В прошлой части данной статьи мы рассмотрели конструкции блоков цилиндров, повышающие прочность и жесткость блока, теперь настало время поговорить о самих цилиндрах. Как мы уже с вами говорили, большинство двигателей идут с цилиндрами, отлитыми с блоком как одно целое, но на практике могут встречаться цилиндры и в виде сменной гильзы, изготовленной из высококачественного чугуна.
Вокруг цилиндр окружен каналами рубашки охлаждения, для отвода излишек тепла от стенки цилиндра. Толщина стенки обычно составляет 5-7 мм, но бывают и толстостенные блоки с толщиной стенок 10-12 мм.
Для большего отвода тепла от цилиндра, встречаются блоки, у которых между цилиндрами выполнены протоки с охлаждающей жидкостью. Такая конструкция блока менее склонна к перегревам и вероятность прогара прокладки между цилиндрами у них сведена практически к нулю. Но в силу увеличения габаритных размеров и снижению запаса прочности такие блоки не получили большой популярности.
Зато более популярной стала их противоположная конструкция – без протока между цилиндрами. Иногда в таких двигателях толщина между стенками цилиндра может составлять 4,5 – 5 мм.
Для экономии на материалах применима следующая технология: сам блок цилиндров отливают из не дорогостоящего серого чугуна, в который уже запрессовываются тонкостенные гильзы (1,5 – 2,0 мм) из высококачественного износостойкого чугуна. Конструкция такого блока ограничена числом ремонтных размеров (увеличения диаметра цилиндра расточкой). Это удешевляет производство, но в тоже время чугунный блок остается тяжелым, поэтому более популярными стали конструкции алюминиевых блоков с запрессованными в них чугунными гильзами.
Сейчас алюминиевый блок цилиндров с запрессованными “сухими” гильзами устанавливают на многих марках автомобилей. Такая конструкция позволяет существенно снизить массу двигателя, сохраняя при этом тот же процесс ремонта (расточка и хонингование). На некоторых двигателях TOYOTA блок с “сухими” гильзами спекают из гранул, что увеличивает легирование алюминия кремнием, приблизив его тем самым к коэффициенту линейного расширения чугуна. Это обеспечивает стабильный зазор на коленчатом валу, так как алюминиевый сплав обладает большим тепловым расширением, в итоге мы можем получить нежелательный зазор 0.02 – 0.04. Бывает для исключения такого нежелательного эффекта, крышки выполняют из чугуна.
Некоторые фирмы на автомобилях представительского класса устанавливают двигатели с алюминиевым блоком имеющие специальное покрытие. Например, на V-образном 12 цилиндровом двигателе MERCEDESBENZ 600SL, при отливки блока двигателя из алюминия используют специальную технологию, которая позволяет сделать направленную кристаллизацию кремния у поверхности цилиндра. После травления у нее убирается весь оставшийся алюминий и при последующей обработке остается чистый кремний. Такие гильзы обладают исключительно высокой износостойкостью. У них есть лишь один минус это сложность изготовления и дорогой ремонт (требуются специальные технологии), недаром они устанавливаются на представительском классе. Еще они также очень критичны к плохой смазке.
Применение алюминиевых блоков цилиндров с различным покрытием рабочих поверхностей, дают стабильный зазор между рабочей парой поршень-цилиндр, в широком диапазоне температур. Рабочий зазор может изменяться от 0.02 до 0.04 мм при разнице температур от -20 град до 100. Такого никогда не достичь при использовании чугунного блока или чугунных гильз, так как в данном случае в том же диапазоне температур, он может колебаться от 0.01 до 0.1 мм. А ведь от температурного зазора напрямую зависит ресурс двигателя. При стабильном зазоре рабочей пары поршень-цилиндр исключено качание поршня в цилиндре при большем зазоре и прихватывания при малом.
Рассмотрим еще одну конструкцию блоков цилиндров, которая стала довольно популярной – это конструкция с применением “мокрых” чугунных гильз. В отличие от предыдущей рассмотренной конструкции с “сухой” гильзой (гильза запрессовывается в расточенный блок под размер гильзы), “мокрая” гильза вставляется в блок и упирается в него своей нижней частью в специальную расточку. Верхняя часть гильзы напрямую контактирует с охлаждающей жидкостью, отсюда она и получила название “мокрая” гильза.
Герметичность “мокрой” гильзы в нижней ее части достигается резиновыми уплотнительными кольцами, а ее верхняя часть, выступающая над плоскостью 0.03 – 0.07 мм сильной деформацией прокладки. Такая конструкция блока цилиндров большое развитие получила в основном во французском автостроении, ее широко применяют PEUGEOT, RENAULT, CITROEN.
