Назначение блока цилиндров
Autoservice-ryazan.ru

Автомобильный портал

Назначение блока цилиндров

Блок цилиндров

Блок цилиндров и его головка – это самые крупные и тяжелые части двигателя, изготавливаемые с помощью литья с последующей механической обработкой. В двигателе с жидкостным охлаждением вокруг цилиндров располагаются каналы для прохода охлаждающей жидкости, которые образуют водяную рубашку.

Рис. Алюминиевый блок цилиндров двигателя V8 с запрессованными «сухими» гильзами.

Цилиндры двигателей воздушного охлаждения обычно изготавливаются отдельно и имеют ребра для увеличения площади охлаждаемой поверхности.
Нижняя часть блока цилиндров обычно обрабатывается для установки в блок коренных подшипников коленчатого вала и для присоединения поддона картера. Большое значение имеет расстояние между соседними цилиндрами. Увеличение расстояния дает возможность повысить жесткость блока и обеспечить возможность увеличения в дальнейшем [[Рабочий объем двигателя |рабочего объема двигателя]] путем увеличения диаметра цилиндров (наиболее простой способ получения модификаций двигателей различной мощности). С другой стороны, это приводит к увеличению габаритных размеров двигателя и его массы. В последнее время некоторые производители автомобильных двигателей изготавливают блоки цилиндров, в которых соседние цилиндры соприкасаются стенками (так называемые сиамские блоки). Такой способ дает возможность получить довольно жесткую конструкцию при сравнительно небольшом размере. Жесткость блока цилиндров в значительной степени определяет шумовые характеристики двигателя.

Рис. Цилиндр и поршень двухтактного двигателя воздушного охлаждения

Долгое время единственным материалом для изготовления блоков цилиндров служил чугун. Этот материал недорог, он обладает высокими прочностью и жесткостью при хороших литьевых качествах. Кроме того, обработанные хонингованием внутренние поверхности чугунных цилиндров обладают отличными антифрикционными свойствами и высокой износостойкостью. Существенными недостатками чугуна являются его большая масса и низкая теплопроводность. Стремление конструкторов к созданию более легких двигателей привело к разработке конструкции блоков цилиндров из алюминиевых сплавов. Алюминий значительно уступает чугуну в жесткости и износостойкости, поэтому блок из алюминия должен иметь большое количество ребер жесткости, а в качестве цилиндров обычно служат те же чугунные гильзы, которые вставляются в алюминиевый блок в процессе сборки, заливаются или запрессовываются в него при изготовлении. Если гильза цилиндра непосредственно омывается охлаждающей жидкостью, она называется «мокрой», а если нет — «сухой». Мокрые гильзы должны иметь надежное уплотнение с полостью охлаждения блока цилиндров.

Рис. Блок цилиндров с «сухой» гильзой. На разрезе хорошо видно, как вставлены в блок цилиндров «сухие» гильзы и выполненные в днищах поршней канавки, предохраняющие от касания поршня клапанами

Применение большого количества ребер жесткости и чугунных гильз в значительной мере сводит на нет преимущества от применения блоков цилиндров из алюминиевых сплавов. Использование в производстве современных технологий дает возможность изготовления легких «алюминиевых» двигателей, у которых блок цилиндров не имеет чугунных гильз. В рабочих поверхностях цилиндров в алюминиевых блоках электролитическим путем создается повышенное содержание кремния, а затем цилиндры подвергаются химическому травлению для создания на рабочей поверхности цилиндров износостойкой пористой пленки чистого кремния, хорошо удерживающей смазку. Кроме того, особенно часто в двухтактных двигателях на алюминиевый цилиндр наносится слой хрома или кремний-никелевого сплава (никасил).

Рис. Двигатель с алюминиевым блоком. Блок цилиндров этого компактного шестицилиндрового V-образного 24-клапанного двигателя, предназначенного для поперечной установки на автомобиль, полностью изготовлен из алюминиевого сплава

Жесткость алюминиевого блока цилиндров может быть повышена не только применением большого количества ребер жесткости, но и использованием специальных проставок лестничного типа в блоке. Такие проставки, соединенные с блоком, помимо значительного повышения жесткости самого блока, служат прочной основой для установки коренных подшипников коленчатого вала, что повышает его долговечность. Такая конструкция блока цилиндров становится нормой в при производстве бензиновых двигателей современных легковых автомобилей. При производстве дизелей, в которых из-за высоких нагрузок и большой шумности требуется большая жесткость блока, часто применяют чугунные блоки цилиндров.

Рис. Рама лестничного типа в блоке. Рамы лестничного типа заменяют привычные крышки коренных подшипников коленчатого вала в конструкции современных ДВС, придают высокую жесткость блоку цилиндров и продлевают жизнь коленчатому валу

JZXBrother › Блог › ДВС (Конструкция блока цилиндров, обзор)

Добрый день, Уважаемые гости и подписчики!

В очередной раз шарясь по просторам рунета в поисках информации по ДВС для модели наткнулся на статью и не смог пройти мимо. Думаю многим будет интересна информация по тематике строения, технологии и материалов. Да простит меня автор.

Блок цилиндров – основная и самая дорогостоящая часть двигателя. Именно в блоке расположены отверстия цилиндров, в которых перемещаются поршни и происходят все процессы сгорания, в результате которых вырабатывается энергия. Блок цилиндров так же является основой двигателя, к которой крепятся все остальные детали. К блоку цилиндров также крепятся различные вспомогательные механизмы двигателя и других систем автомобиля. Например, электрический генератор, насос системы гидроусилителя рулевого управления и компрессор кондиционера. К блоку цилиндров крепится картер сцепления или корпус гидротрансформатора автоматической коробки передач. В самом блоке цилиндров расположен коленчатый вал и другие детали кривошипно-шатунного механизма. В старых конструкциях двигателя, некоторые из них выпускаются и в настоящее время (в основном в Америке), в блоке цилиндров располагался и распределительный вал, а когда-то, совсем давно, и сами клапаны, вместе с клапанными механизмами, тоже располагались в блоке цилиндров. В таких, так называемых нижнееклапанных двигателях головка блока цилиндров была просто крышкой с единственными отверстиями для установки свечей зажигания.

