Из чего сделан блок двигателя

Из чего сделан блок цилиндров двигателя

Наиболее распространенным материалом, используемым в производстве, является чугун. Это традиционный вариант. На втором месте алюминий. Вернее, его различные сплавы. Ну и совсем экзотический материал — магниевый сплав. Теперь обо всех трех вариантах — подробнее.

Чугун

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

Чугун использовали с добавками: никель, хром. Среди положительных свойств изделия из чугуна можно выделить: меньшую чувствительность к перегреву, жесткость, что очень важно при форсировке двигателя.

Устройство работает в основном при частых перепадах температуры, поэтому в приоритете изделия из чугуна. Главный недостаток – значительный вес, что ухудшает динамику легкового автомобиля.

Алюминий

Обладает такими положительными чертами, как оптимальное охлаждение двигателя и небольшой вес. Он находится на втором месте по количеству произведенных блоков цилиндров. Особенностью конструкции из алюминия является установка гильз.

Сегодня для выполнения этой операции в основном используются две технологии, Locasil и Nicasil. В первом случае запрессовываются гильзы из алюминиево-кремниевого сплава, во втором случае наносится никелевое покрытие. У второй технологии есть существенный недостаток – если, например, прогорел поршень, сломался шатун или вышел из строя никелевое покрытие, изделие не подлежит ремонту.

Технология Никосила также не предусматривает растачивания, необходимо менять устройство целиком. Понятно, что в этом случае владельцу машины придется выложить значительную сумму.

Магниевый сплав

Изготовленный из него блок двигателя тверд, как чугун, и легок, как алюминий. Правда, такой продукт стоит дорого, и по этой причине его не используют в производстве конвейерных лент, хотя он сочетает в себе лучшие свойства чугуна и алюминия. Как видите, каждый из упомянутых материалов имеет определенные преимущества и недостатки, но говорить, что какой-то из них лучше, было бы неправильно.

Устройство блока цилиндров двигателя — коротко и понятно

Содержание статьи:

Основой поршневого двигателя внутреннего сгорания является блок цилиндров. Блок цилиндров используется в двигателях внутреннего сгорания с 2 и более цилиндрами. Блок цилиндров выполнен в виде единой литой детали, которая предназначена для следующих функций: объединяет все цилиндры двигателя, является основанием для навесного оборудования (головки блока цилиндров, картера) и имеет места (постели) для коленчатого вала внутри конструкция, каналы для систем смазки и охлаждения.

Из чего изготавливается блок цилиндров

Как работает дизельный двигатель

Наиболее распространенным материалом для изготовления блока цилиндров является чугун. Это традиционные вещи. Далее по списку идет алюминий в виде различных сплавов. Самый редкий материал для блока цилиндров – магниевый сплав.

• Чугун обладает такими положительными свойствами, как жесткость и малая чувствительность к перегреву двигателя. Блок цилиндров – устройство, работающее в условиях постоянной смены температурных режимов, поэтому лидирует здесь чугунный блок. В то же время у чугунного блока есть большой минус – большая масса.
• Алюминий обладает такими положительными свойствами, как отличное охлаждение двигателя и малый вес. Особенности алюминиевых блоков заключаются в подборе и установке гильз. Наиболее распространенными на сегодняшний день являются технологии Locasil – прессование алюминиево-кремниевых гильз и Nicasil – никелирование. Недостатком второй технологии является то, что она не подлежит ремонту. Блок цилиндров никосиловой технологии не подлежит расточке, а меняется в сборе. Это дорого обходится автовладельцу.
• Магниевый сплав не используется для изготовления конвейерной ленты блока цилиндров из-за его высокой стоимости. Хотя это идеальное сочетание жесткости и прочности чугуна и легкости алюминия.

Основные составляющие блока цилиндров

• Головка блока цилиндров (ГБЦ). Крепится сверху блока с помощью направляющих штифтов и болтов головки блока цилиндров. Между головкой блока цилиндров и блоком цилиндров находится очень важная деталь – прокладка блока цилиндров.
• Прокладка блока цилиндров может быть асбестометаллической, безасбестовой или металлической.
• Гильзы цилиндров двигателей применяются в двух вариантах: запрессованные непосредственно в блок цилиндров промышленным способом (обычно для алюминиевых блоков); съемные рукава: «мокрого» и «сухого» типов.
• Картер. Это конструктивная нижняя часть блока цилиндров. Выполняет роль корпуса КШМ (кривошипно-шатунного механизма). Картер закрыт снизу поддоном картера.

Отверстия и каналы для систем смазки и охлаждения двигателя расположены в самом блоке цилиндров. Сливная пробка блока цилиндров предназначена для слива охлаждающей жидкости, а для слива моторного масла имеется пробка в масляном поддоне.
В полости блока цилиндров имеются места для размещения привода распределительного вала. Это место спереди закрывает крышка блока цилиндров. В нижней части блока находятся опоры коренных подшипников коленчатого вала. Удачи в понимании секретов сборки блока цилиндров.

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

Гражданское двигателестроение — очень консервативная отрасль. Все те же коленвалы, поршни, цилиндры, клапана, как и 100 лет назад. Фантастические шатунные, осевые и другие схемы никак не хотят внедряться, что доказывает их нецелесообразность. Даже двигатель Ванкеля, великий прорыв шестидесятых, на самом деле ушел в прошлое.

