчатый вал

Коленчатый вал преобразовывает возвратно-поступательное движение поршней во вращательное движение, необходимое для обеспечения вращения колес автомобиля. Коленчатый вал устанавливается в блоке цилиндров на U-образных опорах, которые отлиты в блоке цилиндров. Чтобы зафиксировать коленчатый вал в блоке цилиндров, к опорам крепятся болтами крышки подшипников, называемые крышками коренных подшипников. Между коленчатым валом и его опорными поверхностями располагаются вкладыши подшипников, в которых коленчатый вал фиксируется и может быстро вращаться. При изготовлении блока цилиндров поверхности для установки вкладышей коренных подшипников механически обрабатываются, что позволяет обеспечить их точную параллельность коленчатому валу. По этой причине крышки коренных подшипников никогда не следует менять друг с другом местами.

Коленчатый вал при выполнении рабочих ходов поршней испытывает огромные нагрузки. Обычно коленчатый вал изготавливается из тяжелого, высокопрочного чугуна. Коленчатые валы, предназначенные для двигателей с высокими динамическими характеристиками или двигателей для тяжелых режимов эксплуатации, обычно изготавливаются из кованной стали. Некоторые коленчатые валы имеют противовесы, расположенные напротив шатунных шеек. Противовесы балансируют коленчатый вал и предотвращают возникновение вибрации в процессе вращения с высокой частотой.

Коренные шейки

Коренные шейки коленчатого вала тонко полируются и имеют минимальное отклонение от округлой формы, что обеспечивает правильное вращения коленчатого вала во вкладышах подшипников. Масло в смазочные каналы, просверленные в коренных шейках, поступает из каналов, имеющихся в соответствующих опорных поверхностях блока цилиндров. Для смазки подшипников шатунов в вале просверлены наклонные смазочные каналы, идущие от коренных шеек к шатунным шейкам.

Упорные подшипники

Кроме того, одна из коренных шеек (обычно в середине или сзади) обработана таким образом, что имеет упорную поверхность в осевом направлении. Эта поверхность предназначена для специальных упорных полуколец (упорных подшипников), которые ограничивают перемещение коленчатого вала в двух направлениях вдоль собственной оси.

Шейки коленчатого вала

Шейки коленчатого вала - это элементы, которые служат как опорные поверхности для установки самого коленчатого вала или шатунов, которые подсоединяются к коленчатому валу. Шейки для коренных подшипников называются коренными шейками. Шейки для шатунов называются шатунными шейками.

Типичный коленчатый вал для 4-цилиндрового рядного двигателя имеет пять коренных шеек и четыре шатунные шейки. С каждой шатунной шейкой посредством шатуна соединяется один поршень. На V-образных двигателях к каждой шатунной шейке подсоединяются два шатуна

Коренные подшипники

Коренные подшипники, используя крышки коренных подшипников, поддерживают коленчатый вал в зоне его коренных шеек. Коренные подшипники коленчатого вала представляют собой полукруглые вкладыши, которые охватывают коренные шейки коленчатого вала. Верхний вкладыш подшипника имеет одно или несколько смазочных отверстий, которые позволяют смазке покрывать внутреннюю поверхность подшипника. Верхний вкладыш устанавливается в коренную опору на нижней поверхности блока цилиндров. Нижний вкладыш подшипника устанавливается в крышку подшипника. Рабочие поверхности вкладышей изготавливаются из менее твердого материала, чем коленчатый вал. Это способствует уменьшению трения и позволяет обеспечить "притирку" любых неровностей на коренной шейке. Кроме того, если имеет место износ, то ему подвергается вкладыш подшипника, заменить который дешевле, чем заменить коленчатый вал. Смазка подшипников

В большинстве двигателей верхние и нижние вкладыши подшипников не взаимозаменяемы. Верхний вкладыш обычно имеет смазочное отверстие, которое позволяет маслу течь к рабочей поверхности коренной шейки. Т.к. диаметр коренной шейки коленчатого вала на несколько сотых миллиметра меньше чем внутренний диаметр, создаваемый вкладышами подшипника, масляная пленка покрывает всю рабочую поверхность подшипника.