1 Отверстие цилиндра
2 Сёдла впускных клапанов
3 Сёдла выпускных клапанов
4 Канал рубашки охлаждения
5 Отверстие для установки распределительного вала
6 Выпускной канал
7 Впускные каналы
8 Полость для установки клапанов и клапанных механизмов

Блок цилиндров нижнееклапанного двигателя легкового автомобиля Мерседес 30-х годов.
Не стоит думать, что это совсем древность, подобные нижнеклапанные двигатели выпускались в нашей стране до 90-х годов. Ранее они устанавливались на автомобили ГАЗ-51 и ГАЗ-52, а позднее они устанавливались на различные погрузчики и другие строительные машины.

Но в современных конструкциях распределительный вал (валы), клапаны, впускные и выпускные каналы расположены в головке блока цилиндров. Сверху блок цилиндров закрывается мощной головкой блока цилиндров, а снизу блок цилиндров закрывается поддоном системы смазки.

Конструкция блока цилиндров
Блок цилиндров большинства двигателей отливается из серого легированного чугуна и далее подвергается механической обработке. В таком случае рабочей поверхностью зеркала цилиндра является чугун отливки. Отверстие цилиндра растачивается под установленный размер, а после окончательной механической обработки поверхность стенок имеет микроструктуру, позволяющую удерживать необходимое количество масла. Чугун, особенно легированный, обладает необходимой прочностью и низким коэффициентом трения в паре материалов «чугун – чугун» или «сталь – чугун», из которых изготавливаются поршневые кольца, и в паре материалов «алюминий – чугун» из которого изготавливаются поршни. При этом чугунные стенки цилиндров обладают высокой износостойкостью. Но иногда даже в чугунные блоки цилиндров, для увеличения износостойкости запрессовываются тонкостенные сухие гильзы из более износостойкого легированного чугуна.
Недостатком чугуна при производстве блока цилиндров является его большой удельный вес. Для улучшения динамики автомобиля конструкторы всеми силами стараются уменьшить вес всех компонентов автомобиля, включая двигатель. Поэтому блок цилиндров двигателя многих современных автомобилей отливается из алюминиевого сплава. Алюминий, кроме малого веса не имеет никаких преимуществ перед чугуном, но при этом появляются новые трудности. Алюминиевые сплавы гораздо мягче чугуна, поэтому для обеспечения необходимой жёсткости блока приходится делать более толстыми несущие стенки блока и делать сложную систему рёбер жёсткости. Алюминий имеет более высокий коэффициент температурного расширения, поэтому приходится более строго контролировать зазоры между различными деталями двигателя. Поршни всех современных двигателей, для облегчения веса, изготавливаются чаще всего из алюминиевых сплавов. Но коэффициент трения в паре материалов «алюминий – алюминий» очень большой и алюминий обладает низкой износостойкостью. Поэтому поверхность цилиндров должна быть изготовлена не из алюминия, а из другого материала. В алюминиевых блоках тонкостенные чугунные гильзы из износостойкого чугуна вплавляются в алюминиевую отливку при изготовлении отливки блока. Но стенки цилиндров самых современных двигателей с алюминиевым блоком при помощи современных технологий могут быть покрыты гальваническим способом специальным износостойким металлом. Или при помощи самых современных технологий осуществляется поверхностное упрочнение стенок цилиндров. При отливке блока цилиндров специальные технологии повышают концентрацию кремния в поверхностном слое стенок цилиндров, далее при помощи химических реакций из поверхностного слоя стенок цилиндров удаляется алюминий. В результате этого упрочнения износостойкость стенок цилиндров превышает по этому показателю цилиндры, изготовленные из чугуна. Но в этом случае, для снижения коэффициента трения между алюминиевым блоком цилиндров и алюминиевыми поршнями, поршни покрываются тонким слоем железа. Отсутствие чугунных гильз значительно уменьшается вес блока цилиндров.
Иногда в блок цилиндров вставляются съёмные гильзы, которые герметизируются в блоке цилиндров при помощи медных или резиновых прокладок. Съёмные гильзы имеют преимущество в том, что после предельного износа их можно заменить новыми, изготовленными или отремонтированными (расточенными под ремонтный размер) с высокой точностью в заводских условиях. Применение съёмных гильз упрощает ремонта двигателя. Но в последнее время такие гильзы применяются довольно редко, поскольку блоки цилиндров со вставными гильзами имеют некоторые, присущие им недостатки. При перегреве двигателя происходит разгерметизация посадки гильзы в блоке, в результате которой происходит утечка охлаждающей жидкости.

Гильзы, непосредственно омываемые охлаждающей жидкостью, называются мокрыми. Гильзы, запрессованные в материал отливки блока, и не соприкасающиеся непосредственно с охлаждающей жидкостью называются сухими.
Во время отливки в блоке цилиндров изготавливаются каналы для прохода охлаждающей жидкости, омывающей гильзы цилиндров. Система таких каналов называется рубашкой охлаждения. Так же в блоке цилиндров методом сверления делаются масляные каналы, чаще называемые масляными магистралями, по которым масло от насоса системы смазки поступает ко всем трущимся деталям двигателя. Выходные отверстия сверлений масляных магистралей на наружной поверхности блока цилиндров имеют резьбовые заглушки или герметизируются другими способами.
При конструировании и изготовлении блока цилиндров конструкторам и технологам приходится постоянно находить компромисс между прочностью и весом блока цилиндров. Для снижения веса, без уменьшения прочности блок часто имеет множество рёбер жёсткости, особенно этим отличаются блоки цилиндров японских автомобилей.
Во время работы двигателя блок цилиндров подвергается значительным температурным и механическим нагрузкам. Давление расширяющихся рабочих газов давит на поршень и верхнюю стенку камеры сгорания, расположенную в головке блока цилиндров. От головки блока цилиндров, через элементы её крепления (болты или шпильки) усилие передаётся на блок цилиндров. А усилие от поршня, через детали кривошипно-шатунного механизма и постели подшипников коленчатого вала передаются на блок цилиндров с другой стороны. В результате воздействия этих противоположно направленных сил в блоке цилиндров возникают большие растягивающие напряжения. Блок цилиндров также испытывает изгибающие усилия.
Блок, не обладающий необходимой прочностью, не только деформируется сам, но и деформирует такие дорогие детали двигателя как коленчатый или распределительный валы.
Основной неисправностью блока цилиндров является износ стенок цилиндров, вызванный продолжительной эксплуатацией двигателя, то есть большим пробегом автомобиля.
Капитальный ремонт двигателей легковых автомобилей с расточкой и последующей хонинговкой цилиндров сейчас массово не производится. Хотя все отечественные заводы выпускают в запасные части поршни и поршневые кольца трёх ремонтных размеров, что позволяет приводить расточку отверстий цилиндров несколько раз.
Причин тут много и экономических, и технических и, особенно организационных. Если бы у нас, как во многих странах мира, в учётных документах на автомобиль заносился только VIN-код автомобиля, без указания номера двигателя, то, вполне возможно, появилась организационная возможность и экономическая целесообразность, создания высокотехнологичных предприятий по капитальному ремонту двигателей отечественных автомобилей. Возможно, это не очень выгодно автопрому, но, вполне вероятно было бы выгодно массе потребителей.
Номер двигателя выбивается на поверхности блока цилиндров.