Все современные «инновации», если присмотреться, — это просто внедрение гоночных технологий пятидесятилетней давности, приправленное дешевой электроникой для более точного аппаратного управления. Прогресс в создании двигателей внутреннего сгорания больше связан с синергией небольших изменений, чем с глобальными прорывами.

А жаловаться — это как грех. О надежности и обслуживании в этот раз говорить не будем, но мощность, чистота и экономичность современных двигателей для человека из семидесятых покажутся настоящим чудом. А если отмотать еще несколько десятков лет назад?

Сто лет назад двигатели были еще карбюраторные, с магнитным зажиганием, обычно нижнеклапанные или даже с «автоматическим» впускным клапаном… А о наддуве и не думали. А у старых-старых двигателей не было той детали, которая сейчас является основным узлом, — блока цилиндров.

До внедрения блока

Первые двигатели имели картер, цилиндр (или несколько цилиндров), но не имели блока. Вы удивитесь, но основа конструкции — картер — часто негерметичен, поршни и шатуны открыты всем ветрам, смазываются из капельной масленки. Да и само слово «картер» сложно применить к конструкции, сохраняющей взаимное положение коленчатого вала и цилиндра в виде открытых скобок.

Стационарные и судовые двигатели имеют аналогичную компоновку и по сей день, а автомобильные двигатели внутреннего сгорания все же нуждались в большей герметичности. Дороги всегда были источником пыли, которая сильно портит механизмы.

Пионером в «герметизации» является фирма De Dion-Bouton, выпустившая в 1896 году серию двигателей с цилиндрическим закрытым картером, внутри которого размещался кривошипно-шатунный механизм.

На фото: двигатель De-Dion

Правда, газораспределительный механизм с его камерами и толкателями по-прежнему оставался открытым — это делалось для лучшего охлаждения и ремонта. Кстати, к 1900 году эта французская компания оказалась крупнейшим производителем автомобилей и двигателей внутреннего сгорания в мире, выпустив 3200 двигателей и 400 автомобилей, поэтому конструкция оказала сильное влияние на развитие двигателестроения.

…и тут появляется Генри Форд

Первая серийная конструкция со сплошным блоком цилиндров остается одной из самых массовых машин в истории. Ford T, представленный в 1908 году, имел четырехцилиндровый двигатель с чугунной головкой цилиндров, нижними клапанами, чугунными поршнями и чугунным блоком цилиндров. Объем двигателя был вполне «взрослым» для того времени 2,9 литра, а мощность составляла 20 л. С долгое время считался достаточно достойным показателем.

На фото: Форд Т-образный двигатель

Более дорогие и сложные конструкции тех лет имели отдельные цилиндры и картер, к которому они крепились. Головки блока цилиндров часто были индивидуальными, а вся конструкция ГБЦ и сам цилиндр крепились к картеру шпильками. Вслед за тенденцией к укрупнению агрегатов картер часто оставался отдельной деталью, а блоки двух-трех цилиндров по-прежнему оставались подвижными.

В чем смысл разделения цилиндров?

Конструкция с отдельными съемными цилиндрами сейчас выглядит несколько непривычно, но до Второй мировой войны, несмотря на нововведения Генри Форда, это была одна из самых распространенных компоновок. В авиадвигателях и двигателях воздушного охлаждения он сохранился до наших дней. А «воздушный оппозитник» Porsche 911 серии 993 до 1998 года не имел блока цилиндров. Так зачем разделять цилиндры?

Цилиндр в виде отдельной детали на самом деле довольно удобен. Он может быть изготовлен из стали или другого подходящего материала, такого как бронза или чугун. Внутреннюю поверхность при необходимости можно покрыть слоем хромовых или никельсодержащих сплавов, сделав ее очень твердой. А снаружи нарастить развитую рубашку для воздушного охлаждения. Обработка относительно компактного узла будет точной даже на достаточно простых станках, а при хорошем расчете крепления температурные деформации будут минимальными. Можно сделать гальваническую обработку поверхности, так как деталь небольшая. Если такой цилиндр имеет износ или другие повреждения, его можно снять с картера и установить новый.

Есть и много недостатков. Помимо более высокой цены и высоких требований к качеству сборки двигателей с раздельными цилиндрами, серьезным недостатком является малая жесткость такой конструкции. Это означает повышенные нагрузки и износ поршневой группы. Да и совмещать «принцип разделения» с водяным охлаждением не очень практично.

Статьи / Практика Нам не нужен воздух: почему воздушное охлаждение проиграло «водянке» Потребительские качества «воздушных» двигателей гораздо выше, чем у привычных нам «водянок» — это доказано как дважды два. Так почему мы сегодня ездим на машинах с антифризом, радиаторами… 24479 6 19 12.02.2016

Двигатели с раздельными цилиндрами очень давно ушли из мейнстрима — недостатки перевесили. В середине тридцатых годов такие конструкции почти не встречались в автомобилестроении. Ряд комбинированных конструкций — например, с многоцилиндровыми блоками, общим картером и головкой блока — появился на мелкосерийных люксовых автомобилях с большими двигателями (можно вспомнить почти забытую марку Delage), но к концу 30-х гг все вымерло.

Победа цельночугунной конструкции

Известная нам сегодня конструкция победила благодаря своей простоте и дешевизне производства. Крупная отливка из дешевого и прочного материала после точной механической обработки все же дешевле и надежнее, чем отдельные цилиндры и тщательная сборка всей конструкции. А на нижнеклапанных двигателях клапаны и распредвал расположены тут же в блоке, еще больше упрощая конструкцию.

