Блок цилиндров: как он появился, развивался и зачем вообще нужен. Блок цилиндров двигателя

Блок цилиндров двигателя. Виды блоков и их конструкции. (Часть1).

Блок цилиндров двигателя. Виды блоков и их конструкции. (Часть1).

Блок цилиндров является основополагающим элементом двигателя, он выполняет функцию каркаса, в котором располагаются цилиндры, окруженные охлаждающей рубашкой, масляные каналы, а в нижней его части выполнена постель для коленчатого вала. В процессе работы, вся основная нагрузка от вращающихся и поступательно движущихся деталей воспринимается именно блоком цилиндров двигателя. Поэтому при его изготовлении в нем изначально должен быть заложен большой запас прочности.

Одним из самых распространенных блоков используемых в автомобильной индустрии является рядный четырехцилиндровый блок, отлитый из серого лигированого чугуна, причем в котором цилиндры отлиты как одно целое. В нижней части блока цилиндров (картере) располагается постель для вкладышей коленчатого вала, сверху закрытая крышками коренных подшипников. Крышки подшипников или как их еще называют бугели, притянуты к блоку цилиндров болтами диаметром 10-12 мм, болты большего диаметра используются редко. Моменты и схема затяжки ботов, как правило, описаны в технической документации к автомобилю, но обычно для резьбы М10 момент затяжки лежит в пределах между 65 и 80 Нм, для резьбы М12 – это 90-110 Нм.

Крышки коренных подшипников при установке должны обязательно центроваться, это обеспечит их правильную установку и предотвратит вероятность перекоса крышки. На практике это достигается разными способами. Как мы можем видеть на картинке с боку, центрирование a и b является самым простым и распространенным, но оно не является столь успешным как хотелось бы, так как оно не может обеспечить идеальной геометрии постели. Если предыдущий вариант сравнивать с c и d, то здесь мы уже видим более сложное, но в тоже время точное центрирование c с помощью втулок, и d с помощью штифтов. В настоящее время производители свое предпочтение отдали варианту c, поэтому мы чаще можем встретить его применение в конструкциях крепления крышек коренных подшипников к блоку цилиндров.

При изготовлении двигателя на заводе крышки коренных подшипников, как правило, нумеруются (на каждой крышке выбивается порядковый номер), каждая крышка должна устанавливаться на свое место. Нумерация крышек обычно идет на возрастание в сторону коробки передач, но встречаются автомобили, в которых нумерация идет в обратном направлении.

В процессе работы двигателя коленчатый вал испытывает изгибающие нагрузки, от силы давления газов, передаваемые через поршень с шатуном. В свою очередь коленчатый вал передает эту нагрузку коренным опорам. Это говорит о том, что блок цилиндров при работе двигателя постоянно испытывает изгибающую нагрузку, и если его жесткости будет не достаточно, то в результате этого в скором времени из-за ускоренного износа выйдут из строя подшипники и двигатель потребует ремонта. Поэтому для придания жесткости блока на некоторых автомобилях, в частности NISSAN, HONDA, крышки коренных подшипников могут быть отлиты как одна целая деталь.

Или крышки подшипников устанавливаются отдельно, а сверху ложится специальная рама, которая прижимается теми же болтами.

На немецких автомобилях (AUDI, BMW), для придания жесткости блоку, мы можем встретить такой вариант исполнения: помимо классических болтов крышки, по бокам вкручены дополнительные.

При увеличении расстояния между плоскостью разъема коренных подшипников и нижней плоскостью разъема блока и поддона картера, жесткость блока на изгиб также увеличивается.

Очень большая жесткость блока цилиндров достигается, если нижняя часть блока отлита с крышками как одно целое и является верхней частью поддона. Данное исполнение мы можем встретить, на следующих марках автомобилей PORSCHE, VOLKSWAGEN, AUDI , TOYOTA, RENAULT и VOLVO.

Иногда чтобы добиться необходимой прочности и жесткости блока некоторые автопроизводители, например, такие как MERCEDES-BENZ,VOLKSWAGEN, BMW и другие, устанавливают литые алюминиевые поддоны. Для дополнительного охлаждения масла, их отливают с внешними ребрами. У литых поддонов, в отличие от штампованных, есть небольшой минус. Он заключается в том, что если автомобиль не оборудован дополнительной защитой двигателя от механических повреждений, то при наезде автомобиля на препятствие литой алюминиевый поддон получит более серьезные повреждения, нежели штампованный. Из-за сложности ремонт литого поддона окажется значительно дороже. Чтобы избежать дорогостоящего ремонта на некоторых автомобилях MERCEDES-BENZ, стали использовать комбинированные поддоны. Нижнюю часть стали делать штампованной.

Деформация блока цилиндров или вала характерна смещением осей постелей и шеек коленчатого вала, в результате это приводит к тому, что появляется неравномерный износ на шейках и вкладышах.

И, наконец, рассмотрим последний вариант - это придание жесткости блоку по опорам коренных подшипников коленчатого вала. Такой способ имел место на дизельных двигателях ROVER и ALFA-ROMEO. Данный способ заключается в том, что разъема блока по коренным подшипникам попросту нет, разъемными сделаны сами опоры, имеющие наружный диаметр больше, чем диаметр противовесов коленчатого вала. Эти блоки стали называть “туннельными”, но несмотря на повышенную жесткость данной конструкции, широкого применения она не получила, из-за большой сложности и увеличенного веса.

В следующей части рассмотрим устройство и назначение цилиндров.

avto-master.info

Блок цилиндров - это... Что такое Блок цилиндров?