Читать еще:  Тойота краун фото 2017

У американцев капитальный ремонт их огромных двигателей V8 или V10 широко развит. Для этого у них существуют специальные авторемонтные заводы с дорогими точными станками, точным мерительным инструментом и квалифицированным персоналом. Причём довольно часто на капитально отремонтированный двигатель даётся гарантия, превышающая гарантию на новый двигатель того же производителя.
Капитальный ремонт двигателей массовых легковых автомобилей в Европе, также как и в нашей стране массово отсутствует. Большая конкуренция на автомобильном рынке и высокая надёжность современных двигателей, привели к тому, что стало легче заменить весь автомобиль, чем ремонтировать двигатель. Если с Европой всё ясно, то насколько верна эта политика в нашей стране, для меня, точного ответа нет.

Но капитальный ремонт двигателей грузовых автомобилей, сельскохозяйственных и дорогих строительных машин производится, поскольку это экономически оправдано. Новый двигатель импортного бульдозера или экскаватора может стоить так дорого, что оправдывает капитальный ремонт любой сложности и стоимости.
Также возникает потребность в капитальном ремонте двигателя с гильзовкой, расточкой, хонинговкой и фрезеровкой поверхности головки блока цилиндров при реставрации старинных и уникальных автомобилей.
Выполнить капитальный ремонт с механической обработкой блока цилиндров и некоторых других основных деталей двигателя, например, коленчатого вала или головки блока цилиндров, в условиях небольших и даже средних сервисных предприятий с необходимым качеством практически невозможно. Гарантированное качество капитального ремонта двигателя можно обеспечить только в условиях узко специализированного на такие виды ремонта предприятиях, укомплектованные точными специализированными станками, мерительным инструментом и квалифицированными кадрами.
В наших условиях, особенно при капитальном ремонте двигателя на небольших сервисных предприятиях, когда механическая обработка блока цилиндров и коленчатого вала производится в сторонних организациях, срок службы капитально отремонтированного двигателя не превышает одной трети от ресурса нового двигателя. Поэтому, с учётом стоимости ремонта и вероятной стоимости каждой тысячи километров пробега отремонтированного двигателя, возможно, дешевле купить новый двигатель. Разумеется, если автомобиль не готовится к продаже.

Крышки коренных подшипников коленчатого вала

Ранее указывалось, что блок цилиндров является основой сборки двигателя. Внутри блока цилиндров расположены кривошипно-шатунный и газораспределительный механизмы, впрочем, газораспределительный механизм современного двигателя почти полностью расположен в головке блока цилиндров, а снаружи к блоку цилиндров крепятся различные вспомогательные механизмы. Но что объединяет все эти компоненты двигателя – их, в случае выявленной неисправности, во время ремонта можно заменить. Но в блоке цилиндров есть детали, которые ни при каких условиях заменять нельзя – это крышки коренных подшипников коленчатого вала. На заводе-изготовителе окончательная механическая обработка отверстий подшипников коленчатого вала производится за один проход режущего инструмента при установленных крышках коренных подшипников. Зазор и соосность в коренном подшипнике устанавливается с высокой точностью, поэтому никогда, ни при каких условиях не допускается установка на блок цилиндров крышек коренных подшипников от другого блока цилиндров. Также не допускается перестановка местами крышек одного блока, или установка крышек в другом направлении.
Условно крышки коренных подшипников можно разделить на три группы. К первой можно отнести индивидуальные крышки коренных подшипников. В этом случае каждый коренной подшипник имеет свою индивидуальную крышку. Например, стандартный рядный четырёхцилиндровый двигатель имеет пять коренных подшипников и каждый коренной подшипник имеет свою индивидуальную крышку. Большая часть автомобильных двигателей, и не только рядных четырёхцилиндровых, устроена именно по такому принципу.

Блок цилиндров

Что такое блок цилиндров, какие функции он выполняет и как изготавливается?

Блок цилиндров (блок двигателя) является основной и базовой деталью двигателя внутреннего сгорания, на него приходится основная часть нагрузки и в нем размещаются основные узлы и механизмы. Поэтому к блоку цилиндров предъявляют жесткие требования, его производят из материалов высокого качества и обрабатывают на специальных высокоточных станках. В основном блоки цилиндров выполняют из перлитного серого чугуна с небольшими добавками легирующих элементов, но в последнее время их часто можно встретить из алюминия и даже магния. Из чугуна, в основном, изготавливают блоки для грузовых автомобилей и тракторной техники, а из алюминия – для легковых и спортивных автомобилей. На высокофорсированных спортивных двигателях с турбонаддувом в настоящее время стали выполнять блоки из комбинированных материалов, внутренняя часть которых отлита из алюминия, а внешняя (где располагается рубашка охлаждения) – из магния.
Алюминиевые и комбинированные блоки позволяют добиться серьезного снижения веса всего двигателя и автомобиля в целом, что является большим плюсом для спортивных автомобилей. За счет сложной конструкции лабиринтного типа с огромным количеством скрытых полостей блоки цилиндров отливают под высоким давлением. Именно высокое давление позволяет получить правильную форму, предотвратить образование неоднородности и воздушных полостей в «тело» металла.
Блоки цилиндров, которые изготавливают из комбинированного металла, получают более сложным способом – сначала отливают среднюю часть под высоким давлением из алюминия высокой чистоты, и только после этого внешнюю часть из магния. Технология изготовления блоков из комбинированных (Рисунок №1) металлов очень сложна и ответственна, именно поэтому такую конструкцию применяют только на очень дорогих автомобилях и, как правило, несерийного производства, где снижение веса двигателя оправдано. Однако чугунные блоки выдерживают более высокие нагрузки, они устойчивее к перегревам и обладают меньшей теплоемкостью. Теплоемкость чугуна позволяет быстрее прогреться двигателю до рабочей температуры, что позволит сократить время работы ДВС во время прогрева при эксплуатации в зимний период. Не стоит забывать, что и теплопроводность чугуна намного ниже (примерно в 4 раза) алюминия, из-за чего система охлаждения в таких двигателях работает в более сложных условиях.