Рубашка системы охлаждения была отлита в виде полости в блоке. Для особых случаев могли использоваться и отдельные гильзы цилиндров, но двигатель на Ford T не имел таких изысков. Чугунные поршни со стальными компрессионными кольцами работали непосредственно на чугунный цилиндр. И, кстати, маслосъемник в его обычном виде там отсутствовал, его роль выполняло нижнее третье компрессионное кольцо, расположенное под поршневым пальцем.

На фото: Форд Модель Т

Эта «полностью чугунная» конструкция доказала свою надежность и технологичность за многие годы производства. И на много лет вперед его переняли у Ford такие массовые производители, как GM.

Правда, отливка блоков с большим количеством цилиндров оказалась технологически сложной задачей, и многие двигатели имели два-три полублока с несколькими цилиндрами в каждом. Так, рядные «шестерки» тридцатых годов иногда имели два трехцилиндровых полублока, а уж рядные «восьмерки» тем более делались по этой схеме. Например, самый мощный двигатель Duesenberg Model J был сделан так: два полублока закрывались одной головкой.

На фото: двигатель Duesenberg J

Однако в начале сороковых годов прогресс позволил изготавливать цельные блоки такой длины. Например, блок Chevrolet Straight-8 «Flathead» уже был цельным, что уменьшало нагрузку на коленчатый вал.

Чугунные гильзы в чугунных блоках тоже были довольно удачным решением. Высокопрочный легированный химически стойкий чугун стоил дороже обычного и отливать из него целый крупный блок не имело смысла. А вот относительно небольшой «мокрый» или «сухой» рукав оказался неплохой альтернативой.

Базовая конструкция двигателей, освоенная в довоенные годы, не менялась много десятков лет подряд. Блоки цилиндров многих современных двигателей отливают из серого чугуна, иногда с высокопрочными вставками в верхней мертвой зоне. Например, вполне современный Renault Kaptur с двигателем F4R имеет чугунный блок, об обслуживании которого мы писали на днях. Чугун хорош, тем более, что блок, изготовленный из него, легко ремонтируется расточенными цилиндрами большего диаметра. Разве что производитель выпускает поршни «ремонтного» размера.

На фото: двигатель F4R

Правда, с годами блоки становятся все более «ажурными» и менее массивными. Цифры для ранних блоков подобрать сложно, но возьмем два семейства двигателей с разницей чуть более 10 лет. В блоке серии GM Gen II в середине 90-х толщина стенок двигателей варьировалась 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 стен, которое в последние годы вовсю делали конструкторы, — это, как вы понимаете, не единственный способ уменьшить вес блока. В 1920-х и 1930-х годах гораздо меньше внимания уделялось экономии веса и топлива, чем сейчас, но были предприняты первые попытки упрощения. И уже тогда додумались использовать алюминий.

Статьи / Практика Капитальный ремонт турбодизеля Митсубиси с пробегом 500 тысяч километров: ГБЦ От этого никому не уйти. Рано или поздно Он стукнет вашу. головку о блок или блок цилиндров. Это капитальный ремонт двигателя. Времена «миллионеров» давно канули в лету, а масштаб… 12281 0 1 28.09.2016

На гоночных и спортивных автомобилях того времени можно было встретить симбиоз алюминиевого картера и головки блока с чугунным литьем блоков цилиндров. Затем достижения в металлообработке позволили создать более практичный вариант такого симбиоза. Блок цилиндров остался цельным, но был отлит из алюминия, что уменьшило его вес в три-четыре раза, отчасти благодаря превосходным литейным качествам металла. Сами цилиндры были выполнены в виде чугунных гильз, запрессованных в блок.

Читайте также: Иран Хондро Саманд — стоит ли покупать?

Рукава делились на «сухие» и «мокрые», разница в целом понятна из названия. В блоках с сухой гильзой она вставлялась в алюминиевый цилиндр (или вокруг него отливался блок) с натягом, а «мокрая» гильза просто фиксировалась в блоке нижним концом, а при закручивании ГБЦ был установлен, полость вокруг него превратилась в рубашку охлаждения. Второй вариант оказался на тот момент более перспективным, так как упростил литье и уменьшил массу деталей. Но в дальнейшем рост требований к жесткости конструкции, а также сложность монтажа таких двигателей оставили эту технологию позади прогресса.

Сухие гильзы в алюминиевом блоке по-прежнему являются наиболее распространенным вариантом изготовления детали. И один из самых удачных, потому что чугунная гильза изготовлена ​​из высококачественного легированного чугуна, алюминиевый блок жесткий и легкий. Кроме того, эта конструкция теоретически еще и ремонтопригодна, как и чугунные блоки. Ведь изношенную втулку можно «снять» и запрессовать новую.

Системы

• охлаждение
• смазка
• еда
• зажигание
• выхлопные газы

Рассмотрим механизмы двигателя более подробно.

Втулки алюминиевых блоков цилиндров

Литейные алюминиевые сплавы, которые обычно используются при изготовлении блоков цилиндров, недостаточно тверды и недостаточно прочны, чтобы работать непосредственно в скользящей паре с поршнями двигателя. Для этой цели подходят только заэвтектоидные алюминиевые сплавы типа AlSi17CuMg.

Поэтому чугунные втулки широко используются в алюминиевых блоках цилиндров. Самый распространенный метод установки чугунных втулок – вставка их в форму блока цилиндров перед его заливкой. Кроме того, чугунные люверсы также устанавливаются методом горячего прессования. Для создания прочной и износостойкой поверхности скольжения на блоке цилиндров также применяют различные методы напыления — термическое, плазменное, электродуговое и другие.

