Блок цилиндров

Блок цилиндров — основная деталь корпуса двигателя внутреннего сгорания. Блок цилиндров служит опорой для подвижных частей кривошипно-шатунного механизма; к нему прикреплены некоторые навесные агрегаты, такие как стартер, генератор и так далее.

Популярный блок цилиндров V6 впервые использовал в своем автомобиле немецкий изобретатель Готлиб Даймлер

Блок цилиндров самая крупная корпусная деталь любого двигателя с двумя и более цилиндрами. Поскольку блок должен быть долговечным и крепким, его отливают из металла целиком. Как правило, при этом используется чугун или алюминий. Цилиндры чугунного блока представляют собой расточенные в толще металла отверстия, а в алюминиевых блоках для укрепления стенок в них вставляют стальные гильзы.  В цилиндрах перемещаются поршни, передающие энергию расширяющихся после сгорания топлива газов на коленчатый вал, преобразующий эту энергию во вращательное движение.

История создания блока цилиндров

Появившись в конце девятнадцатого века, блок цилиндров прошел длительную эволюцию, прежде чем остаться в том виде, в котором он применяется в конструкции подавляющего большинства современных моторов.

Для того, чтобы поставить шестицилиндровый двигатель под капот маленького VW Golf, компания Фольксваген вспомнила непопулярную конструкцию блока цилиндров VR6

История появления первого рядного блока цилиндров связана с немецким изобретателем Николаусом Августом Отто, который 1876 году изобрел самый эффективный для своего времени бензиновый двигатель.

Блок в V-образном исполнении изобрел в 1889 Готлиб Даймлер для постройки усовершенствованного четырехтактного двухцилиндрового двигателя.

Конструкция блока цилиндров двигателя

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

Cуществуют блоки типа «VR». В них цилиндры расположены в шахматном порядке, последовательно, но в то же время с наклоном в одну из двух сторон, как у V-образного мотора. Такой синтез двух разновидностей в одном блоке позволяет улучшить его охлаждение и поднять мощность при небольшом объеме. Такая технология используется в современных двигателях компания 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 скомпонован так, что наклон цилиндров не бросается в глаза.

Чем больше цилиндров в блоке — тем больше вес мотора. Поэтому количество цилиндров двигателя — ограниченная величина

При отливке в блоке цилиндров предусматривают  каналы для циркуляции охлаждающей жидкости и подачи масла. Сверху на блок цилиндров крепится головка блока, снизу присоединяется поддон картера. Помимо этого блок цилиндров служит основой для подсоединения КПП и всего навесного оборудования: генератора, стартера, карбюратора, и прочего.

Блок цилиндров, поршень.

Описанная конструкция двигателя с отдельными блоком и головкой результат длительной эволюции. Ранее блоку отводилось больше функций и то, что сегодня находится в головке блока, было расположено в нем самом. В относительно недавно выпускавшихся двигателях в блоке располагался распределительный вал, а в более ранних конструкциях там же находился и клапанный механизмам. Головка блока цилиндров в так называемых нижнеклапанных моторах выполняла простую роль крышки с отверстиями для свечей зажигания. 

Возможное количество цилиндров в блоке

Количество цилиндров это очень важный показатель двигателя и может варьироваться от 1 до 16. Конструктивно увеличение количества цилиндров обсусловлено желанием инженеров увеличить мощность двигателя.

Если поднимать мощность двигателя, не увеличивая количество цилиндров, то необходимо увеличивать диаметр поршней, и делать более массивным блок цилиндров двигателя, что ведет к увеличению массы автомобиля и росту расхода топлива. Получается, что, увеличивая мощность двигателя, мы получаем проигрыш в массе, а значит, в динамике, и нужно снова увеличивать мощность. Это типичный замкнутый круг.

Картер блока цилиндров «Запорожца» выполнен из дорогостоящего авиационного алюминиевого сплава

Инженеры задачу увеличения мощности решили с помощью увеличения количества цилиндров в блоке двигателя. Поршни при этом уменьшают в диаметре, что снижает потери от трения, а значит, мощность двигателя растет. 