Блок цилиндров — основная деталь 2-х и более цилиндрового поршневого двигателя внутреннего сгорания. Является цельнолитой деталью, объединяющей собой цилиндры двигателя. Отливается как правило — из чугуна, реже — алюминия. 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 двигателя, на которую навешиваются остальные детали.

Сами цилиндры в блоке цилиндров могут являться как частью отливки блока цилиндров, так и быть отдельными сменными втулками, которые могут быть «мокрыми» или «сухими». Помимо образующей части двигателя, блок цилиндров несет дополнительные функции, такие как основа системы смазки — по отверстиям в блоке цилиндров масло под давлением подается к местам смазки, а в двигателях жидкостного охлаждения основа системы охлаждения — по аналогичным отверстиям жидкость циркулирует по блоку цилиндров.

Стенки внутренней полости цилиндра служат также направляющими для поршня при его перемещениях между крайними поло­жениями.

Цилиндр работает в условиях переменных давлений в надпоршневой полости. Внутренние стенки его соприкасаются с пламенем и горячими газами, раскаленными до температуры 1500—2500°С. К тому же средняя скорость скольжения поршневого комплекта по стенкам цилиндра в автомобильных двигателях достигает 12— 15 м/сек при недостаточной смазке. Поэтому материал, употребляемый для изготовления 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 (Износ цилиндров автомобильных двигателей является следствием комплексного воздействия на стенки многочисленных физических и химических быстротекущих 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). 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 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 наиболее высокую степень форсировки 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» со стенками, и двигатель мгновенно 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 СССР, не испытывавшем недостатка в лёгких металлах, она стала применяться практически на всех автомобилях, включая грузовики, что, помимо вышеуказанных преимуществ, давало возможность капитально ремонтировать блок цилиндров просто заменяя гильзы, давая большой экономический эффект. Тем не менее, у неё были и свои недостатки: алюминиевый блок с мокрыми гильзами получается намного менее жёстким, чем цельнолитой чугунный, и поэтому достаточно чувствителен к перегреву и хуже переносит форсировку. Кроме того, алюминий дорог и на большей части территории Земли дефицитен. Поэтому на большинстве двигателей до 80-х — 90-х годов блоки были всё же отлиты из чугуна, несмотря на явно избыточную массу. На высокофорсированных двигателях также часто использовались более прочные чугунные блоки.

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, и они не 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.

Альтернативный подход предполагает цельноалюминиевый блок, стенки цилиндров которого специально упрочняют. Например, на пионере этого направления — двигателе Chevrolet Vega 1971 года — блок отливался из сплава с содержанием до 17 % кремния (фирменное название Silumal), а специальная обработки стенок цилиндров обогащала их кристаллами кремния (химическим травлением — специально подобранного состава кислота вымывает алюминий с поверхности стенки, не трогая кремний), доводя до требуемой твёрдости (кремний 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 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 составляет порядка нескольких микрон. Тем не менее, чувствительность цельноалюминиевых блоков к перегреву и качеству смазочных материалов никуда не делась — такие двигатели требуют высокой культуры 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 с повышенным (до 27 %) содержанием кремния упрочненными стенками (технология Locasil), — это позволяет снизить стоимость.

Альтернативной является технология Nicasil — никелевое покрытие на алюминиевых стенках цилиндров с напылением кристаллов карбида кремния, её цель всё та же — повышение твёрдости. Её 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 М60 и М52 фирмы BMW, причём их продажи в некоторых странах сопровождались скандалом — «никасил» разрушался от реакции с некоторыми видами топлива с высоким содержанием 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. К сожалению, магний редок и дорог, поэтому используется крайне редко, обычно на спортивных моторах. Некоторое исключение — двигатель «Запорожца» с картером из авиационного магниевого сплава МЛ-5 (и отдельными чугунными цилиндрами).

Ссылки

dic.academic.ru

Блок цилиндров - ремонт своими руками, основные неисправности + Видео

Блок цилиндров – это самая основная часть любого двигателя. Именно к нему крепят все остальные детали, начиная от коленчатого вала заканчивая головкой блока цилиндров. БЦ изготавливают из чугуна, однако, в настоящее время, в производстве активно вводится и алюминий.

Устройство блока цилиндров

Внутри блока располагают сквозные отверстия с отшлифованными стенками, внутри которых перемещаются поршни. В нижней части имеется специальная постель, на которой, посредством подшипников, закрепляются концы коленчатого вала. Там же находится поверхность, предназначенная для крепления поддона, в сборе с которым он представляет собой картер для смазывающего вещества.

Верхняя часть блока имеет идеально ровную поверхность, к которой с помощью болтов крепится головка блока цилиндров. То, что сейчас все привыкли называть цилиндрами, образуются из головки и самого блока. Сбоку же, блок имеет специальные кронштейны для крепления к кузову автомобиля.

Внутри цилиндров могут располагаться специальные гильзы, которые запрессовываются внутрь с использованием специальных механизмов. Гильзы нашли широкое применение в блоках цилиндров, изготовленные из алюминия.

Все детали, которые крепятся к двигателю, имеют специальные уплотнительные прокладки, которые не допускают утечку масла через места соединений. При ремонте ГБЦ, рекомендуется все эти прокладки заменить. 

Что подлежит ремонту в блоке цилиндров?

В ходе проведения ремонта, рекомендуется применение специального оборудования, которое представляет собой расточной станок. Тем не менее, нельзя исключать и пользование ручными средствами, такими, как дрель. Для этого необходимо соорудить специальную насадку для расточки каналов блока цилиндров.

Перед началом выполнения работ, необходимо оценить состояние БЦ, найти неисправности и провести соответствующий ремонт.

1. Выработка поверхности рабочей части цилиндров. Является самым известным дефектом и встречается довольно часто. Устраняется путем расточки цилиндров и последующего шлифования. Таким образом, можно избавиться от различных царапин и впадин на поверхности цилиндра, которые мешают нормальному функционированию узла.