Хонингование

Ранее мы упоминали о такой процедуре, как хонингование. Эта операция предназначена для уменьшения шероховатости стенок цилиндров. Благодаря хонингованию улучшается приработка поршневых колец и увеличивается ресурс отремонтированного двигателя.

Этот процесс осуществляется в несколько этапов:

• Черновая обработка цилиндров. При этом мастер использует крупный абразив.
• Отделка. При работе используется мелкозернистый абразив, что позволяет добиться высокой точности обработки. В качестве абразивов используются керамические или алмазные стержни. Последние очень надежны и долговечны. Поэтому обработка керамическими стержнями осталась в прошлом.
• Мойка двигателя. На этом шаге удаляются остатки полировальной пасты и металлической стружки. Металл не будет ржаветь? Все элементы двигателя внутреннего сгорания изготовлены из сплавов, обладающих высокой устойчивостью к коррозии.
• Финальная уборка. Он используется не всеми мастерами, но позволяет убрать старые углубления и углы, образовавшиеся в процессе хонингования. Это обеспечивает высокую гладкость поверхности цилиндров.

Почему появляются задиры?

Причин этого явления несколько:

Естественный износ. При этом заеды возникают не ранее, чем через 200 тысяч километров пробега. Нередко неисправности исчезают через 500 или несколько тысяч километров Несвоевременная замена масла или езда на малой скорости. В результате эластичность пленки теряется и двигатель работает всухую. Кольца трутся о поверхность стен и образуют царапины.

Специалисты рекомендуют менять масло каждые 10 тысяч километров Нарушение температурного режима двигателя. Это может спровоцировать не только царапины на стенках цилиндров, но и дефекты головки блока Проникновение инородных тел в камеру. Это может быть пыль от грязного воздушного фильтра. Иногда — металлическая стружка от забитого масляного фильтра. Во избежание этого заменяйте эти расходные детали каждые 10 000 км пробега. Используйте топливо с неподходящим октановым числом. Может вызвать детонацию, износ и прогар клапанов.

Особенности

Процедура замены мокрых гильз на порядок проще, чем сухих. Нет необходимости менять все элементы. Достаточно заменить только одну поврежденную втулку. Количество изношенных втулок и их состояние определяют по внутреннему калибру.

Что касается типа материала, то здесь есть некоторые отличия. Так гильза чугунного блока цилиндров изготовлена ​​из втулок из легированного чугуна. Но производители постепенно переходят на алюминиевые чушки. Ярким примером тому являются Volkswagen и Skoda. Футеровка алюминиевого блока цилиндров выполнена втулками на основе этого металла с добавлением дополнительных компонентов. Это позволяет создать на стенах устойчивое покрытие.

Перед запрессовкой гильз в обоих случаях сверлят цилиндры. В ходе этой операции мастер создает правильную геометрию кармана для рукава. При наименьших отклонениях возможно образование эллипса. Из-за этого на недавно отремонтированном двигателе может возникнуть износ, расход масла и низкая компрессия.

Затем переходим к гильзе блока цилиндров. Операция проводится «в горячем виде», в несколько этапов. Сначала блок цилиндров нагревается до температуры 150-160 градусов Цельсия. Затем возьмите рукав и охладите его. Элемент обрабатывается жидким азотом при температуре -195 градусов. На следующем этапе рукав покрывается специальным средством, которое не позволит образовываться конденсату на стенках. После этого охлажденный рукав помещается в горячий блок. Благодаря перепаду температур рукав идеально входит в посадочное место.

Этот способ футеровки блока цилиндров является самым быстрым и качественным. В результате работы удается добиться высокой плотности посадки и необходимой плотности в месте контакта втулки с блоком.

Монтажные отверстия поршневого пальца в стенке цилиндра

В оппозитных двигателях в силу их конструктивных особенностей при установке возникают проблемы с подгонкой поршневых пальцев к ряду цилиндров. Причина этого в том, что обе половины картера должны быть скреплены болтами для крепления поршней ко второму ряду цилиндров, соответственно, для соединения шатунов с соответствующими шатунными шейками. Поскольку после соединения двух половин картера болтами доступа к коленчатому валу больше нет, шатуны без поршней навинчиваются на соответствующие шатунные шейки, а поршни устанавливаются после соединения половин картера болтами.

Отсутствующие поршневые пальцы затем вставляются через поперечные отверстия в нижней части цилиндра (рис. 5) для соединения поршней с шатунами. Крепежные отверстия пересекают рабочие поверхности цилиндров в области, которую не проходят поршневые кольца.

Восстановление блока цилиндров гильзами ремонтного размера

В случае значительного повреждения рабочей поверхности втулки или необходимости восстановления БК втулками предельного ремонтного размера втулки могут быть заменены. Их просто растачивают до полного снятия Новые втулки должны иметь наружный диаметр на 0,05 — 0,07 мм больше места в блоке и упорный выступ сверху. Такая посадка с натягом и нанесение герметика на верх и низ гильзы при установке не позволяет охлаждающей жидкости просачиваться в цилиндр и поддон. Посадка втулки с натягом также обеспечивает хороший отвод тепла от стенок алюминиевого блока.