Материал для блока цилиндров

На сегодняшний день изготавливают чугунные, алюминиевые и магниевые блоки цилиндров с добавлением различных  сплавов.

Выбор материала обусловлен присущими ему свойствами. Например, блок из чугуна самый прочный, более пригоден для форсирования, и менее других чувствителен к перегреву.

Блоки из магниевого сплава сочетают в себе твердость чугуна и легкость алюминия, но так как магний редок и дорог, он применяется в основном для автоспорта. Как ни удивительно, из авиационного магниевого сплава МЛ-5 был выполнен картер мотор «Запорожца», на который ставились чугунные или алюминиевые  цилиндры.

Блоки из алюминия отличаются малым весом и хорошей способностью к охлаждению, но требуют усиления стенок цилиндров.  Если в алюминиевый цилиндр вставить поршня из стали или чугуна, стенки очень быстро износятся.  Применить алюминий для изготовления поршней также нельзя, так как они сразу же прикипят к зеркалу цилиндра, и двигатель заклинит.

Блоки цилиндров некоторых моделей BMW не поддаются капремонту, потому что внутренние стенки цилиндров покрыты невозобновляемым составом — Никасилом

По этим причинам алюминиевые блоки на первом этапе их применения оснащали «мокрыми» гильзами из серого чугуна. Однако слабо закрепленные «мокрые» гильзы из чугуна быстро разбивали алюминиевый блок, поэтому он плохо переносил форсировку и был чувствителен к перегреву.

На смену «мокрым» гильзам пришли тонкостенные «сухие» гильзы.  Подобная технология предусматривает запрессовку тонкостенных чугунных или композитных гильз в тело блока, где они сидят «как влитые».

Альтернативные решения

Существует и несколько альтернативных решений упрочнения стенок цилиндров с применением новейших технологий. Это метод нанесения кристаллов кремния на внутреннюю поверхность цилиндра или, к примеру, применение готовых алюминий-кремниевых гильз по технологии Locasil фирмы Kolbenschmidt.

Еще одна технология, названная Nicasil, предусматривает нанесение на алюминиевые стенки цилиндра никелевого покрытия с напылением кристаллов карбида кремния. Технология в основном применялась в двигателях дорогих спортивных автомобилей, в частности, болидов Формулы-1, не подлежащих многоразовому капитальному ремонту.

Блок цилиндров двигателя, устройство, принцип работы и неисправности блока цилиндров.

Блок цилиндров – самая большая и массивная часть двигателя внутреннего сгорания. Он изготавливается из алюминия, чугуна или их сплавов. Главные требования к блоку цилиндров – хорошая теплопроводность, прочность и износоустойчивость.

Содержание

• Блок цилиндров двигателя, назначение блока цилиндров
• Система охлаждения блока цилиндров
• Устройство блока цилиндров

Блок цилиндров двигателя, назначение блока цилиндров

Блок цилиндров служит вместилищем для деталей цилиндропоршневой группы.

Внутри блока находится кривошипно-шатунный механизм двигателя (КШМ), состоящий из: поршней, поршневых пальцев, шатунов и шатунных вкладышей, поршневых колец (компрессионных и маслосъемных), коленчатого вала, крепежных элементов.

Кривошипно-шатунный механизм – основной механизм двигателя внутреннего сгорания, обеспечивающий преобразование энергии сгорания топлива через возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение коленчатого вала.

По конструктивному расположению цилиндров ДВС блоки цилиндров бывают:

• рядные
• V – образные
• оппозитные

Существуют блоки цилиндров и других конструктивных видов, но чаще всего на автомобилях используются эти три вида.

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.

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.