Радиальный зазор подшипника

Зазор между вкладышами подшипника и шейкой коленчатого вала называется радиальным зазором подшипника. Радиальный зазор - это один из наиболее важных размеров для двигателя. Масло, которое смазывает подшипники, фактически не имеет форму статичной масляной пленки. По мере вращения коленчатого вала масло течет к наружным краям подшипников, откуда и сбрасывается в картер двигателя. Новое масло постоянно поступает через смазочное отверстие, заменяя сбрасываемое масло. Постоянное течение масла через подшипники помогает охлаждать их и смывать продукты износа и грязь с рабочих поверхностей подшипников. Если радиальный зазор слишком мал, количество масла для смазки подшипников будет недостаточным. Как результат этого, трение быстро приведет к износу подшипников. Если радиальный зазор слишком велик, через подшипники проходит слишком много масла. Давление масла падает, и шейка коленчатого вала может начать "бить" в подшипнике, а не быстро вращаться в нем. Чтобы предотвратить повреждение подшипников и коленчатого вала, зазоры в подшипниках точно выставляются при каждом ремонте подшипников или коленчатого вала.

Упорные подшипники

В дополнение к вращению коленчатый вал имеет склонность перемещаться вперед - назад. Т.к. это движение оказывает отрицательное влияние на коленчатый вал, для ограничения этого перемещения предпринимаются соответствующие меры. Одна из коренных шеек коленчатого вала предназначена для установки упорного подшипника. Упорный подшипник предохраняет коленчатый вал от перемещения вперед - назад. Верхний и нижний вкладыши упорного подшипника имеют смазочные масляные канавки, которые позволяют маслу смазывать шейку.

Гаситель колебаний (демпфер) коленчатого вала

Коленчатый вал, хотя и является очень прочным, имеет некоторую "податливость". В процессе рабочего хода коленчатый вал фактически слегка скручивается, затем "спружинивает" в исходное состояние. При нормальной работе горячего двигателя в режиме холостого хода, это скручивание и возвращение в исходное состояние может повторяться до пяти раз в секунду. При ускорении под нагрузкой, цикличность может возрастать до 25 - 30 раз в секунду. Скручивание и возвращение в исходное состояние становится причиной колебаний/ вибраций. Для минимизации этих колебаний/вибраций коленчатого вала предназначается гаситель вибраций (демпфер), который обычно закрепляется на переднем конце коленчатого вала.

Шатуны

Шатун передает движение поршня шатунной шейке коленчатого вала. Поршень соединяется с шатуном посредством стального поршневого пальца. Поршневой палец обеспечивает шарнирное закрепление поршня на верхней головке шатуна. Нижняя (большая) головка шатуна соединяется с коленчатым валом посредством крышки подшипника шатуна. Крышка очень похожа по конструкции на крышку коренного подшипника. Подшипники шатунов по конструкции аналогичны коренным подшипникам коленчатого вала.

Смазка стенок цилиндров

Смазочное отверстие в шатуне смазывает стенки цилиндра и охлаждает поршень. В некоторых конструкциях двигателя для смазывания и охлаждения стенок цилиндров используется разбрызгивание масла. Смазочные каналы коленчатого вала подают масло к шатунным шейкам коленчатого вала. Когда отверстия во вкладышах подшипника совпадают со смазочными каналами в шатунных шейках коленчатого вала, струя масла под давлением выходит через смазочное отверстие в головке шатуна.

Поршни

Верхняя поверхность поршня образует в цилиндре днище камеры сгорания. Поршень передает энергию, создаваемую в результате сгорания воздушно-топливной смеси, к коленчатому валу.

Верхняя поверхность поршня называется днищем или головкой поршня. В верхней части поршня имеется несколько канавок для установки компрессионных колец и маслосъемного кольца. Нижняя часть поршня (под кольцами) называется юбкой. Опорные поверхности юбки направляют поршень в канале цилиндра и предотвращают раскачивание поршня в цилиндре. Большинство поршней имеет маркировку на стенке или сверху, которая указывает сторону поршня, которая должна быть обращена к передней стороне двигателя.

Поршневой палец вставляется в отверстие в цилиндре, специально предназначенное для поршневого пальца. Поршневой палец соединяет поршень с шатуном. В некоторых конструкциях поршня отверстие для поршневого пальца слегка смещено от центра поршня. Такое смещение помогает стабилизировать поршень в процессе его возвратно-поступательного перемещения в цилиндре.Радиальный зазор поршня

Хотя поршень и устанавливается в цилиндре плотно, он полностью не герметизирует камеру сгорания. Герметизация обеспечивается посредством поршневых колец, устанавливаемых в соответствующие канавки около днища поршня. Чтобы создать пространство для поршневых колец и смазки, между наружной поверхностью поршня и стенкой цилиндра должен поддерживаться радиальный зазор. Этот зазор позволяет смазочному маслу поступать в верхнюю часть цилиндра. Зазор также предотвращает заедание двигателя в том случае, если один из поршней слишком сильно расширяется в результате перегревания. Для компенсации теплового расширения используются два типа поршневых колец: сведенные на конус и со шлифовкой по копиру.