А вот при посадке чугунной втулки в алюминиевый блок с таким натягом запрессовку применять нельзя.Дело в том, что чугун в втулке тверже алюминия в блоке и легко царапается при запрессовке. В районе задира стенка рукава не граничит с поверхностью сиденья. В этом месте тепло не будет отводиться и может возникнуть локальный перегрев. Кроме того, при сверлении и шлифовке втулки после ее запрессовки стенка втулки в месте ее не прикрепления к посадочному месту будет «дышать», что ухудшает точность обработки рабочей поверхности. Выход из этой ситуации – установка «вручную» гильзы, охлаждаемой жидким азотом, в разогретый блок цилиндров.

Преимуществами алюминиевых блоков цилиндров с сухими гильзами

Преимуществами алюминиевых БЦ (блоков цилиндров) с сухими гильзами являются меньший вес двигателя с таким блоком, более быстрый его прогрев и меньшее количество антифриза, необходимое для нормального охлаждения по сравнению с двигателями на основе чугунных БЦ, разница в расширении коэффициенты к алюминиевому поршню и чугунной гильзе при нагреве при работающем двигателе никуда не делись.

Из-за этой разницы зазор между цилиндром и поршнем не может быть уменьшен менее чем до 0,025 — 0,04 мм. Из-за постоянного изменения зазора (при пуске холодного двигателя зазор больше, а после прогрева до рабочей температуры уменьшается) скорость износа поршневой группы не соответствовала современным требованиям. Как следствие, повышенный угар масла, что не позволяет двигателю соответствовать современным экологическим нормам.

Изготовление поршня из алюминия покрытого железом

Чтобы максимально уменьшить зазор между цилиндром и поршнем, они должны быть выполнены из металла с одинаковым тепловым расширением, т.е из алюминия. Но алюминий на алюминий не может работать. Из-за малой твердости при работе алюминиевого поршня по алюминиевому цилиндру происходит царапание вплоть до заедания.Мале решил эту проблему, покрыв алюминиевый поршень тонким слоем (около 0,03 мм) железа.

Такой поршень нормально работает по алюминию цилиндра. Поскольку расширение алюминиевого поршня и цилиндра одинаковое, стало возможным сделать зазор между ними не более 0,02 мм. Для повышения износостойкости цилиндров содержание кремния в алюминиевом сплаве БЦ было увеличено более чем на 18%.При изготовлении такого блока после растачивания цилиндров применяют химическое травление их стенок для обнажения кристаллов кремния на поверхности. Производитель назвал это покрытие Силумал.

Расточка и хонингование алюминевых блоков Silumal

Ремонт таких блоков цилиндров производится так же, как и чугунных блоков, путем сверления до ремонтного размера и последующего хонингования, но хонингование алюминиевых блоков сильно отличается от чугунных блоков. Лечение обычно проходит в три этапа. При этом используются стержни абразива разных размеров, от самого большого до самого маленького. Абразивные частицы таких стержней содержат карбид кремния, так как при хонинговании приходится резать не только мягкий алюминий, но и очень твердый кремний.

Также состав покрытия шатунов головок не позволяет налипать на них алюминиевой стружки, которая может вызвать серьезные царапины на стенке цилиндра. После хонингования необходима еще одна операция, необходимо обнажить кристаллы кремния. Вместо химического травления при ремонте используется полировка специальной силиконовой пастой, содержащей небольшое количество кремния. При этом снимается тонкий слой алюминия (0,001 мм), а кристаллы кремния на стенках цилиндров не затрагиваются.Все самое интересное и актуальное вы можете найти на нашем сайте качество21.

Конструкция блока цилиндров

Блок цилиндров большинства двигателей отливается из серого чугуна с последующей механической обработкой. При этом рабочая поверхность зеркала цилиндра выполнена из чугуна. Отверстие цилиндра просверливается до заданного размера, и после окончательной 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 изготовлены поршневые кольца, и в паре материалов «алюминий — чугун», из которого сделаны поршни. В то же время стенки цилиндров из чугуна обладают высокой износостойкостью. Но иногда даже в чугунные блоки цилиндров для повышения износостойкости запрессовывают тонкостенные сухие гильзы из более прочного легированного чугуна. Недостатком чугуна при производстве блоков цилиндров является его большой удельный вес.

Для улучшения динамики автомобиля конструкторы всеми силами стараются уменьшить вес всех узлов автомобиля, в том числе и двигателя. Поэтому блок двигателя многих современных автомобилей отливается из алюминиевого сплава. Алюминий, кроме легкого веса, не имеет преимуществ перед чугуном, но возникают новые трудности. Алюминиевые сплавы значительно мягче чугуна, поэтому для обеспечения необходимой жесткости блока приходится утолщать несущие стенки блока и создавать сложную систему ребер жесткости.

Алюминий имеет более высокий коэффициент теплового расширения, поэтому нужно более строго контролировать зазоры между разными частями двигателя. Поршни всех современных двигателей для облегчения веса чаще всего изготавливают из алюминиевых сплавов. Но коэффициент трения в паре материалов «алюминий-алюминий» очень велик и алюминий имеет низкую износостойкость. Поэтому поверхность баллонов должна быть выполнена не из алюминия, а из другого материала.

В алюминиевых слитках тонкостенные износостойкие чугунные гильзы вплавляются в алюминиевую отливку при производстве слитковой отливки. А вот стенки цилиндров самых современных двигателей с алюминиевым блоком можно оцинковать специальным износостойким металлом по современной технологии. Либо по самым современным технологиям проводится поверхностная закалка стенок цилиндров.

При литье блока цилиндров по специальным технологиям увеличивается концентрация кремния в поверхностном слое стенок цилиндров, затем с помощью химических реакций из поверхностного слоя стенок цилиндров удаляется алюминий. В результате такого упрочнения износостойкость стенок цилиндров превышает износостойкость цилиндров из чугуна. Но в этом случае для уменьшения коэффициента трения между алюминиевым блоком цилиндров и алюминиевыми поршнями поршни покрыты тонким слоем железа. Отсутствие чугунных гильз значительно снижает вес блока цилиндров. Иногда в блок цилиндров вставляют съемные гильзы, которые уплотняются в блоке цилиндров медными или резиновыми прокладками.

Съемные втулки имеют то преимущество, что после сильного износа их можно заменить новыми, изготовить или отремонтировать (просверлить до ремонтного размера) с высокой точностью на заводе. Использование съемных гильз упрощает ремонт двигателя. Но в последнее время такие гильзы применяются достаточно редко, так как блоки цилиндров со вставными гильзами имеют некоторые присущие им недостатки. При перегреве двигателя посадочное место вкладыша в блоке разгерметизируется, в результате чего происходит утечка охлаждающей жидкости.

Сколько стоит?

Цена на гильзу блока цилиндров может существенно различаться. Обычно в эту стоимость входит утомительная работа по хонингованию цилиндров. Итак, для автомобилей ВАЗ весь комплекс работ стоит 5 тысяч 300 рублей без учета самих втулок.

Гильза ДВС УАЗ — 6 тысяч 500 рублей. Для ГАЗелей с двигателями ЗМЗ эта услуга стоит 4300 руб. Для двигателей Cummins — на 2 тысячи дешевле. Что касается иномарок, то стоимость чугунной втулки блока цилиндров (без сверления и хонингования) составляет 2300 рублей за цилиндр. Та же работа, но с алюминиевым блоком на 200 рублей дороже.

Где изготавливается гильза цилиндра? Санкт-Петербург и Москва — не единственные города, где предлагается эта услуга. Хорошего мастера по изготовлению рукавов можно найти в гораздо меньших деревнях.

«Алюминиевые» двигатели и их преимущества

Использование современных технологий в производстве позволяет выпускать легкие «алюминиевые» двигатели, где блок цилиндров не имеет чугунных гильз. В рабочих поверхностях цилиндров в алюминиевых блоках электролитически создается повышенное содержание кремния, а затем цилиндры подвергаются химическому травлению для создания на рабочей поверхности цилиндров прочной пористой пленки из чистого кремния, хорошо удерживающей смазку.

Рабочие поверхности цилиндров современных алюминиевых блоков двигателя могут быть покрыты плазменным напылением. Порошок, напыляемый на стенки цилиндра, подается через плазмотрон. Газ для создания плазмы проходит через распылитель и воспламеняется электрической дугой. При этом температура газа повышается примерно до 11700°С и он переходит в плазменное состояние. Частицы порошка в расплавленном состоянии заполняют неровности на поверхности цилиндра. Когда частицы затвердевают, они надежно прикрепляются к стенкам цилиндра. Кроме того, внутри напыленного слоя возникает сжимающее напряжение, что дополнительно укрепляет связь между металлом в цилиндре и напыленным слоем.

После напыления, как и с традиционными цилиндрами, проводится хонингование, но в этом случае риск из-за хонингования не такой глубокий. Появляется очень гладкая внешняя поверхность с небольшими впадинами (микрополостями), в которых находится масло. Каждая микроямка не связана с другими микроямками, в отличие от хонинговальных чугунных втулок. Когда поршневое кольцо проходит над микроямкой, в микроямке создается давление, которое воздействует на поршневое кольцо. В результате поршневое кольцо плавает поверх масляной прокладки, обеспечивая гидродинамическую смазку. В результате значительно снижаются потери на трение и износ.

Преимуществами данного способа изготовления баллонов по сравнению с обычными являются:

• снижение веса по сравнению с гильзами цилиндров
• уменьшение объема двигателя по сравнению с чугунным блоком цилиндров за счет сужения перемычек между цилиндрами
• увеличенный срок службы цилиндра благодаря прочному покрытию с плазменным напылением

Рис. Схема покрытия стенок цилиндра плазмотроном: 1 — плазменная струя с напыляемым порошком; 2 — плазмотрон; 3 — рабочая поверхность цилиндра

Разновидности

Рукава бывают нескольких видов:

• Засуха.
• Мокрый.

Первый установлен в блоке двигателя, который не имеет контакта с охлаждающей жидкостью. Мокрые гильзы соприкасаются с антифризом с одной стороны. Такие элементы снабжены специальными прокладками, препятствующими утечке жидкости из системы охлаждения и ее проникновению в цилиндр. Это уплотнение также препятствует прорыву выхлопных газов в СОД.

Основные требования к рукавам:

• Устойчив к экстремальным температурам.
• Защита от коррозии.

При выборе этих элементов обращайте внимание на толщину стенок цилиндров, их эллипс и конусность. Учитываются допуски на расточку втулки после ее установки в двигатель

Гильзы

Втулки применяются в блоках из алюминиевых сплавов, так как алюминий менее устойчив к нагрузкам и жестким температурным режимам, в отличие от чугуна. Они бывают съемными и несъемными. Последнее выполняется вдавливанием в блок. Рукава также делятся на «мокрые» и «сухие». «Мокрыми» называют рукава, непосредственно контактирующие стенками с теплоносителем в рубашке охлаждения устройства. Это приводит к лучшему охлаждению. «Мокрые» рукава легко меняются. Их часто используют на сельхозтехнике, тракторах и другой спецтехнике.