Чтобы избежать разгерметизации стыка гильзы и головки блока при нагреве или охлаждении двигателя, резьбовые отверстия алюминиевых блоков опускают гораздо ниже верхней плоскости. Все это происходит из-за разных температурных коэффициентов разных материалов чугун – алюминий. Если применять традиционную технологию для чугунных блоков с “мокрыми” гильзами (рис. а) на алюминиевом блоке, то алюминий при нагреве дает большее усилие стягивания головки с блоком при ослаблении сжатия гильзы. При использовании длинных болтов или шпилек достигается меньшее усилие сжатия гильзы при нагреве (рис. б).
При нагреве двигателя происходит расширение деталей двигателя, чтобы немного уменьшить это расширение на некоторых двигателях VOLVO, RENAULT и других марках используют длинные анкерные болты. Они одновременно стягивают головку блока цилиндров и крышку коренных подшипников коленчатого вала. Такие болты выполняются из материала имеющего большую прочность и упругость и делаются они специально сравнительно небольшого диаметра.
Применение на двигателях блоков с “мокрыми” гильзами обладает не только положительными моментами (уменьшение веса, применение специальных износостойких материалов и др.) в нем присутствует и ряд недостатков, а именно:
- очень сильно боятся перегревов двигателя. В результате перегрева существует большая вероятность деформации прокладки, с последующей разгерметизацией гильзы.
- коррозия нижней поверхности гильзы так же может привести к разгерметизации ее нижней части.
- при ремонте гильза не подлежит растачиванию и хонингованию, в ремонтный комплект к поршням сразу идут гильзы, что также слегка увеличивает стоимость ремонта.
Выше мы рассматривали конструкции блоков цилиндров в рядном исполнении, то есть все цилиндры расположены в ряд. Такой вид двигателей более распространен на всех марках автомобилей, помимо рядных конструкций вы можете встретить двигатели в оппозитном и V-образном исполнении.
При увеличении числа цилиндров и расположении их всех в один ряд, двигатель получился бы слишком длинным. Поэтому была придумана схема, позволяющая разнести цилиндры в два ряда, что сократило длину двигателя практически в два раза. Наклон цилиндров V-образного двигателя может составлять от 10 до 120 градусов. Расположение цилиндров напоминало латинскую букву V, отсюда они и получили название V-образные. Распространенные углы между цилиндрами составляют 45,60,90 градусов при количестве цилиндров 6,8, но также встречаются 10 и 12 цилиндровые двигатели.
Если увеличить угол у V-образного двигателя до 180 градусов, то мы получим оппозитный двигатель. Двигатели в оппозитном исполнении имеют разъемный картер, в котором плоскость разъема проходит через ось коленчатого вала. Оппозитные двигатели являются довольно не удобными и сложными в ремонте, но зато остаются самыми уравновешенными. Такая схема расположения довольно редко встречается на практике, наибольшее предпочтение ей отдают фирмы PORSCHE и SUBARU.
На моделях двигателей VOLKSWAGEN появились моторы с VR схемой расположения цилиндров. Они совмещают в себе V-образный и рядный двигатель. Двигатели с VR схемой имеют малый угол между цилиндрами 15-20 градусов и расположены в шахматном порядке. Главным их отличием от V-образных двигателей в том, что у них одна головка блока цилиндров.
В настоящее время имеют место применения и другие схемы расположения цилиндров, например, такие как W-образный.
В блоке цилиндров, как правило, так же располагаются масляные каналы, они обеспечивают беспрерывную подачу масла к коленвалу и головке блока цилиндров. Также необходимо обеспечить достаточным количеством смазки распредвал и гидрокомпенсаторы у V-образных двигателей с нижним расположением распределительного вала.
Правильное расположение масляных каналов в блоке цилиндров очень важно. Масляный канал не должен пострадать, например, при обрыве шатуна, так как это вызовет сложность в ремонте блока или сделает его совсем невозможным.
Исполнение масляных каналов может быть различным иногда главные масляные каналы выполнены сквозными отверстиями вдоль блока. Такие каналы по краям требуется закрыть заглушками.
Заглушки могут быть выполнены в разных вариациях, чаще всего встречаются резьбовые. Нередко мы можем встретить заглушку в роли, которой выступает стальной шарик, забитый в масляный канал при сборке двигателя. Также часто встречается, не только в масляной системе, но и в системе охлаждения заглушки в виде пробок.
Самым удобным при ремонте и в процессе обслуживания является первый вид заглушек с резьбой, так как иногда возникает необходимость снять заглушку и прочистить масляный канал. В случаях забитого шарика и запрессованной пробки этого сделать практически невозможно.