Естественный износ цилиндров происходит по причине длительной эксплуатации автомобиля. Данное явление неизбежно и, чаще всего, возникает в верхней мертвой точке. Однако, есть и другой вид износа, который появляется из-за зазоров в подшипнике коленчатого вала. Деталь начинает болтаться, а вместе с ней и шатуны, которые с помощью поршней наносят повреждения цилиндрам блока.

2. Надлом или обрывы шатунов. Это очень серьезная неисправность, которая происходит из-за плохой смазки шатунного подшипника. Он разбалтывается и в конечном итоге нарушает структуру шатуна, что приводит к многочисленным разрушениям как внутри цилиндров, так и самого коленчатого вала. Неисправность исправляется расточкой цилиндра и заменой поврежденных деталей.

3. Повреждения клапана. Происходит из-за разрушения седла и дает начало появлению на поверхности верхней части цилиндра различных дефектов. Имеет, также неблаготворное влияние и на головку блока цилиндров.

4. Трещины и задиры в гильзе. Является самой редкой неисправностью и происходит по причине неправильной затяжки болтов головки блока. 

Видео - Как отремонтировавь блок цилиндров самому

Скрытые неисправности блока

Есть ряд повреждений, которые невозможно обнаружить невооруженным глазом. Если вы их не найдете, это значит, что после ремонта блока, спустя 10 тысяч километров, вы можете столкнуться и с другими проблемами двигателя, которые быстро выведут его из строя.

1. Деформация. Данная неисправность, чаще всего, происходит по вине автомобильных конструкторов, которые не провели специальные мероприятия по снятию внутреннего напряжения чугуна. Чтобы исправить данный дефект, необходимо нагреть двигатель до специальной температуры и сразу же произвести механическую обработку.

Помимо этого, деформация блока цилиндров может произойти из-за неравномерного, по всему объему, нагрева блока, что также происходит по вине производителя.

2. Трещины в блоке. Такая проблема достаточно распространенная и узнать о ней очень трудно, так как данные трещины невидимы не вооруженным глазом. Трещина в блоке может возникнуть при перепадах температур (например, если вылить холодную воду на горячий двигатель) или при замерзании и расширении воды внутри блока.

В последнем случае, обнаружить трещину очень легко, так как она будет иметь большие размеры, и дальнейшая эксплуатация двигателя станет невозможной. После этого, блок ремонту не подлежит и его необходимо заменить целым аналогом.

После исправлений деформации двигателя, необходимо провести ремонт постели, предназначенной для крепления подшипника коленчатого вала. Хотя, чаще всего, он становится необходимым, если был выведен из строя подшипник коленчатого вала.

Если вы случайно испортили резьбу отверстий для болтов и шпилек, то восстановить их трудоспособность не составит труда. Для этого просверлите отверстие и избавьтесь от старой резьбы. После этого, с помощью метчика нарежьте новую резьбу и подгоните другую шпильку.

Как видите, на теории ремонт блока цилиндров выглядит легко и просто, однако, там есть некоторые мелкие проблемы, которые подлежат ремонту только на специальном оборудовании. Если вы не имеете таких приспособлений, то лучше отвезти деталь к опытному мастеру. 

vipwash.ru

Блок цилиндров двигателя

Цилиндр с головкой служит камерой, где осуществляется рабочий процесс двигателя; стенки цилиндра направляют движение поршня.

Блоком цилиндров называется общая отливка корпуса двигателя, в которой располагаются цилиндры. Блок цилиндров изготовляется вместе с картером. Эта отливка, называемая блок-бартером, служит для крепления и сборки всех механизмов и устройств двигателя.

Материалом для отливки блок-картера является чугун или алюминиевый сплав. При изготовлении блока из чугуна цилиндры рядного двигателя обычно отлиты вместе с блоком.

Внутренняя рабочая поверхность цилиндров тщательно обработана и отшлифована и называется зеркалом цилиндра. Между стенками цилиндров и наружными стенками отливки блока имеется полость, которая заполняется водой, охлаждающей двигатель, и называется водяной рубашкой.

В случае отливки блок-картера из алюминиевого сплава цилиндры изготовляются в виде отдельных чугунных гильз, устанавливаемых в отверстия верхней и нижней перегородок блока. В блоке гильза закрепляется верхним буртом, входящим в выточку блока и зажимаемым сверху устанавливаемой на блок головкой на прокладке.

Гильза непосредственно соприкасается с водой, циркулирующей в водяной рубашке, и называется «мокрой». В этом случае гильза надежно уплотняется в нижней перегородке блока с помощью медного или резинового кольца. Такая же конструкция цилиндров применяется у V-образных двигателей.

В верхнюю часть цилиндров блока или гильз, наиболее подвергающихся воздействию высокой температуры и разъедающему действию отработавших газов, обычно запрессовывают короткие гильзы из специального износоустойчивого антикоррозионного чугуна, увеличивающие срок службы цилиндров двигателя.

При нижнем расположении клапанов с одной стороны блока имеются впускные и выпускные каналы и гнезда, в которых устанавливаются клапаны. С этой же стороны блока расположена камера, называемая клапанной коробкой, в которой располагаются детали механизма газораспределения. Клапанная коробка закрывается одной или двумя крышками. К передней части блока цилиндров крепится крышка распределительных шестерен. К задней части блока присоединен картер маховика.