Рисунок №1 – Блок цилиндров автомобиля Ferrari 911

Читайте также

При изготовлении блока цилиндров учитывают способ монтажа гильз цилиндров (рисунок №3). Гильзы цилиндров изготавливают из высоких сортов стали. Гильзы цилиндров бывают либо съемные, либо влитые (вмонтированные в блок), в настоящее время чаще всего используют влитые гильзы. Влитые гильзы устанавливают в форму еще до образования самого блока цилиндров, который отливают вместе с гильзами за счет чего происходит диффузия одного металла в другой. Такой способ изготовления блока цилиндров снижает затраты на производство ДВС, но также снижает и ремонтопригодность двигателя в целом. В случае поломки вследствие естественного износа или других факторов, заменить гильзу не представляется возможным, и блок утилизируется целиком. Съемные гильзы могут быть как «мокрым», так и «сухими». «Мокрая» гильза соприкасается с охлаждающей жидкостью, а «сухая» устанавливается в дополнительную внутреннюю втулку и не соприкасается с жидкостью. Также в алюминиевых двигателях первых серий существовала острая проблема в использовании технологии установки гильзы, так, если гильзу вливали или устанавливали «сухую», то через некоторое время гильза расклепывала блок цилиндров за счет разных линейных колебаний вследствие воздействия температур. Из-за этого было отдано предпочтение «плавающим» «мокрым» гильзам. С начала 1980-х годов начали применять технологию запрессовки тонкостенной гильзы, окруженной алюминием, в блок цилиндров. Но у такого способа есть много недостатков.


Рисунок №2 – Краткое описание устройства двигателя ЯМЗ 240 (жирным показан блок цилиндров)
1. блок цилиндров, 2. стартер, 3. вал коленчатый, 4. маховик, 5. кожух маховика, 6. шатун, 7. цилиндр, 8. поршень, 9. головка блока цилиндров, 10. крашка клапанная, 11. коллектор выпускной, 12. топливный насос высокого давления, 13. поддон картера, 14. маслозаборник, 15. масленный насос, 16. коллектор впускной, 17. фильтр тонкой очистки топлива, 18. форсунка высокого давления, 19. вал распределительный, 20. толкатель, 21. коромысло.

Рубашка системы охлаждения выполняет очень важную роль в блоке цилиндров ДВС – она предоставляет доступ охлаждающей жидкости к нагретым деталям цилиндро-поршневой группы. Рубашка охлаждения представляет собой пустоты во внутренних полостях блока и проектируется таким образом, чтобы охлаждающая жидкость смогла эффективно и равномерно отводить тепло от нагретых деталей.
Также в блоке цилиндров расположены каналы для подачи смазывающей жидкости (моторного масла), ко всем трущимся поверхностям. Чаще всего такие каналы изготавливают в готовой отливке, а ненужные выходы закрывают пробками.
В блоке цилиндров располагаются все основные узлы двигателя внутреннего сгорания: коленчатый вал, поршни, приводной механизм ГРМ, поддон и т.д. Их относительное положение очень важно выдерживать в пределах допуска, указанного на чертеже. Несоблюдение этих требований приводит к браку или к резкому снижению ресурса работы ДВС. При изготовлении и обработке блока цилиндров очень важно соблюдать допуски на перпендикулярность осей цилиндров и оси коленчатого вала. Именно поэтому при обработке блока цилиндров важное значение имеет правильный выбор и подготовка баз, обеспечивающих постоянство установки деталей относительно инструментов и рабочих органов станка на всех операциях. Наиболее часто в качестве установочных баз при обработке блоков применяют плоскости достаточно большой протяженности и два отверстия, расположенные на наибольшем расстоянии. У блоков чаще всего в качестве установочных баз выбирают плоскости разъема или плоскости лап и отверстий для крепления, а в качестве черновой базы – отверстия под гильзы цилиндров и гнезда подшипников.
Гнезда для установки крышек коренных подшипников обычно обрабатывают набором фрез с последующей обработкой сборной протяжкой на специальных протяжных станках и обычных горизонтальных протяжных станках, оснащенных приспособлениями для закрепления детали и направления протяжки.
Торцовые поверхности крупных блоков обрабатывают на горизонтально-расточных станках.
Плоскости крышек цилиндров (головок) блоков крупных двигателей, особенно в тех случаях, когда поверхности деталей имеют выступы или выемки, обрабатывают на карусельных станках. Плоскости небольших блоков обрабатывают на продольно-шлифовальных протяжных станках.


Рисунок №3 – типы гильз цилиндров.
А – сухая без упорного буртика, Б – сухая с упорным буртиком, В – мокрая с верхним упорным фланцем, Г – мокрая с нижним упорным буртиком, Д – мокрая со средним упорным буртиком.

