Блок циліндрів двигуна. Види блоків і їх конструкції (Частина 2).
У минулій частині цієї статті ми розглянули конструкції блоків циліндрів. підвищують міцність і жорсткість блоку, тепер настав час поговорити про самих циліндрах. Як ми вже з вами говорили, більшість двигунів йдуть з циліндрами, відлитими з блоком як одне ціле, але на практиці можуть зустрічатися циліндри і у вигляді змінної гільзи, виготовленої з високоякісного чавуну.
Навколо циліндр оточений каналами сорочки охолодження, для відводу надлишок тепла від стінки циліндра. Товщина стінки зазвичай становить 5-7 мм, але бувають і товстостінні блоки з товщиною стінок 10-12 мм.
Для більшого відводу тепла від циліндра, зустрічаються блоки, у яких між циліндрами виконані протоки з охолоджувальною рідиною. Така конструкція блоку менш схильна до перегріву і ймовірність прогара прокладки між циліндрами у них зведена практично до нуля. Але в силу збільшення габаритних розмірів і зниження запасу міцності такі блоки не отримали велику популярність.
Зате більш популярною стала їх протилежна конструкція - без протоки між циліндрами. Іноді в таких двигунах товщина між стінками циліндра може становити 4,5 - 5 мм.
Для економії на матеріалах може бути застосована наступна технологія: сам блок циліндрів відливають з НЕ дорогого сірого чавуну, в який вже запресовуються тонкостінні гільзи (1,5 - 2,0 мм) з високоякісного зносостійкого чавуну. Конструкція такого блоку обмежена числом ремонтних розмірів (збільшення діаметра циліндра расточкой). Це здешевлює виробництво, але в той же час чавунний блок залишається важким, тому більш популярними стали конструкції алюмінієвих блоків з запресованими в них чавунними гільзами.
Зараз алюмінієвий блок циліндрів з запресованими "сухими" гільзами встановлюють на багатьох марках автомобілів. Така конструкція дозволяє істотно знизити масу двигуна, зберігаючи при цьому той же процес ремонту (розточування і хонінгування). На деяких двигунах TOYOTA блок з "сухими" гільзами спекают з гранул, що збільшує легування алюмінію кремнієм, наблизивши його тим самим до коефіцієнта лінійного розширення чавуну. Це забезпечує стабільний зазор на колінчастому валу, так як алюмінієвий сплав володіє великим тепловим розширенням, в результаті ми можемо отримати небажаний зазор 0.02 - 0.04. Буває для виключення такого небажаного ефекту, кришки виконують з чавуну.
Деякі фірми на автомобілях представницького класу встановлюють двигуни з алюмінієвим блоком мають спеціальне покриття. Наприклад, на V-образному 12 циліндровому двигуні MERCEDESBENZ 600SL, при виливки блоку двигуна з алюмінію використовують спеціальну технологію, яка дозволяє зробити спрямовану кристалізацію кремнію у поверхні циліндра. Після травлення у неї забирається весь алюміній і при подальшій обробці залишається чистий кремній. Такі гільзи мають виключно високу зносостійкість. У них є лише один мінус це складність виготовлення і дорогий ремонт (потрібні спеціальні технології), недарма вони встановлюються на представницькому класі. Ще вони також дуже критичні до Погано змащений.
Застосування алюмінієвих блоків циліндрів з різним покриттям робочих поверхонь, дають стабільний зазор між робочою парою поршень-циліндр, в широкому діапазоні температур. Робочий зазор може змінюватися від 0.02 до 0.04 мм при різниці температур від -20 град до 100. Такого ніколи не досягти при використанні чавунного блоку або чавунних гільз, так як в даному випадку в тому ж діапазоні температур, він може коливатися від 0.01 до 0.1 мм . Але ж від температурного зазору безпосередньо залежить ресурс двигуна. При стабільному зазорі робочої пари поршень-циліндр виключено гойдання поршня в циліндрі при більшому зазорі і прихоплювання при малому.
Розглянемо ще одну конструкцію блоків циліндрів, яка стала досить популярною - це конструкція із застосуванням "мокрих" чавунних гільз. На відміну від попередньої розглянутої конструкції з "сухий" гільзою (гільза запресовується в розточений блок під розмір гільзи), "мокра" гільза вставляється в блок і впирається в нього своєю нижньою частиною в спеціальну розточення. Верхня частина гільзи безпосередньо контактує з охолоджувальною рідиною, звідси вона і отримала назву "мокра" гільза.
Герметичність "мокрою" гільзи в нижній її частині досягається гумовими кільцями ущільнювачів, а її верхня частина, яка виступає над площиною 0.03 - 0.07 мм сильною деформацією прокладки. Така конструкція блоку циліндрів великий розвиток отримала в основному у французькому автобудуванні, її широко застосовують PEUGEOT, RENAULT, CITROEN.