Верхняя плоскость блока цилиндров тщательно обработана, и на нее установлена общая головка, закрывающая цилиндры сверху. В головке над цилиндрами сделаны углубления, образующие камеры сгорания, а также имеется водяная рубашка, сообщающаяся с водяной рубашкой блока. При верхнем расположении клапанов в головке, кроме того, расположены гнезда клапанов и отлиты впускные и выпускные каналы. В головке имеются отверстия для завертывания свечей зажигания. Головка у большинства карбюраторных двигателей отливается из алюминиевого сплава.

Такая головка обладает высокой теплопроводностью, вследствие чего снижается температура рабочей смеси в цилиндрах двигателя в конце тактов сжатия. Поэтому представляется возможным повысить степень сжатия двигателя без появления детонационного сгорания топлива при работе двигателя.

Головка крепится к блоку гайками па шпильках или болтами. Между блоком и головкой установлена уплотняющая прокладка, устраняющая пропуск газов из цилиндров и протекание воды из водяной рубашки в месте стыка головки и блока. Прокладку изготовляют из асбестового картона, облицованного тонкой листовой сталью. Снизу к фланцу картера двигателя крепится стальной штампованный поддон.

При нижнем одностороннем вертикальном расположении клапанов камера сгорания двигателя смещена в сторону расположения клапанов. Такая камера сгорания смещенного типа обеспечивает хорошее завихрение смеси при сжатии ее и наилучшие условия ее сгорания.

Для сокращения длины l камеры сгорания и улучшения условий сгорания рабочей смеси, а также для уменьшения сопротивлений потоку смеса при впуске в цилиндр в двигателях часто применяют наклонное к оси цилиндра расположение нижних клапанов.

При верхнем однорядном расположении клапанов камера сгорания в карбюраторных двигателях имеет обычно полусферическую форму или полуклиновую форму.

При всех формах камер сгорания часть ее поверхности (вытеснитель) близко расположена от днища поршня при верхнем его положении. Такие вытеснители способствуют лучшему распределению объема сжатой рабочей смеси и снижают возможность возникновения детонации при сгорании смеси.

При изготовлении блок-картера, головки и других деталей (крышка распределительных шестерен и др.) из алюминиевых сплавов можно снизить общий вес двигателя. В случае применения в блоке съемных гильз легче изготовлять блок-картеры и удобнее ремонтировать цилиндры при их износе.

В дизелях давление газов при сгорании значительно выше, чем в карбюраторных двигателях, поэтому детали таких двигателей испытывают большие нагрузки и выполнены более прочными и жесткими.

Блок цилиндров изготовляют особенно жестким. Это достигается значительной толщиной стенок цилиндров и картера, наличием внутри картера большего количества ребер и смещением плоскости разъема картера значительно ниже оси коленчатого вала.

Цилиндры двигателя снабжаются сухими (т. е. не соприкасающимися непосредственно с водой) или мокрыми вставными гильзами, которые вставлены в расточенные цилиндры блока.

При большой величине степени сжатия для получения возможно малого объема камеры сгорания в дизелях применяют только верхнее расположение клапанов. В двигателях с непосредственным впрыском топлива головка углублений не имеет, а камера сгорания образуется соответствующим углублением в днище поршня.

aboutavtobus.ru

Блок цилиндров: как он появился, развивался и зачем вообще нужен

На первый взгляд, поставленный в заголовке вопрос выглядит бессмысленно. Что значит «зачем вообще нужен блок цилиндров»? Он представляется как некая вечная данность, как основа всего и вся. А ведь у первых автомобилей с ДВС никакого блока цилиндров не было! Сейчас, долгими январскими вечерами, самое время вернуться к самым-самым истокам, вспомнить «лихие 30-е» и проследить эволюцию от примитивных конструкций конца XIX века до современных алюсиловых моторов. И убедиться, насколько много общего они имеют.

Гражданское моторостроение – это очень консервативная отрасль. Все те же коленчатый вал, поршни, цилиндры, клапаны, как и 100 лет назад. Удивительные бесшатунные, аксиальные и другие схемы никак не хотят внедряться, доказывая свою непрактичность. Даже двигатель Ванкеля, большой прорыв шестидесятых, фактически остался в прошлом.

Все современные «новшества», если присмотреться, лишь внедрение гоночных технологий пятидесятилетней давности, приправленное дешевой в производстве электроникой для более точного управления «железяками». Прогресс в строительстве двигателей внутреннего сгорания – скорее в синергии небольших изменений, чем в глобальных прорывах.

И жаловаться-то вроде бы грех. Про надежность и ремонтопригодность в этот раз не будем, а мощость, чистота и экономичность современных двигателей для человека из семидесятых годов показались бы истинным чудом. А если отмотать еще несколько десятилетий?

Сотню лет назад моторы были еще карбюраторные, с зажиганием от магнето, обычно нижнеклапанные или даже с «автоматическим» впускным клапаном… И ни о каких наддувах еще и не думали. А еще старые-старые двигатели не имели детали, которая сейчас является главным его компонентом – блока цилиндров.

До внедрения блока

Первые моторы имели картер, цилиндр (или несколько цилиндров), но блока у них не было. Вы удивитесь, но основа конструкции – картер – частенько был негерметичным, поршни и шатуны были открыты всем ветрам, а смазывались из масленки капельным способом. Да и само слово «картер» сложно применимо к конструкции, сохраняющей взаимное положение коленчатого вала и цилиндра в виде ажурных кронштейнов.

У стационарных двигателей и судовых подобная схема сохраняется и по сей день, а автомобильные ДВС все же нуждались в большей герметичности. Дороги всегда были источником пыли, которая сильно вредит механизмам.

Первопроходцем в области «герметизации» считается компания De Dion-Bouton, которая в 1896 году запустила в серию мотор с цилиндрическим закрытым картером, внутри которого размещался кривошипно-шатунный механизм.

На фото: мотор Де-Дион

Правда, газораспределительный механизм с его кулачками и толкателями размещался еще открыто – это было сделано ради лучшего охлаждения и ремонта. Кстати, к 1900 году эта французская компания оказалась крупнейшим производителем машин и ДВС в мире, выпустив 3 200 моторов и 400 автомобилей, так что конструкция оказала сильное влияние на развитие моторостроения.

…и тут появляется Генри Форд

Первая массовая конструкция с цельным блоком цилиндров до сих пор остается одной из самых массовых машин в истории. Модель Ford T, появившаяся в 1908 году, имела четырехцилиндровый мотор, с чугунной головкой блока, нижними клапанами, чугунными поршнями и блоком цилиндров – опять же из чугуна. Объем мотора был вполне «взрослый» по тем временам, 2,9 литра, а мощность в 20 л. с. еще долго считали вполне достойным показателем.

На фото: двигатель Ford T

Более дорогие и сложные конструкции в те годы щеголяли раздельными цилиндрами и картером, к которому они крепились. Головки цилиндров часто были индивидуальными, и вся конструкция из головки цилиндра и самого цилиндра крепилась к картеру шпильками. После появления тенденции к укрупнению узлов картер часто оставался отдельной деталью, но блоки по два-три цилиндра все еще были съемными.

В чем смысл разделения цилиндров?

Конструкция с отдельными съемными цилиндрами выглядит сейчас несколько необычно, но до Второй мировой войны, несмотря на нововведения Генри Форда, это была одна из наиболее распространенных схем. У авиационных моторов и двигателей воздушного охлаждения она сохранилась и поныне. А у «воздушного оппозитника» Porsche 911 series 993 вплоть до 1998 года никакого блока цилиндров не было. Так зачем же разделять цилиндры?

Цилиндр в виде отдельной детали – штука вообще-то достаточно удобная. Его можно сделать из стали или любого другого подходящего материала, например, бронзы или чугуна. Внутреннюю поверхность можно покрыть слоем хрома или никельсодержащих сплавов, при необходимости сделав ее очень твердой. А снаружи нарастить развитую рубашку для воздушного охлаждения. Механическая обработка сравнительно компактного узла будет точной даже на достаточно простых станках, а при хорошем расчете крепления тепловые деформации будут минимальны. Можно сделать гальваническую обработку поверхности, благо деталь небольшая. Если у такого цилиндра появился износ или другие повреждения, то его можно снять с картера мотора и поставить новый.

Минусов тоже хватает. Помимо более высокой цены и высоких требований к качеству сборки моторов с раздельными цилиндрами серьезным недостатком является низкая жесткость такой конструкции. А значит – повышенные нагрузки и износ поршневой группы. Да и с водяным охлаждением сочетать «принцип раздельности» получается не очень удобно.

Статьи / Практика

Для человека, эксплуатирующего автомобиль изо дня в день, мотор-«воздушник» – дополнительный шаг к независимости от технических вопросов. В особенности это касается владельцев не новых, а подержанных...

22344 6 19 12.02.2016

Из мейнстрима моторы с раздельными цилиндрами ушли уже очень давно – минусы перевесили. К середине тридцатых годов в автомобилестроении подобные конструкции уже почти не встречались. Разнообразные комбинированные конструкции – например, с блоками из нескольких цилиндров, общим картером и головкой блока – попадались на мелкосерийных люксовых авто с объемными моторами (можно вспомнить подзабытую марку Delage), но к концу 30-х это все вымерло.

Победа цельночугунной конструкции

Привычная нам сегодня конструкция победила благодаря своей простоте и низкой стоимости изготовления. Большая отливка из дешевого и прочного материала после точной механообработки получается все равно дешевле и надежнее, чем отдельные цилиндры и тщательная сборка всей конструкции. А на нижнеклапанных моторах клапаны и распределительный вал располагаются тут же, в блоке, что еще больше упрощает конструкцию.

Рубашка системы охлаждения отливалась в виде полостей в блоке. Для особых случаев можно было применить и отдельные гильзы цилиндров, но мотор на Ford T таких изысков не имел. Чугунные поршни со стальными компрессионными кольцами работали прямо по чугунному цилиндру. И кстати, маслосъемное кольцо в привычном нам виде там отсутствовало, его роль выполняло нижнее третье компрессионное, расположенное ниже поршневого пальца.

На фото: Ford Model T

Такая «цельночугуниевая» конструкция доказала свою надежность и технологичность за много лет производства. И была перенята у Форда такими массовыми производителями, как GM, на долгие последующие годы.

Правда, отливка блоков с большим числом цилиндров оказалась технологически сложной задачей, и многие моторы имели по два-три полублока с несколькими цилиндрами в каждом. Так, рядные «шестерки» тридцатых годов иногда имели два трехцилиндровых полублока, а уж рядные «восьмерки» и подавно изготавливали по такой схеме. Например, мощнейший мотор Duesenberg Model J был изготовлен именно так: два полублока были накрыты единой головкой.

На фото: двигатель Duesenberg J

Впрочем, к началу сороковых годов прогресс позволил создавать и цельные блоки такой длины. Например, блок Chevrolet Straight-8 «Flathead» был уже цельным, что снижало нагрузку на коленчатый вал.

Чугунные гильзы в чугунном же блоке тоже были достаточно удачным решением. Высокопрочный легированный химически стойкий чугун стоил дороже обычного, и отливать из него весь большой блок не имело смысла. А вот сравнительно небольшая «мокрая» или «сухая» гильза оказалась хорошим вариантом.