Обработка основных отверстий производится на универсальных горизонтально-расточных и радиально-сверлильных станках по разметке.
Растачивание глухих отверстий ведется борштангами, консольно закрепленными в шпинделе станка. При обработке сквозных отверстий, а также для обеспечения правильного расположения и точности отверстий, станки оснащают приспособлениями, в которых расточные борштанги направляются неподвижными или вращающимися втулками.
В крупносерийном производстве растачивание отверстий под гильзы в крупных блоках производят на приспособлениях, размещенных на столе горизонтально-расточного станка с постоянными жестко закрепленными опорами борштанг и установкой блока на постоянные базовые поверхности. В крупносерийном производстве при обработке отверстий под гильзы в блоках средних и малых размеров широко применяются вертикальные и многошпиндельные станки. На этих станках деталь устанавливается на нижнюю полость и контрольные отверстия, а борштанги с набором резцов вращаются в верхних и нижних направляющих втулках. Одновременно с растачиванием отверстий под гильзы производится подрезание буртиков, на которые опирается гильза. Эти буртики должны быть точно обработаны по высоте и строго перпендикулярны оси отверстий под гильзы, так как это определяет размеры камеры сжатия и надежность уплотнения стыка блока с головками цилиндров.

Читать еще:  Расшифровка масел моторных 5w40

Блок цилиндров двигателя

Блок цилиндров изготавливается с помощью литья с последующей механической обработкой. Нижняя часть блока цилиндров обычно обрабатывается для установки в блок коренных подшипников коленчатого вала и для присоединения поддона картера. Большое значение имеет расстояние между соседними цилиндрами. Увеличение расстояния дает возможность повысить жесткость блока и обеспечить возможность увеличения в дальнейшем рабочего объема двигателя путем увеличения диаметра цилиндров (наиболее простой способ получения модификаций двигателей различной мощности). С другой стороны, это приводит к увеличению га­баритных размеров двигателя и его массы.

В последнее время некоторые производители автомобильных двигателей изготавливают блоки цилиндров, в которых соседние цилиндры соприкасаются стенками (так называемые сиамские блоки с «сухими» гильзами). Такой способ дает возможность получить довольно жесткую конструкцию при сравнительно небольшом размере. Жесткость блока цилиндров в значительной степени определяет шумовые характеристики двигателя.

Рис. Блок цилиндров двигателя Nordstar GM с «сухой» гильзой.

Характерной особенностью современных высоконагруженных двигателей является применение опорной рамы, которая крепит коленчатый вал. К опорной раме крепится высокий алюминиевый масляный поддон, который максимально изолирован от вибраций кривошипно-шатунного механизма, что положительно сказывается на акустике двигателя. Дополнительную функцию выполняет контур опорной рамы коленчатого вала. Он играет роль маслоотражателя в области противовесов коленчатого вала и шатунов. Таким образом, стекающее масло не разбрызгивается по стенкам всего блока двигателя, а улавливается и отводится непосредственно в поддон.

Рис. Блок цилиндров двигателя Audi 4,2 л V8 TDI: 1 – главная масляная магистраль; 2 – блок цилиндров; 3 – опорная рама; 4 – алюминиевый масляный поддон; 5 – каналы слива масла; 6 – приливы опорной рамы; 7 – коленчатый вал

Долгое время единственным материалом для изготовления блоков цилиндров служил чугун. Этот материал недорог, он обладает прочностью и жесткостью при хороших лить­евых качествах. Кроме того, обработанные хонингованием внутренние поверхности чугунных цилиндров обладают отличными антифрикционными свойствами и высокой износостойкостью. Су­щественными недостатками чугуна являются его большая масса и низкая теплопроводность. Стремление конструкторов к созданию более легких двигателей привело к разработке конструк­ции блоков цилиндров из алюминиевых сплавов. Алюминий значительно уступает чугуну в жесткости и износостойкости, поэтому блок из алюминия должен иметь большое количество ребер жесткости, а в качестве цилиндров обычно служат чугунные гильзы, которые вставляются в алюминиевый блок в процессе сборки, заливаются или запрессовываются в него при изготовлении.

История создания

Первый рядный блок цилиндров двигателя придумал немецкий изобретатель Николаус Август Отто, именно он в 1876 году разработал очень эффективный для того времени бензиновый двигатель. V-образный вариант в 1889 году сконструировал Готлиб Даймлер, когда принимал участие в создании усовершенствованного двухцилиндрового двигателя.

После этих событий деталь прошла длинный путь эволюции и стала такой, какая она есть в большинстве современных моторов.

Система охлаждения блока цилиндров

Помимо кривошипно-шатунного механизма, в состав блока цилиндров входит «рубашка» охлаждения.

Она служит для циркуляции охлаждающей жидкости, то есть отвода тепловой энергии от двигателя.

Это обеспечивает поддержание оптимальной температуры работы ДВС. «Рубашка» охлаждения вырезана внутри блока цилиндров специальным инструментом.

Во избежание ее засорения и закоксовывания следует менять охлаждающую жидкость через определенное время, согласно нормативно-технической документации по эксплуатации автомобиля.

Она составляется заводом-изготовителем.

«Алюминиевые» двигатели и их преимущества

Использование в производстве современных технологий дает возможность изготовления легких «алюминиевых» двигателей, у которых блок цилиндров не имеет чугунных гильз. В рабочих поверхностях цилиндров в алюминиевых блоках электролитическим путем создается повышенное содержание кремния, а затем цилиндры подвергаются химическому травлению для создания на рабочей поверхности цилиндров износостойкой пористой пленки чистого кремния, хорошо удерживающей смазку.

Рабочие поверхности цилиндров современных алюминиевых блоков двигателей могут иметь покрытие, наносимое плазменным напылением. Напыляемый на стенки цилиндра порошок подается через плазматрон. Газ, предназначенный для создания плазмы, проходит через распылитель и поджигается электродугой. При этом температура газа повышается примерно до 11700°C и он переходит в плазменное состояние. Частицы порошка в расплавленном состоянии заполняют неровности поверхности цилиндра. При застывании частиц они надежно соединяются со стенками цилиндра. Дополнительно внутри напылённого слоя возникает напряжение сжатия, что еще больше укрепляет связь между металлом цилиндра и напылённым слоем.

После напыления, как и при традиционном исполнении цилиндров, производится хонингование, однако этом случае риски вследствие хонингования не так глубоки. Возникает весьма ровная наружная поверхность с небольшими впадинами (микроуглублениями), в которых находится масло. Каждое микроуглубление не связано с другими микроуглублениями, в отличие от хонингования чугунных гильз. Когда поршневое кольцо проходит над микроуглублением, в последнем создается давление, которое воздействует на поршневое кольцо. В результате этого поршневое кольцо всплывает поверху масляной подушки, чем и обеспечивается гидродинамическая смазка. Благодаря этому потери на трение и износ существенно уменьшаются.