Щоб уникнути розгерметизації стику гільзи і головки блоку при нагріванні або охолодженні двигуна, різьбові отвори алюмінієвих блоків опускають набагато нижче верхньої площини. Все це відбувається через різних температурних коефіцієнтів різних матеріалів чавун - алюміній. Якщо застосовувати традиційну технологію для чавунних блоків з "мокрими" гільзами (рис. А) на алюмінієвому блоці, то алюміній при нагріванні дає більше зусилля стягування головки з блоком при ослабленні стиснення гільзи. При використанні довгих болтів або шпильок досягається менше зусилля стиснення гільзи при нагріванні (рис. Б).
При нагріванні двигуна відбувається розширення деталей двигуна, щоб трохи зменшити це розширення на деяких двигунах VOLVO, RENAULT і інших марках використовують довгі анкерні болти. Вони одночасно стягують головку блоку циліндрів і кришку корінних підшипників колінчастого вала. Такі болти виконуються з матеріалу має велику міцність і пружність і робляться вони спеціально порівняно невеликого діаметра.
Застосування на двигунах блоків з "мокрими" гільзами володіє не тільки позитивними моментами (зменшення ваги, застосування спеціальних зносостійких матеріалів і ін.) В ньому присутній і ряд недоліків, а саме:
- дуже сильно бояться програвав двигуна. В результаті перегріву існує велика ймовірність деформації прокладки, з подальшою розгерметизацією гільзи.
- корозія нижньої поверхні гільзи так само може привести до розгерметизації її нижній частині.
- при ремонті гільза не підлягає розточування і хонінгування, в ремонтний комплект до поршнів відразу йдуть гільзи, що також злегка збільшує вартість ремонту.
Вище ми розглядали конструкції блоків циліндрів в рядном виконанні, тобто все циліндри розташовані в ряд. Такий вид двигунів більш поширений на всіх марках автомобілів, крім рядних конструкцій ви можете зустріти двигуни в оппозитном і V-образному виконанні.
При збільшенні числа циліндрів і розташуванні їх всіх в один ряд, двигун вийшов би занадто довгим. Тому була придумана схема, що дозволяє рознести циліндри в два ряди, що скоротило довжину двигуна практично в два рази. Нахил циліндрів V-образного двигуна може становити від 10 до 120 градусів. Розташування циліндрів нагадувало латинську букву V, звідси вони і отримали назву V-подібні. Поширені кути між циліндрами складають 45,60,90 градусів при кількості циліндрів 6,8, але також зустрічаються 10 і 12 циліндрові двигуни.
Якщо збільшити кут у V-образного двигуна до 180 градусів, то ми отримаємо опозитний двигун. Двигуни в оппозитном виконанні мають роз'ємний картер, в якому площину роз'єму проходить через вісь колінчастого вала. Оппозітниє двигуни є досить не зручно і складними в ремонті, але зате залишаються найбільш врівноваженими. Така схема розташування досить рідко зустрічається на практиці, найбільшу перевагу їй віддають фірми PORSCHE і SUBARU.
На моделях двигунів VOLKSWAGEN з'явилися мотори з VR схемою розташування циліндрів. Вони поєднують в собі V-образний і рядний двигун. Двигуни з VR схемою мають малий кут між циліндрами 15-20 градусів і розташовані в шаховому порядку. Головним їх відмінністю від V-образних двигунів в тому, що у них одна головка блоку циліндрів.
В даний час мають місце застосування і інші схеми розташування циліндрів, наприклад, такі як W-подібний.
У блоці циліндрів, як правило, так само розташовуються масляні канали, вони забезпечують безперервну подачу масла до коленвалу і голівці блоку циліндрів. Також необхідно забезпечити достатньою кількістю мастила распредвал і гидрокомпенсатори у V-образних двигунів з нижнім розташуванням розподільного вала.
Правильне розташування масляних каналів у блоці циліндрів дуже важливо. Масляний канал не повинен постраждати, наприклад, при обриві шатуна, так як це викличе складність в ремонті блоку або зробить його зовсім неможливим.
Виконання масляних каналів може бути різним іноді головні масляні канали виконані наскрізними отворами уздовж блоку. Такі канали по краях потрібно закрити заглушками.
Заглушки можуть бути виконані в різних варіаціях, найчастіше зустрічаються різьбові. Нерідко ми можемо зустріти заглушку в ролі, якої виступає сталева кулька, забитий в масляний канал під час складання двигуна. Також часто зустрічається, не тільки в масляній системі, а й у системі охолодження заглушки у вигляді пробок.
Найзручнішим при ремонті і в процесі обслуговування є перший вид заглушок з різьбленням, так як іноді виникає необхідність зняти заглушку і прочистити масляний канал. У випадках забитого кульки і запресованої пробки цього зробити практично неможливо.