Сведенные на конус поршни

Чтобы обеспечить постоянство радиального зазора поршня по всей длине цилиндра, поршень обычно имеет слегка сведенную на конус форму. Когда поршень находится в холодном состоянии, диаметр верхней части поршня немного меньше, чем диаметр нижней части. Когда двигатель работает, верхняя часть поршня становится намного горячей, чем нижняя, и тепловое расширение верхней части поршня выравнивает диаметры.

Поршни со шлифовкой по копиру

Чтобы улучшить посадку поршня в цилиндре и компенсировать тепловое расширение используется другая технология, называемая шлифовкой по копиру. Поршни со шлифовкой по копиру изготавливаются таким образом, чтобы иметь слегка овальную форму. Поршень рассчитывается таким образом, чтобы при нагревании расширяться в направлении малого диаметра, делая поршень более круглым, и в основном без увеличения общего диаметра.

Поршневые кольца

Поршневые кольца герметизируют камеру сгорания, в которой происходит сгорание воздушно-топливной смеси. В дополнение к герметизации камеры сгорания поршневые кольца снимают масло со стенок цилиндра и направляют его обратно в картер двигателя. Кроме того, поршневые кольца помогают передавать тепло от поршня к стенкам цилиндра.

Два верхних кольца называются компрессионными кольцами. Обычно они изготавливаются из чугуна с хромированием поверхности, обращенной к стенке цилиндра. В сечении компрессионные кольца могут иметь различную форму. Нижнее кольцо называется маслосъемным кольцом. Маслосъемное кольцо обычно собирается из нескольких элементов, собранных в определенной последовательности водной поршневой канавке. Типичное маслосъемное кольцо собирается из двух рабочих колец, разделенных расширительным кольцом.

Компрессионные кольца

Компрессионные кольца герметизируют камеру сгорания, очищают стенки цилиндра и передают тепло от поршня к стенке цилиндра. Когда на ходе впуска поршень перемещается по цилиндру вниз, нижние кромки компрессионных колец снимают любое масло, которое не было возвращено маслосъемным кольцом. На ходах сжатия и выпуска компрессионные кольца скользят по масляной пленке, таким образом не выжимая масло в камеру сгорания. На рабочем ходе кольца создают герметичное уплотнение камеры сгорания. Кроме того, кольца обеспечивают отвод тепла от поршня к стенкам цилиндра.

Маслосъемные кольца

Маслосъемные кольца обеспечивают смазку стенок цилиндра и направляют масло обратно к картеру двигателя. Масло постоянно разбрызгивается на стенки цилиндров, чтобы обеспечить смазку между стенкой цилиндра и поршневыми кольцами. Когда поршень перемещается в направлении н.м.т., масло, имеющееся на стенке цилиндра, не может попасть в пространство между поршнем и цилиндром и поэтому требуется определенное место для прохода масла. Маслосъемное кольцо обеспечивает проход для возвращения масла к картеру двигателя.

По мере того, как масло снимается со стенки цилиндра компрессионными кольцами, оно поступает за верхнее расширительное кольцо и далее в отверстия, имеющиеся в канавке маслосъемного кольца. Эти отверстия направляют масло в открытое пространство внутри юбки поршня. Затем масло сливается назад в картер двигателя.

Для правильной герметизации цилиндра в целях обеспечения компрессии и для управления прохождением масла зазоры в стыках поршневых колец располагаются со смещением относительно друг друга.

автозапчасти в москве

www.mskjapan.ru

---

• 
  Тема инструктажа по технике безопасности
• 
  Кран передвижной
• 
  Техника безопасности при малярных работах
• 
  Ремонт аккумуляторных батарей
• 
  Феникс машина
• 
  Дорога и автомобиль
• 
  Первичный вал коробки передач
• 
  Первичный вал коробки передач
• 
  Синхронизация с сетью генератора
• 
  Синхронизация с сетью генератора
• 
  Уаз схема электронного зажигания