Преимуществами данного способа изготовления цилиндров по сравнению с обычными являются:

  • снижение массы по сравнению с конструкцией с вставными гильзами цилиндров
  • уменьшение размеров двигателя по сравнению с чугунным блоком цилиндров за счет сужения перемычек между цилиндрами
  • увеличение срока службы цилиндров благодаря износостойкому покрытию, наносимому плазменным напылением

Рис. Схема нанесение покрытия на стенки цилиндра плазматроном: 1 – струя плазмы с напыляемым порошком; 2 – плазматрон; 3 – рабочая поверхность цилиндра

Из чего сделан блок цилиндров двигателя

Самый распространенный материал, который используется при производстве ‒ чугун. Это традиционный вариант. На втором месте алюминий. Вернее его различные сплавы. Ну и еще достаточно экзотический материал – магниевый сплав. Теперь обо всех трех вариантах – более подробно.

Чугун

Это – традиционный материал, из него на протяжении многих десятилетий изготавливали эту деталь.

Чугун использовали с добавками: никелем, хромом. Среди положительных качеств чугунного изделия можно выделить: меньшую чувствительность к перегреву, жесткость, которая очень важна при форсировке двигателя.

Устройство, в основном, работает при частой смене температурного режима, поэтому изделия из чугуна в приоритете. Главный недостаток – значительный вес, который ухудшает динамику легкового авто.

Алюминий

Обладает такими положительными свойствами, как оптимальное охлаждение двигателя и незначительный вес. Он находится на втором месте по количеству выпускаемых блоков цилиндров. Особенность конструкции из алюминия – установка гильз.

Сегодня для выполнения этой операции, в основном, применяют две технологии Locasil и Nicasil. В первом случае запрессовываются гильзы из алюминий-кремниевого сплава во втором – наносится никелевое покрытие. Вторая технология имеет существенный недостаток – если, к примеру, прогорает поршень, обрывается шатун или выходит из строя никелевое покрытие, то изделие отремонтировать не получится.

Также никосиловая технология не предусматривает расточку, приходится менять весь узел в сборе. Понятно, что в таком случае владельцу автомобиля приходится раскошелится на солидную сумму.

Магниевый сплав

Блок цилиндров двигателя из него твердый как чугунный, и легкий, как алюминиевый. Правда стоит такое изделие дорого, и по этой причине в условиях конвейерного производства не используется, хотя соединяет в себе лучшие качества чугуна и алюминия. Как видите, у каждого из упомянутых материалов есть определенные плюсы и минусы, но утверждать, что какой-то из них лучше, было бы некорректно.

Устройство блока цилиндров

Сами цилиндры вырезаются в блоке при помощи токарного станка.

Они должны быть гладкими и устойчивы к износу и высокой температуре. Гладкость придается при помощи процедуры хомингования, прочность – при помощи термообработки металла.

На двигателях старого образца цилиндры «гильзовались» – внутрь просверленного отверстия цилиндра вставлялась гильза, внутри которой поршень совершал возвратно-поступательные движения.

На современных автомобилях цилиндры «гильзуют» только в критических случаях капитального ремонта ДВС.

Проблемы с блоком связаны в основном со стачиванием стенок цилиндров в процессе эксплуатация двигателя.

Чтобы избежать повышенного износа стенок цилиндра, а также деталей цилиндропоршневой группы, необходимо регулярно менять смазочные и фильтрующие материалы.

При определении износа цилиндра используется термин «выработка на цилиндре».

Она измеряется специальным прибором – нутрометром, которые могут быть…

Если выработка превышает предельно допустимое значение, то блок цилиндров отправляют на расточку до следующего ремонтного размера поршней.

Если цилиндры изношены настолько, что расточка не поможет, то их загильзовывают.

Однако к этому методу прибегают редко, и блок полностью заменяют на новый.

После расточки блока обязательно уточните у токаря, под какой размер поршней расточены цилиндры (если вы сами ему об этом не сказали), чтобы приобрести поршни нужного ремонтного размера.

В противном случае блок вам долго не прослужит, и через пару тысяч километров пробега вы вновь вернете его на токарную обработку.

Помните, что при ремонте блока ошибка в 0,1 мм может оказаться фатальной. Поэтому заранее запаситесь терпением и необходимым инструментом. Особенно важно иметь под рукой микрометр.

4.7 Блок цилиндров и кривошипно-шатунный механизм

Блок цилиндров

Блок цилиндров в многоцилиндровом двигателе такая же литая деталь, как и в рассмотренном выше одноцилиндровом двигателе. Просто взяли, например, четыре одноцилиндровых двигателя, соединили их, установили единые для всех коленчатый и распределительный валы, вот и все. Пример блока цилиндров 6-цилиндрового двигателя приведен на рисунке 4.26.


Рисунок 4.26 Блок цилиндров.

В случае отливки блока из алюминиевого сплава цилиндры изготовляются в виде отдельных чугунных гильз, устанавливаемых в отверстия верхней и нижней перегородок блока.

Примечание
Гильза, которая непосредственно соприкасается с водой, циркулирующей в водяной рубашке, называется «мокрой». В этом случае гильза надежно уплотняется в нижней перегородке блока с помощью медного или резинового кольца.
Блок двигателя с установленными в него гильзами, которые не соприкасаются непосредственно с водой, называются «сухими».

Верхняя плоскость блока цилиндров тщательно обработана и на нее установлена общая головка, закрывающая цилиндры сверху.

Поршень

Поршень представляет собой металлический стакан, установленный в цилиндре с определенным зазором. При рабочем ходе поршень воспринимает давление газов. Поршни бензиновых двигателей изготовляют из алюминиевых сплавов.

В бензиновых двигателях днище поршня имеет плоскую поверхность и толстые стенки с внутренними ребрами, повышающими его прочность и обеспечивающими хороший отвод тепла. Однако в современных бензиновых двигателях днище поршня имеет более сложную форму: начиная от выборок под клапаны (на случай поломки пружины и выпадения клапана в цилиндр, чтобы исключить «встречу поршня с клапаном») и заканчивая весьма сложной формой, необходимой для лучшего смесеобразования при использовании непосредственного впрыска топлива в цилиндр.