Блок цилиндров: конструкция, конструкция и состав

Автомобильный двигатель в основном состоит из трех неподвижных частей: головки блока цилиндров, блока цилиндров и картера. Они обеспечивают поддержку и служат закрытым блоком для других движущихся частей. Современные двигатели состоят из блока цилиндров и картера как единого узла, что обеспечивает жесткость. Картер имеет отлитые ребра, которые придают дополнительную прочность, а также поддерживают коренные подшипники и подшипники распределительного вала. В некоторых больших двигателях в блоке может также использоваться отдельный картер для коленчатого вала.

Блок цилиндров является одной из важнейших конструкций двигателя. Так же, как и головка, блок цилиндров также предназначен для достижения определенных рабочих параметров. Он должен выдерживать очень высокое давление и температуру выше 600 градусов по Цельсию. Поэтому производители используют прецизионные методы проектирования и изготовления блоков цилиндров. Они используют прецизионную обработку для придания зеркального блеска поверхностям цилиндров. Это включает в себя точные процессы шлифования и хонингования.

Блок цилиндров в основном состоит из трех частей:

1. Цилиндры, в которых поршни перемещаются вверх и вниз.
2. Порты или отверстия для клапанов.
3. Каналы для плавного потока охлаждающей воды и смазочного масла.

Материалы:

Обычно производители используют серый чугун для блоков цилиндров, иногда добавляя никель и хром. В настоящее время они также используют алюминий для снижения веса и повышения производительности. Однако в алюминиевых блоках используются чугунные или стальные гильзы на цилиндрах. Большинство двигателей предпочитают чугун для стенок цилиндров, поскольку он имеет более низкие износостойкие свойства. Некоторые небольшие двигатели используют хром для покрытия стенок цилиндров, чтобы уменьшить износ и увеличить срок службы.

Производители проводят испытания кремний-алюминиевых сплавов для их использования в блоках цилиндров. Эти сплавы имеют низкий коэффициент теплового расширения и высокую износостойкость. Кроме того, блоки из алюминиевого сплава обеспечивают большую однородность температуры благодаря своей теплопроводности. Зачастую производители используют блок, головку и картер из алюминиевого сплава. Серый чугун для блока такой же, как и для головки. Однако алюминиевые сплавы обычно совсем другие. Чугун до сих пор используется для тяжелых применений, таких как коммерческие двигатели, железнодорожные двигатели и морские двигатели.

Состав:

Состав Чугеновый цилиндрический блок приведен ниже:

Железо 95%

Углерод 2,2%

Кремний 1,2%

Манганец 0,63%

СЕРЛЕР 0,12%

Фосфор 0,85%

Типичный алюмийневый алюмийне. поршень, как показано ниже:

Алюминий 91%

TIN 2%

Медная 7%

Строительство:

Кроме того, головка прикреплена к верхней поверхности блока цилиндров со шпильками/болтами. Между головкой и блоком используется прокладка, обеспечивающая уплотнение для предотвращения утечки газов. Кроме того, в блоке также есть порты, масляные каналы и водяные рубашки, вырезанные внутри него для обеспечения смазки и охлаждения. Тем не менее, некоторые блоки цилиндров также содержат распределительный вал и имеют приспособления для установки соответствующих деталей.

Кроме того, блоки цилиндров с Г-образной головкой также имеют отверстия для клапанов и портов клапанов. Нижняя часть блока поддерживает коленчатый вал, а также масляный поддон. В большинстве двигателей блок также поддерживает распределительный вал через втулки, которые входят в проточенные отверстия. В некоторых двигателях впускной и выпускной коллекторы крепятся к бокам блока. Другие детали, установленные на блоке, включают водяной насос, распределительный механизм (оба спереди) и маховик, картер сцепления (оба сзади).

Они также включают в себя зажигание, распределитель и топливный насос.

Конструкция и конструкция блока цилиндров

Кроме того, в двигателях с водяным охлаждением каналы вырезаны в блоке. Циркуляционная вода поддерживает оптимальную температуру двигателя и предотвращает чрезмерное расширение и деформацию движущихся частей. Таким образом, предотвращается заедание соответствующих движущихся частей.