Освоенная в довоенные еще годы принципиальная конструкция моторов не меняется много десятилетий подряд. Блоки цилиндров многих современных моторов отлиты из серого чугуна, иногда со вставками из высокопрочного в зоне верхней мертвой точки. Например, чугунный блок имеет вполне современный Renault Kaptur с мотором F4R, об обслуживании которого мы писали на днях. Чугун хорош, в частности, тем, что блок из него легко поддается капремонту расточкой цилиндров большего диаметра. Если, конечно, производитель выпускает поршни «ремонтного» размера.

На фото: двигатель F4R

Правда, с годами блоки становятся все более «ажурными» и менее массивными. По ранним блокам цифры найти сложно, но давайте возьмем два семейства моторов с разницей чуть более чем в 10 лет. У блока серии GM Gen II середины 90-х толщина стенки моторов колебалась от 5 до 9 мм. У современного VW EA888 конца 2000-х – уже от 3 до 5. Но мы явно забегаем вперед…

Делаем блок легче

Утончение стенок, чем вовсю занимаются конструкторы в последние годы – это, как вы понимаете, не единственный способ снизить вес блока. В 20-30-е годы о экономии массы и топлива думали существенно меньше, чем сейчас, но первые попытки облегчения делались. И уже тогда додумались использовать алюминий.

Статьи / Практика

Рядная «четверка» 3,2 TD серии 4M41 – далеко не худший представитель семейства современных турбодизелей. Оттаскав за 10 лет две с половиной тонны японского железа в лице Mitsubishi Pajero Wagon 2006 года выпуска, этот...

7316 0 1 28.09.2016

На гоночных и спортивных машинах той эпохи можно было встретить симбиоз из алюминиевого картера и головки блока с чугунной отливкой блоков цилиндров. Затем прогресс в металлообработке позволил создать более удобный вариант подобного симбиоза. Блок цилиндров оставался цельным, но отливался из алюминия, что снижало его массу в три-четыре раза, в том числе и за счет лучших литьевых качеств металла. Сами же цилиндры изготавливали в виде чугунных гильз, которые запрессовывали в блок.

Гильзы делились на «сухие» и «мокрые», разница в общем-то понятна из названия. В блоках с сухой гильзой она вставлялась в алюминиевый цилиндр (или вокруг нее отливался блок) с натягом, а «мокрая» гильза просто закреплялась в блоке нижним концом, а при установке ГБЦ полость вокруг превращалась в рубашку охлаждения. Второй вариант оказался перспективнее на тот момент, поскольку упрощал отливку и снижал массу деталей. Но в дальнейшем рост требований к жесткости конструкции, а также сложность сборки подобных двигателей оставили эту технологию «за бортом» прогресса.

Сухие же гильзы в алюминиевом блоке – это и сейчас самый распространенный вариант изготовления детали. И один из самых удачных, ведь чугунная гильза изготавливается из высококачественного легированного чугуна, алюминиевый блок жесткий и легкий. К тому же теоретически эта конструкция еще и ремонтопригодна, как и чугунные блоки. Ведь изношенную гильзу можно «вынуть» и запрессовать новую.

Что дальше?

Единственная принципиально новая технология последних лет – это еще более легкие блоки с напылением сверхпрочного и сверхтонкого слоя на внутреннюю поверхность цилиндров. Подробно о плюсах и минусах, и даже о способах капремонта подобных конструкций я уже писал – повторяться смысла нет. Концептуально мы имеем все тот же ДВС образца 30-х годов. И есть все основания полагать, что до конца «эры внутреннего сгорания», когда доведут до ума электромобили, моторы на жидких углеводородах останутся примерно такими же.

www.kolesa.ru

Виды блоков цилиндров (разновидности конструкций)

У алюминиевых блоков цилиндров различные концепции и способы изготовления конкурируют друг с другом. При определении параметров блоков

цилиндров соответствующие технические и экономические преимущества и недостатки должны тщательно взвешиваться друг относительно друга.

Нижеследующие главы дают обзор различных видов конструкций блоков цилиндров.

Монолитные блоки

Под монолитными блоками понимаются конструкции блоков цилиндров, которые не имеют ни мокрых гильз, ни привёрнутых основных плит в форме корпуса коренных подшипников - опорной плиты (Bedplate) (изобр. 1). Для получения определённых поверхностей или прочности монолитные блоки могут иметь, однако, соответствующие заливаемые части в зоне отверстий цилиндров (вставки из серого чугуна, LOKASIL®-Preforms), а также заливаемые части из серого или ковкого чугуна и усиления волокном в зоне отверстий под коренные подшипники. Последние, однако, не отражают ещё состояния техники.

Блоки из двух частей (с опорной плитой)

У данной конструкции крышки коренных подшипников коленчатого вала размещены совместно в отдельной опорной плите (изобр. 2). Опорная плита соединена резьбовыми соединениями с картером и усилена залитым в алюминий шаровидным графитом с целью уменьшения люфта в коренных подшипниках, соответственно, чтобы компенсировать большее удельное температурное расширение алюминия. Таким путём достигаются чрезвычайно жёсткие конструкции блоков цилиндров. Как и у монолитных блоков цилиндров, здесь в зоне отверстий цилиндров могут также быть предусмотрены заливаемые части.

Конструкция "Open-Deck" с отдельными, свободно стоящими цилиндрами

У данной конструкции рубашка охлаждения открыта к плоскости разъёма головки блока цилиндров, и цилиндры стоят свободно в блоке цилиндров (изобр. 3). Перенос тепла от цилиндров к охлаждающему веществу, благодаря омыванию со всех сторон, равномерный и выгодный. Относительно большое расстояние между цилиндрами влияет, однако, у многоцилиндровых двигателей отрицательно на их конструктивную длину. Благодаря открытой кверху, относительно просто сконструированной полости для охлаждающего вещества, при изготовлении можно отказаться от применения песчаных стержней. Поэтому блоки цилиндров могут изготавливаться как методом литья под низким давлением, так и литьём под давлением.

Конструкция "Open-Deck" с вместе отлитыми цилиндрами

Логическим выводом для уменьшения конструктивной длины блоков цилиндров со свободно стоящими цилиндрами является уменьшение расстояния между цилиндрами. Из-за сдвигания цилиндров они должны быть, однако, исполнены в совместной отливке (изобр. 4). Это положительно влияет не только на конструктивную длину двигателей, но при этом увеличивается и жёсткость в верхней части цилиндров. Таким путём, можно, напр., у шестицилиндрового рядного двигателя сэкономить 60-70 мм на конструктивной длине. Перемычка между цилиндрами может быть при этом уменьшена на 7-9 мм. Данные преимущества перевешивают тот недостаток, что при охлаждении рубашка охлаждения между цилиндрами получается меньше.

Конструкция "Closed-Deck"

При данной концепции блока цилиндров, в противоположность конструкции "Open-Deck", верх цилиндров до отверстий для входа воды со стороны головки блока цилиндров закрыт (изобр. 1). Это влияет особенно положительно на уплотнение головки блока цилиндров. Преимущества данной конструкции имеются, в особенности, и тогда, если существующий блок цилиндров из серого чугуна должен быть переведён в алюминий. Из-за сравнимой конструкции (уплотняемая поверхность головки блока цилиндров) головка блока цилиндров и уплотнение головки блока цилиндров не должны претерпеть никаких изменений, соотв., только незначительные.

По отношению к конструкции "OpenDeck" исполнение "Closed-Deck", естественно, труднее изготовить. Причиной является закрытая рубашка охлаждения и из-за этого необходимый песчаный стержень рубашки охлаждения. Также выдерживание узких полей допусков толщины стенок цилиндров усложняется при применении песчаных стержней. Блоки цилиндров "ClosedDeck" могут изготавливаться как методом свободного литья в формы, так и методом литья под низким давлением.

По причине соместно отливаемых цилиндров и возникающей благодаря этому более высокой жёсткости в верхней части цилиндров данная конструкция имеет, по сравнению с конструкцией "Open-Deck", большие резервы нагрузки.

Алюминиевые блоки цилиндров с мокрыми гильзами

Данные блоки цилиндров изготавливаются большей частью литьём из более дешёвого алюминиевого сплава и оснащаются мокрыми гильзами цилиндров из серого чугуна. Предпосылкой применения данной концепции является овладение конструкцией "Open-Deck" со связанной с ней проблематикой уплотнения. При этом речь идёт о конструкции, которая больше не применяется при серийном изготовлении двигателей легковых автомобилей. Типичным представителем производства KS был V6- блок PRV (Peugeot/Renault/Volvo) двигателя (изобр. 2).

Такие блоки цилиндров применяются в настоящее время только в спортивном и гоночном двигателестроении, где проблема затрат отступает, скорее, на второй план. Там применяются, однако, гильзы не из серого чугуна, а высокопрочные мокрые алюминиевые гильзы с рабочими поверхностями цилиндров, покрытыми никелем.

Исполнения рубашки охлаждения

При переходе от блоков цилиндров из серого чугуна к блокам из алюминия стремились ранее к тем же конструктивным размерам при исполнении из алюминия, которые уже существовали в исполнении из серого чугуна. По этой причине глубина рубашки охлаждения (размер "X"), окружающей цилиндр, соответствовала у первых алюминиевых блоков вначале только до 95% длины отверстий цилиндров (изобр. 3).

Благодаря хорошей теплопроводности алюминия как рабочего материала глубина рубашки охлаждения (размер "X") смог быть выгодно уменьшен до величины от 35 до 65 % (изобр. 4). Благодаря этому был уменьшен не только объём воды, и, тем самым, вес двигателя, но и также был достигнут более быстрый нагрев воды для охлаждения. Благодаря укороченному, сберегающему мотор времени нагрева сокращается также время нагрева катализатора, что особенно благоприятно влияет на выделение вредных веществ.

В производственно-техническом отношении уменьшенные глубины рубашки охлаждения также принесли преимущества. Чем короче стальные литейные стержни для рубашки охлаждения, тем меньше тепла воспринимают они в процессе литья. Это сказывается как в большей стойкости формы, так и в увеличении производительности, благодаря уменьшению такта выпуска.

Изображение 3

Изображение 4

Болтовое соединение головки блока цилиндров

1. Усилие болта болтов крепления головки блока цилиндров /2. Уплотняющее усилие между головкой блока цилиндров и её уплотнением / 3. Деформация цилиндра (представлено очень утрированно) / 4. Находящаяся вверху резьба болта /5. Глубоко лежащая резьба болта

Для того, чтобы деформацию цилиндра при монтаже головки блока цилиндров поддерживать по возможности малой, бобышки под болты - утолщения для резьбовых отверстий болтов крепления головки блока цилиндров - связаны с наружной стенкой цилиндра. Прямой контакт со стенкой цилиндра вызвал бы несравненно большие деформации при затяжке болтов. Дальнейшие улучшения даёт также глубоко лежащая резьба. На изображениях 1 и 2 показаны различия деформаций цилиндров, получающиеся при находящейся вверху и глубоко лежащей резьбе болта.

Дальнейшие возможности - в применении заливаемых стальных гаек вместо обычных резьбовых отверстий, с целью избежать проблем перекоса и прочности (особенно у дизельных двигателей прямого впрыска). У некоторых конструкций применяются длинные стяжные болты,практически провёрнутые через плиту блока цилиндров (изобр. 3) или прямо соединённые с опорой подшипников (изобр. 4).