Рукава

«Сухие» гильзы чаще всего крепятся и запрессовываются в корпус цилиндра, что обеспечивает целостность и жесткость всего блока. А вот «сухие» рукава хуже отводят тепло, чем «мокрые».

После появления дефектов и износа стенок применяется цилиндрическое сверление. Со стен снимается металл определенной толщины, а затем устанавливаются другие ремонтные штампы и кольца нового размера. Количество отверстий ограничено, так как объем постепенно увеличивается, а прочность уменьшается.

После максимального количества отверстий используется втулка. Это сложный процесс, который можно осуществить только с помощью специального оборудования. «Мокрые» гильзы гораздо легче менять даже в полевых условиях. Если установлены «сухие» втулки или имеется чугунный блок, растачивают новые втулки, которые запрессовываются с высокой точностью. Сам блок прогревается до 150-200 градусов, а новая втулка охлаждается. Это обеспечивает наиболее плотную и точную посадку.

Блок цилиндров двигателя

Блок цилиндров представляет собой неподвижную часть кривошипно-шатунного механизма (далее КШМ), объединяющего цилиндры двигателя. Изготовлен из чугуна. Иногда блок цилиндров отливают из литых алюминиевых и магниевых сплавов. В блоке цилиндров коленчатый вал установлен на специальных опорных поверхностях. Верхняя часть блока цилиндров закрыта головкой блока цилиндров. А снизу картер крепится к блоку цилиндров. Блок цилиндров является основной частью двигателя, к которой крепятся другие части двигателя.

Двигатели с блоком цилиндров имеют водяную (жидкостную) систему охлаждения, а полости, по которым циркулирует охлаждающая жидкость, называются рубашкой охлаждения двигателя.

Химический состав и термическая обработка

Литейные алюминиевые сплавы, используемые для изготовления блоков автомобильных двигателей, обычно включают сплавы 46200 и 45000 европейского стандарта EN 1706 (громоздкий префикс «EN AC-» опущен). Химические «формулы» этих сплавов: AlSi8Cu3 и AlSi6Cu4 соответственно. Их американские аналоги — более известные — это сплавы А380.2 и А319. Эти доэвтектические алюминиево-кремниевые сплавы обычно изготавливаются из переработанного алюминия. Блоки автомобильных цилиндров отливают из них различными методами гравитационного литья.

Таблица – Химический состав и состояния

алюминиевые литейные сплавы для блоков цилиндров

Относительно высокое содержание меди означает, что эти сплавы сохраняют свою прочность при повышенных температурах, а также обеспечивают хорошую обрабатываемость. Обычно для этих сплавов — 46200 и 45000 (А380.2 и А319) — применяют состояния Ф (литое состояние), Т4 (закалка и естественное старение) и Т5 (неполная закалка и искусственное старение). Для отливок из этих сплавов можно использовать и отпуск Т6, но для многих изделий из этих сплавов достаточно стабилизирующего отпуска Т5.

Практически все блоки цилиндров, отлитые методом литья под высоким давлением, изготовлены из сплава 46000 (AlSi9Cu3(Fe)). Как правило, этот сплав не требует термической обработки, кроме умеренной закалки для снижения остаточных напряжений.

Блоки цилиндров из алюминиевого сплава 42100 (AlSi7Mg0,3) и 42000 (AlSi7Mg) достигают высокой прочности и удлинения при комнатной температуре при термообработке до отпуска Т6. При этом необходимо тщательно контролировать остаточные напряжения, возникающие при закалке отливки, для достижения состояния Т6. Более высокая трещиностойкость этих сплавов позволяет им выдерживать термическую усталостную нагрузку. Это происходит за счет некоторого ухудшения обрабатываемости и увеличения стоимости из-за дополнительных затрат на термообработку для состояний Т6 или Т7. Выполнение требования по уменьшению содержания примесей, таких как железо, марганец, медь и никель, также требует дополнительных затрат по сравнению с упомянутыми выше вторичными сплавами.

Блоки цилиндров из заэвтектоидных алюминиево-кремниевых сплавов (AlSi17CuMg) обычно отливают методом литья под низким давлением с последующей термической обработкой до отпуска Т6. Этот сплав также дороже, чем стандартные литейные сплавы из переработанного алюминия.

Устройство блока цилиндров

Блок двигателя должен отвечать следующим требованиям: обеспечивать соосность всех постелей, а также выдерживать одинаковый диаметр постелей. Есть и блоки, где эти требования не выполняются, но это только специальные и экспериментальные конструкции.

Как мы отмечали ранее, блок цилиндров является основой для других агрегатов. Основные детали следующие:

• Цилиндр двигателя. Чем они больше, тем мощнее двигатель. Объем суммируется и окончательная цифра озвучивается в свойствах автомобиля. Основной частью цилиндров являются гильзы, которые бывают двух типов. Первый тип используется только в алюминиевых блоках – это гильзы, запрессованные непосредственно в блок цилиндров. Другой тип — съемные рукава. Они бывают «сухими» и «мокрыми».
• Головка блока. Он состоит из мест крепления ремня ГРМ, камеры сгорания, отверстий для свечей, впускных и выпускных каналов, а также рубашки охлаждения и смазочных каналов. Головка крепится сверху самого блока цилиндров. Но если другие устройства в автомобиле фиксируются только «на глаз», то есть до того момента, пока болт не будет вывернут, то здесь болты затягиваются динамометрическим ключом. У каждого автомобиля свои параметры и схемы затяжки, нарушать которые нельзя.
• Картер. Во всех двигателях внутреннего сгорания картером можно назвать именно часть блока, а не навесной узел. Имеется корпус кривошипно-шатунного механизма. Картер крепится снизу к блоку цилиндров, для защиты они закрываются специальным поддоном.

Какими бы надежными ни были двигатели внутреннего сгорания, рано или поздно их ресурс заканчивается. Особенно это касается двигателей внутреннего сгорания старых автомобилей ВАЗ. Гильза блока цилиндров – одна из частых операций, проводимых при капитальном ремонте двигателя. В чем суть этой технологии, что она дает и как это делается? Подробнее обо всем этом читайте в нашей статье.

Каков итог?

Изучение вопроса о применимости материалов в двигателестроении показывает четкую направленность: для снижения веса и улучшения других свойств применение некоторых суперматериалов либо не особо необходимо, либо невозможно в принципе в силу физико-химических свойств. Развитие технологий идет по эволюционному пути – совершенствование как самого производства, так и традиционных материалов, реорганизация рабочего процесса и оптимизация конструкции. Так что даже в среднесрочной перспективе мы вряд ли увидим революцию в производстве двигателей внутреннего сгорания; скорее речь идет о постепенном отказе от этого типа двигателя в принципе в пользу электрических технологий, хотя и не совершившего пока стремительного технологического прорыва.

Конструкция блока цилиндров двигателя

Блоки цилиндров имеют различные конструкции и конфигурации разной степени сложности. Блок может быть рядным, с последовательным расположением цилиндров, V-образным с разным углом развала или даже состоять из двух V-образных блоков, как у Bugatti Veyron EB 16.4. Существуют блочные конструкции с углом развала 180 градусов для так называемых оппозитных двигателей, таких как Subaru.

Есть блоки типа «ВР». В них цилиндры расположены в шахматном порядке, последовательно, но при этом с наклоном в одну из двух сторон, как у V-образного двигателя. Такой синтез двух вариантов в одном блоке позволяет улучшить охлаждение и увеличить мощность при малом объеме. Эта технология используется в современных двигателях Volkswagen. Многие владельцы автомобилей Passat, Corrado, Golf, Vento, Jetta, Sharan даже не догадываются, что у них VR-образный двигатель, так как блок прикрыт общей головкой и устроен так, что наклон цилиндров не бросается в глаза.

Чем больше цилиндров в блоке — тем больше вес у двигателя. Поэтому количество цилиндров двигателя является ограниченной величиной

При отливке в блоке цилиндров имеются каналы для циркуляции охлаждающей жидкости и подачи масла. Головка блока крепится к блоку цилиндров сверху, картер крепится снизу. Кроме того, блок цилиндров служит основой для подключения коробки передач и всего навесного оборудования: генератора, стартера, карбюратора и прочего.

Блок цилиндров, поршень.

Описанная конструкция двигателя с раздельным блоком и головкой является результатом длительной разработки. В прошлом блоку давали несколько функций и то, что сегодня во главе блока, было само по себе. В относительно недавних двигателях в блоке размещался распределительный вал, а в более ранних конструкциях имелся еще и клапанный механизм. Головка блока цилиндров в так называемых нижнеклапанных двигателях выполняла функцию простой крышки с отверстиями для свечей зажигания.

Характеристика работ

Что это за операция? Гильза блока цилиндров – это комплекс работ при капитальном ремонте, который заключается в устранении дефектов ДВС, образовавшихся в процессе эксплуатации. Еще один похожий вид работ – сверление цилиндров.

Операция позволяет восстановить нужные параметры отверстий по отношению к стенкам цилиндра за счет удаления определенного слоя металла. Сверление осуществляется до определенного ремонтного размера.

Обзор основных деталей

Цилиндр двигателя

Основной частью цилиндра двигателя является гильза.

Рукава бывают двух видов:

• гильзы прессованные, (в алюминиевом блоке);

• съемные рукава — бывают «мокрые» и «сухие».

Головка блока цилиндров двигателя – ГБЦ

Он крепится к верхней части конструкции с помощью направляющих штифтов и болтов ГБЦ. Очень важной деталью является прокладка блока, она ставится между ГБЦ и самим блоком. Он изготовлен из металлического асбеста, металла и может быть безасбестовым.

Головка блока цилиндров двигателя состоит из: камеры сгорания, узлов крепления ГРМ, рубашки охлаждения, каналов смазки, резьбовых отверстий под свечи (форсунки), впускных и выпускных каналов.

Отдельно стоит сказать о технологии сборки ГБЦ. Для этого используются специальные крепежные болты, а сама операция проводится по инструкции производителя.

В частности, необходимо затянуть головку динамометрическим ключом в соответствии с моментом затяжки и с использованием схемы затяжки болтов.

Альтернативная технология

Вышеупомянутый метод предполагает предварительное сверление блока. Но есть блоки (это касается алюминия), которые не растачивают перед установкой втулок. Как они поступают в таком случае? Гильза блока цилиндров сопровождается нанесением герметика на посадочное место.

Затем втулка прессуется на специальном станке. Температура гильзы и блока одинакова. Качественная втулка позволяет эксплуатировать ДВС на протяжении 150 тысяч километров пробега при условии своевременной замены масла.