На боковой поверхности поршня имеются канавки для установки уплотнительных колец. На современных двигателях устанавливаются два компрессионных и одно маслосъемное кольцо (оно состоит из трех элементов, смотрите рисунок 4.27).

Читать еще:  Трехслойная покраска авто

Примечание
Существуют определенные названия отдельных поверхностей поршня, так, верхняя поверхность, непосредственно воспринимающая все нагрузки от расширяющихся газов при сгорании топливовоздушной смеси, называется днищем поршня, а боковая вертикальная поверхность — юбкой поршня.


Рисунок 4.27 Поршень с поршневыми кольцами.

На дизельных двигателях поршни имеют иную форму, так как камера сгорания находится непосредственно в поршне, как это видно из рисунка 4.28. Камеры сгорания в данном случае могут иметь очень сложную форму, что обусловлено стремлением конструкторов к более тщательному перемешиванию воздуха с распыленным топливом.


Рисунок 4.28 Поршень дизельного двигателя с камерой сгорания в днище поршня.

Поршневые кольца

Компрессионные кольца уплотняют поршень в цилиндре и служат для предотвращения прорыва газов через зазор между юбкой поршня и стенкой цилиндра. Маслосъемные кольца снимают излишки масла со стенок цилиндров, препятствуя проникновению его в камеру сгорания. Место установки колец и внешний вид представлен на рисунке 4.27.

На кольце делают прямой вырез, называемый замком и позволяющий кольцу пружинить.

Поршневой палец

Поршневой палец, представляющий собой короткую стальную трубку, проходит через верхнюю головку шатуна и отверстия в поршне (в так называемых бобышках поршня), таким образом соединяя их.

Для того чтобы при работе двигателя палец не мог выдвинуться из поршня и повредить стенки цилиндра, его закрепляют стопорными кольцами.

Также применяют пальцы плавающего типа. Такой палец может проворачиваться и в бобышках поршня (они видны на рисунке 4.26), и в верхней головке шатуна. Для устранения бокового смещения палец крепят по бокам двумя пружинящими стопорными кольцами, установленными в канавках бобышек поршня.

Примечание
При установке плавающего пальца вся его поверхность является рабочей, вследствие чего обеспечивается меньший износ и уменьшается возможность заедания.


Рисунок 4.29 Поршень и поршневой палец без шатуна.


Рисунок 4.30 Поршень и поршневой палец в сборе с шатуном.

Маховик

Маховик представляет собой чугунный тщательно сбалансированный диск. Кроме обеспечения равномерного вращения коленчатого вала маховик после раскручивания вала способствует преодолению сопротивления сжатия в цилиндрах при пуске двигателя. Маховик, вследствие запасенной энергии, полученной при вращении, также обеспечивает двигателю возможность преодоления им кратковременных перегрузок, например, при трогании автомобиля с места и т.п. Схематически маховик отчетливо виден на рисунке 4.1 данной главы.

Маховик крепится к фланцу коленчатого вала болтами. На ободе маховика закреплен зубчатый венец для пуска двигателя от стартера и нанесены установочные метки для определения ВМТ поршня первого цилиндра и для установки зажигания.

Головка блока цилиндров: главная пара для блока цилиндров

Неотъемлемой частью любого поршневого двигателя является головка блока цилиндров (ГБЦ), которая обеспечивает работу сразу нескольких систем. О том, что такое ГБЦ, какими бывают эти детали, как они устроены и работают, а также о правильном обслуживании, выборе и замене головок — узнайте в этой статье.

Назначение головки блока цилиндров и ее место в двигателе

Головка блока цилиндров (ГБЦ) — один из основных агрегатов всех типов поршневых двигателей внутреннего сгорания; цельная или составная деталь, устанавливаемая на блок цилиндров для формирования герметичных камер сгорания.

С помощью ГБЦ решается целый ряд задач, обеспечивающих функционирование двигателя:

  • Формирование замкнутых камер сгорания — они образуются выемкой в нижней части ГБЦ и днищем поршня;
  • Участие в функционировании газораспределительного механизма. В двигателях с нижним расположением клапанов ГБЦ несет только выемки под клапаны или короткие участки впускных и выпускных каналов. В двигателях с верхним расположением клапанов каналы, а также часть или весь механизм ГРМ (в том числе и распредвал) могут размещаться на ГБЦ;
  • Участие в работе системы охлаждения двигателя — в ГБЦ выполнены каналы для охлаждающей жидкости;
  • Участие в работе системы смазки двигателя — в ГБЦ с верхним расположением клапанов или всего ГРМ выполнены масляные каналы для подачи масла к трущимся деталям;
  • Участие в работе системы зажигания бензиновых агрегатов — в ГБЦ монтируются свечи зажигания;
  • Участие в работе системы впрыска топлива дизельных и инжекторных моторов — в ГБЦ монтируются форсунки и вспомогательные компоненты.

Соответственно, головка для всех этих систем выполняет функции корпусного элемента, также она делает вклад в общую жесткость двигателя и сохранение геометрии его основных компонентов.

ГБЦ играет важную роль в работе силового агрегата, любая ее неисправность требует скорейшего ремонта или даже полной замены. Но для верного выбора этой детали необходимо разобраться в ее существующих типах и особенностях.

Классификация ГБЦ

Современные ГБЦ можно классифицировать по расположению и форме камеры сгорания, конструктивному исполнению, наличию деталей газораспределительного механизма и назначению (применяемости).

ГБЦ могут иметь различные по расположению и конструкции камеры сгорания (КС):

  • КС, отформированные полностью в головке. В моторах с такими ГБЦ используются плоские поршни, при их подходе в ВМТ весь объем КС формируется головкой;
  • КС, частично отформированные в головке и частично расположенные в поршне. В моторах с такими ГБЦ поршни имеют выемки в днище, которые являются частью КС;
  • КС, расположенные полностью в поршне. В таких моторах нижняя плоскость головки практически плоская (с выемками для клапанов и каналов), а КС полностью отформирована в днище поршня.