1. Подкладная шайба

2. Болт крепления головки блока цилиндров

3. Стальная резьбовая вставка

4. Стяжной болт

5. Крышка коренных подшипников

Изображение 4

1. Подкладная шайба

2. Стяжной болт

3. Опора подшипников

4. Крышка коренных подшипников

Монтажные отверстия поршневого пальца в стенке цилиндра

У оппозитных двигателей возникают, в силу их конструктивных особенностей, при монтаже проблемы сборки поршневых пальцев одного ряда цилиндров. Причиной этого является то, что обе половины картера должны быть соединены болтами для того, чтобы смонтировать поршни второго ряда цилиндров, соотв., соединить шатуны с соответствующими шатунными шейками. Поскольку после соединения болтами обеих половин картера не будет больше доступа к коленчатому валу, шатуны без поршней приворачиваются к соответствующим шатунным шейкам, а поршни монтируются после соединения болтами обеих половин картера. Недостающие ещё поршневые пальцы вдвигаются после этого через поперечные отверстия в нижней части цилиндра (изобр. 5) для соединения поршней с шатунами. Монтажные отверстия пересекают рабочие поверхности цилиндров в зоне, которую не проходят поршневые кольца.

Вентиляционные отверстия картера

Более новые картеры снабжаются вентиляционными отверстиями поверх коленчатого вала и под цилиндрами (изобр. 1 и 2).

Вентиляции в зоне кривошипов при вытянутых вниз боковых стенках и связанных с ними элементами жёсткости коренных подшипников препятствуется. Благодаря вентиляционным отверстиям вытесненный воздух, который при движении поршня от верхней мёртвой точки в направлении нижней мёртвой точки находится под поршнем, может уйти в сторону и, тем самым, вытесняется туда, где поршень как раз движется в направлении верхней мёртвой точки. Тем самым воздухообмен осуществляется быстрее и эффективнее, поскольку воздуху больше не нужно проходить длинного пути вокруг коленчатого вала. Благодаря уменьшившемуся сопротивлению воздуха достигается, кроме того, значительное увеличение мощности. В зависимости от расстояния цилиндров до коленчатого вала, вентиляционные отверстия находятся либо в зоне прилегания коренных подшипников ниже рабочих поверхностей цилиндров, либо в зоне рабочих поверхностей цилиндров или где-либо между данными зонами.

;

focusello.ru

Чугунный блок двигателя

Блок цилиндров – незаменимая деталь поршневых двигателей, являющаяся местом локализации деталей двигателя, рабочих узлов, основой для навесных элементов (головка блока цилиндра, картер). Блок цилиндров автомобиля, независимо от модели, изготавливается литьевым методом. Зачастую, материалом является легированный серый чугун с добавками (хром, никель), подвергающийся определенной механической обработке. Чугунный блок двигателя отличается жесткостью, меньшей восприимчивостью к перегреву, необходимой при усилении двигателя. К недостаткам стоит отнести большой вес, влияющий на динамику легковой машины.

Производство блоков двигателей. Преимущества и недостатки чугуна

Блок цилиндров многих двигателей – чугунный. В производстве используется серый легированный чугун, проходящий несколько стадий механической обработки. Тогда чугун отливки становится функционирующей поверхностью зеркала цилиндра. Расточку отверстия цилиндра производят в соответствии определенному размеру. После завершения обрабатывающих процессов поверхность стенок приобретает микроструктуру, способную удерживать нужный объем масла. Благодаря свойствам легированного чугуна, для блока чугунного двигателя характерна высокая прочность, низкий коэффициент трения, характеризующий пару «сталь-чугун» («чугун-чугун»), используемую для производства поршневых колец, пару «алюминий-чугун», используемую для изготовления поршней. Стенки цилиндров в чугунном блоке обладают завидной износостойкостью. Для улучшения показателя износостойкости в блоки запрессовывают сухие тонкостенные чугунные гильзы.

К недостаткам материала при изготовлении блоков двигателей относится значительный удельный вес. Конструкторы, стремясь улучшить динамику машины, стараются максимально уменьшить вес частей авто, включая мотор, отливая блок цилиндров из алюминия. 

Особенности чугунных и алюминиевых блоков двигателей

Двигатель составляют многие детали. Одна из них – блок цилиндров (чугунный, алюминиевый, комбинированный). Чугун – особенный материал, имеющий явные преимущества и недостатки. Несмотря на достоинство в плане плавления, для чугуна характерна высокая подверженность воздействию резких ударов, возникающих при дорожных происшествиях. В двигателе, точнее в чугунном блоке, находятся многочисленные отверстия для крепления элементов. Поэтому возникновение трещин – привычное явление, возникающее при замерзании жидкости для снижения температуры. Для чугунного блока характерны замечательные показатели прочности, жесткости. Стоит отметить и низкую себестоимость материала.

Алюминий отличается оперативным охлаждением и небольшим удельным весом. Алюминиевые сплавы мягче. Обеспечение необходимой жесткости достигается путем изготовления толстых стенок блока. Конструкторы, разрабатывая блоки цилиндров, стремятся снизить вес и увеличить прочность. Какой характеристике отдать предпочтение решайте сами.

blok-dvigatelya.mya5.ru

• 
  Дорога автомобильная
• 
  Рдк кран
• 
  Теплопроводность конвекция излучение
• 
  Вводный инструктаж по технике безопасности
• 
  Теплопроводность излучение конвекция
• 
  Технические характеристики маз 5551 самосвал
• 
  Яаз 210
• 
  Автомобильная дорога
• 
  Топливный насос высокого давления
• 
  Маз 5551 самосвал технические характеристики
• 
  Восстановление резьбы холодной сваркой