Cummins, Detroit, Volvo и MAN являются одними из крупнейших производителей двигателей в мире.

Подробнее – Что такое степень сжатия?>>

О команде CarBikeTech

CarBikeTech — технический блог. Члены команды CarBikeTech имеют более чем 20-летний опыт работы в автомобильной сфере. Команда CarBikeTech регулярно публикует специальные технические статьи об автомобильных технологиях.

Что такое блок двигателя – x-engineer.org

Что такое блок двигателя – x-engineer.org

Блок двигателя является одним из самых больших, тяжелых и важных компонентов двигателя внутреннего сгорания. Блок двигателя фиксируется на кузове автомобиля с помощью пассивных упругих опор или более совершенных активных гидравлических демпферов. Блок двигателя иногда называют блок цилиндров но имеет такое же значение.

Основные функции блока цилиндров:

• содержит некоторые из движущихся частей двигателя: поршень, шатун, коленчатый вал
• содержит часть контура охлаждения
• вместе с головкой блока цилиндров образует камеру сгорания
• опора части контура смазки: масляный поддон, масляный насос, масляный фильтр
• опора вспомогательных устройств: стартера, компрессора кондиционера, генератора, впускного и выпускного коллекторов и т. д.

Изображение: основные компоненты ДВС

1. крышка головки блока цилиндров
2. головка блока цилиндров
3. блок цилиндров
4. масляный поддон

Головка блока цилиндров устанавливается сверху блока цилиндров. Крепится он с помощью длинных болтов, которые проходят через головку блока цилиндров и вкручиваются в блок двигателя. Между головкой блока цилиндров и блоком цилиндров находится прокладка головки блока цилиндров , которая помогает герметизировать камеру сгорания и контуры охлаждения.

В зависимости от двигателя блок цилиндров может быть цельным или разделенным на два, верхний и нижний блоки.

Изображение: Ecotec 2.0L I-4 VVT DI Turbo Алюминиевое литье блока цилиндров
Источник: GM

1. Опора крепления коленчатого вала
2. Канал контура охлаждающей жидкости
3. Цилиндр
4. Резьбовое отверстие (для болтов контура смазки головки блока цилиндров)
8. Опора вспомогательного оборудования

Во время работы двигателя на блок двигателя действуют высокие механические и термические нагрузки. Блок двигателя должен выдерживать очень высокие нагрузки, давления, вибрации и температуры. Цилиндры должны иметь низкий коэффициент трения, но высокую жесткость. В то же время масса блока цилиндров должна быть как можно меньше.

Изображение: Ecotec 2.0L I-4 VVT DI Turbo Нижний и верхний алюминиевые отливки блока цилиндров
Источник: GM

Обычно блок цилиндров изготавливается из литого легированного чугуна. Это экономичное решение. Двигатели Performance изготовлены из алюминиевого сплава, который по сравнению с блоками цилиндров из железа имеет следующие преимущества:

• меньшая масса
• более высокая теплопроводность
• лучшая износостойкость
• более простые в изготовлении

Наиболее важным недостатком блока цилиндров на алюминиевой основе является более высокая стоимость.

В зависимости от конфигурации цилиндров могут быть разные геометрии блоков цилиндров:

• вертикальный блок цилиндров (например, I-4, GM Ecotec): все цилиндры в один ряд (прямые двигатели)
• «V» блок цилиндров (например, V8, Ford Mustang): с двумя рядами цилиндров (смещены под углом 90° – 120°)
• горизонтальный блок цилиндров (например, 4-цилиндровый оппозитный двигатель, Subaru): расположение цилиндров с противоположным расположением цилиндров на 180° (оппозитный двигатель)
• Блок цилиндров «W» (например, W16, Bugatti Veyron): два V-образных ряда цилиндров, смещенных под углом

Изображение: 7,0-литровый V-8 (LS7) Блок цилиндров двигателя Chevrolet Corvette
Источник: GM

Блок цилиндров является статическим/неподвижным компонентом двигателя.