КС могут иметь различную форму, которая определяет эффективность смесеобразования, сгорания топливно-воздушной смеси, отвода отработанных газов и т.д. наиболее распространенными формами КС являются сфера, полусфера, шатер, клин и полуклин, и другие. Однако на современных моторах все чаще встречаются КС сложной (комбинированной) формы, сочетающие в себе лучшие качества простых по форме камер.

В отдельную группу относятся форкамерные ГБЦ, в которых помимо основной КС выполнена связанная с ней малая камера для предварительного воспламенения горючей смеси.

Головки выпускаются трех конструкций:

  • Общая ГБЦ для всех цилиндров рядного двигателя или одного ряда V-образного силового агрегата;
  • Групповые ГБЦ рядных и V-образных моторов, закрывающих только часть (обычно половину) цилиндров одного ряда;
  • Раздельные (индивидуальные) ГБЦ для каждого цилиндра.

Наиболее широкое применение получили общие головки, которые сегодня используются на рядных и V-образных двигателях малого и среднего объема. На мощных многолитровых и многоцилиндровых моторах, особенно дизельных, чаще используются индивидуальные ГБЦ — такое решение продиктовано необходимостью снижения массы головок и расхода металла на их изготовление. Кроме того, наличие отдельных головок значительно облегчает и ускоряет процесс обслуживания и ремонта деталей цилиндра (поршня, ГРМ и других).

ГБЦ делятся на группы по наличию и комплекту газораспределительного механизма:

  • Без деталей ГРМ — к этой группе относятся ГБЦ старых нижнеклапанных и нижневальных многоцилиндровых моторов, а также современных двухтактных бесклапанных моторов (мотоциклов и малой техники);
  • С отдельными деталями ГРМ — клапанами и приводами клапанов (коромыслами и сопутствующими компонентами);
  • Со всем механизмом газораспределения — к этой группе относится большое число современных моторов, в ГБЦ которых располагается распредвал, клапаны и их привод, а также вспомогательные механизмы и датчики.

Наконец, ГБЦ подразделяются на множество групп по применяемости и некоторым особенностям:

  • Для дизельных и бензиновых моторов (а также и для моторов с газобаллонным оборудованием);
  • Для агрегатов с жидкостным и воздушным охлаждением;
  • Для моторов с различными режимами работы (обычных и форсированных).

Однако, независимо от типа и особенностей ГБЦ, все они имеют похожую конструкцию и принцип работы.

Устройство головок блока цилиндров

Основой конструкции ГБЦ является цельнолитая или фрезерованная деталь из облегченного алюминиевого сплава или белого чугуна. В ГБЦ различными методами формируются основные детали:

  • Камеры сгорания;
  • Впускные и выпускные каналы;
  • Каналы с запрессованными в них втулками клапанов;
  • Седла клапанов (во многих двигателях — упрочненные токами высокой частоты или иным способом, либо в виде отдельных деталей, изготовленных из более прочного металла);
  • Каналы системы охлаждения;
  • Масляные каналы;
  • Опорные поверхности под детали ГРМ — стоек оси коромысел, постели распределительного вала и других;
  • Резьбовые отверстия под монтаж свечей зажигания, топливных форсунок, свечей накаливания;
  • Поверхности сопряжения и крепежные отверстия для монтажа различных деталей — впускного и выпускного коллекторов, крышки ГБЦ, разнообразных датчиков и т.д.;
  • Сквозные отверстия для монтажных шпилек/болтов.

Все предусмотренные поверхности сопряжения полируются для достижения максимально плотного прилегания деталей. Монтаж коллекторов, крышки и ряда других деталей выполняется через уплотнительные элементы (прокладки). В чугунных головках монтаж обычно ведется с помощью болтов, в алюминиевых — чаще используются шпильки, которые вворачиваются один раз на предприятии-изготовители и в дальнейшем не трогаются.

Вся нижняя поверхность ГБЦ также полируется — она образует привалочную поверхность для монтажа на блок и формирования камер сгорания. Монтаж ГБЦ также выполняется через прокладку определенной толщины. В настоящее время наиболее широко используются композитные прокладки — как традиционные паронитовые (из прессованного искусственного каучука с асбестовым волокном), так и современные многослойные металлопакеты (на основе медного листа с синтетическими вставками).

ГБЦ в сборе устанавливается на верхнюю часть блока цилиндров, ее фиксация осуществляется с помощью наворачиваемых на шпильки гаек (в случае алюминиевого блока) или ввертываемых непосредственно в блок болтов (в случае чугунного блока). На головку устанавливается сплошная или составная крышка, обеспечивающая защиту деталей ГРМ и предотвращающая потери моторного масла.

Как правильно подобрать и заменить ГБЦ

Сама по себе ГБЦ — надежная и долговечная деталь, которая может без каких-либо проблем служить многие годы. Однако на ней установлено множество деталей, неисправность которых может потребовать демонтажа или иных манипуляций с ГБЦ. При нормальной эксплуатации транспортного средства снимать головку без надобности не рекомендуется, так как это приводит к ухудшению качества крепежа, а кроме того, при последующем монтаже необходимо использовать новую прокладку (что ведет к лишним расходам).

О замене ГБЦ придется задуматься в случае серьезных повреждений — сквозных трещин, сколов и отломов, изменении геометрии и т.д. Для замены необходимо выбирать головку той же модели (а главное — каталожного номера), что была установлена на двигателе ранее. “Неродная” головка просто не встанет на свое место и не обеспечит необходимых характеристик двигателя. Однако следует заметить, что ГБЦ других типов нередко используются при тюнинге двигателя, но эта работа гораздо более сложна простой замены деталей и выполняется только профессионалами, поэтому ее здесь мы не рассматриваем.

Головка блока цилиндров приобретается в комплекте с прокладкой и комплектом уплотнителей (для коллекторов, крышки, датчиков и т.д.), применение старых уплотнительных элементов недопустимо! Монтаж новой головки следует выполнять в строгом соответствии с инструкцией по ТО и ремонту транспортного средства, особое внимание следует уделять порядку затяжки гаек/болтов и прилагаемому к ним усилию. Несоблюдение этих рекомендаций может привести к поломке ГБЦ.

В дальнейшем ГБЦ требует минимального внимания (чего нельзя сказать об установленных на ней деталях), и при правильном монтаже и бережной эксплуатации она будет обеспечивать надежное функционирование мотора.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector