Конструкция и устройство блоков цилиндров

Из чего сделан блок цилиндров двигателя

Чаще всего в производстве используется чугун. Это традиционный вариант. На втором месте алюминий. Скорее, это разные лиги. Ну и еще довольно экзотический материал — магниевый сплав. Теперь обо всех трех вариантах — подробнее.

Чугун

Это традиционный материал, из которого многие десятилетия изготавливают эту деталь.

Чугун использовался с добавками: никель, хром. Среди положительных качеств чугунного изделия их можно выделить: меньшая чувствительность к перегреву, жесткость, что очень важно при форсировании двигателя.

Аппарат в целом работает при частых перепадах температур, поэтому изделия из чугуна в приоритете. Главный недостаток — значительный вес, ухудшающий динамику легкового автомобиля.

Алюминий

Обладает такими положительными качествами, как оптимальное охлаждение двигателя и небольшой вес. Он занимает второе место по количеству произведенных блоков цилиндров. Особенностью алюминиевой конструкции 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 — никелевое покрытие. У второй технологии есть существенный недостаток — если, например, прогорит поршень, сломается шатун или вышло никелевое покрытие, изделие не подлежит ремонту.

К тому же никосиловая технология не дает скучать, необходимо менять всю сборку в сборе. Понятно, что в этом случае владелец автомобиля должен выложить немалую сумму.

Магниевый сплав

Блок цилиндров твердый, как чугун, и легкий, как алюминий. Правда, такое изделие дорогое, и по этой причине не используется в условиях производства конвейерных лент, хотя сочетает в себе лучшие качества чугуна и алюминия. Как видите, у каждого из упомянутых материалов есть свои плюсы и минусы, но было бы несправедливо сказать, что один из них лучше.

Поршень

Цилиндрическая деталь, которая движется внутри цилиндра.

Поршень состоит из: днища, уплотнительной части, направляющей части (юбки).

Форма днища зависит от задач, поставленных перед поршнем. Вогнутое дно обеспечивает более эффективную камеру сгорания. Изогнутый — делает поршень сильнее, но снижает рациональность камеры сгорания.

Дно с уплотнительной частью образует головку поршня. В уплотнительной части находятся маслосъемник и компрессионные кольца.

Юбка поршня служит для направления движения в цилиндре.

Сравнение алюминиевых и чугунных двигателей: плюсы и минусы

В последние годы стало модным перед покупкой автомобиля изучать его внешний вид, форму, интерьер и различные функции. Двигатель и коробка вместе с подвеской как-то незаметно стали уходить на второй план. Но это нечестно. В конце концов, автомобиль — это не новый смартфон или модный телевизор.

Для любого транспортного средства двигатель — это его сердце, без которого он не может выполнять свою основную функцию. Однако все же есть водители, которые перед покупкой автомобиля внимательно изучают техническую и механическую часть.

Но многие при выборе двигателя сталкиваются с дилеммой, задавая себе непростой вопрос: какой двигатель лучше: алюминиевый или чугунный?

Да, современный авторынок может смириться с мозгом любого автолюбителя при выборе автомобиля. Когда-то это было просто: выбрать марку, модель, один из множества двигателей — и все. Теперь количество различных технологий в современных автомобилях, вероятно, скоро превысит количество технологий в космическом корабле Apollo, который полетел на Луну.

Многие из наших читателей знают, что в последнее время в автомобильном мире становится все меньше и меньше автомобилей с чугунными двигателями. На смену им пришли легкие алюминиевые двигатели. В результате автолюбители всего мира разделились на два лагеря, один из которых рьяно доказывает другому, что алюминиевые двигатели хуже старых чугунных. В одной из наших предыдущих статей мы уже подробно рассказывали о преимуществах и недостатках старых и новых двигателей. Сегодня мы решили вкратце рассказать о том, какие двигатели лучше — алюминиевые или чугунные.

На первый взгляд алюминий лучше обычного чугуна. Вот почему многие автолюбители и эксперты считают, что алюминиевые двигатели имеют преимущество перед старыми, считая, что чугунные двигатели — отсталая технология. На самом деле это совершенно неверное представление и крайне одностороннее мнение.

Давайте посмотрим на разницу между алюминиевыми и чугунными двигателями. Двигатели из алюминия и чугуна названы в честь материала, из которого изготовлен блок цилиндров. Например, если блок цилиндров изготовлен из чугуна, двигатель считается чугунным. И даже если в нем используется алюминиевая головка блока цилиндров, он все равно будет считаться чугунным двигателем. То же самое и с алюминиевыми силовыми агрегатами.

Действительно, у обоих типов двигателей есть как достоинства, так и недостатки. Кратко выделим в виде цитат из прошлой статьи достоинства и недостатки алюминиевых моторов, которые откроют глаза тем, кто считает чугунные моторы допотопной технологией. Действительно, сбрасывать со счетов подруливающие устройства из чугуна еще рано.

Клапанная крышка

Клапанная крышка закрывает головку блока цилиндров и газораспределительный механизм. Крепится к голове болтами. Между головкой и крышкой также устанавливается прокладка для плотного и плотного соединения. Это необходимо для того, чтобы масло во время работы не проливалось, а грязь и пыль не попадали внутрь. На крышке также есть маслозаливная горловина.

Клапанная крышка Chevrolet Lacetti

Раньше крышки были стальными, но на современных двигателях предпочтение отдается алюминию или пластику. Это снижает уровень шума и увеличивает надежность и доступность деталей.

Блок цилиндров и головка блока цилиндров составляют основу двигателя. Многое зависит от материалов и качества их изготовления. При правильной эксплуатации и своевременном обслуживании прослужат долго.

Принцип работы двигателя

Определения

Верхняя мертвая точка

— самое верхнее положение поршня в цилиндре.

Нижняя мертвая точка

— самое нижнее положение поршня в цилиндре.

Ход поршня

— расстояние, пройденное поршнем от одной мертвой точки до другой.

Камера сгорания

— пространство между головкой блока цилиндров и поршнем, когда он находится в верхней мертвой точке.

Смещение

— пространство, освобождаемое поршнем при его перемещении из верхней мертвой точки в нижнюю мертвую точку.

Объем двигателя

— сумма рабочих объемов всех цилиндров двигателя. Он выражается в литрах, поэтому его часто называют рабочим объемом двигателя.

Полный объем цилиндра

— сумма объема камеры сгорания и рабочего объема цилиндра.

Коэффициент сжатия

— показывает, во сколько раз общий объем цилиндра больше объема камеры сгорания.

Сжатие

— давление в цилиндре в конце такта сжатия.

Трогать

— процесс (часть рабочего цикла), который происходит в цилиндре во время одного хода поршня.

Почему появляются задиры?

Причин этого явления несколько:

• Естественный износ. При этом заеды происходят не ранее, чем через 200 тысяч километров. Нередки случаи, когда дефекты отсутствовали после 500 и более тысяч километров пробега.
• Преждевременная замена масла или езда на низком уровне. В результате теряется эластичность пленки и двигатель работает всухую. Кольца трутся о поверхность стен, образуя задиры. Специалисты рекомендуют менять масло каждые 10 тысяч километров.
• Нарушение температурного режима двигателя. Это может вызвать 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. Чтобы этого не произошло, меняйте эти расходники каждые 10 тысяч километров.
• Использование топлива с неправильным октановым числом. Это может вызвать детонацию клапана, заклинивание и выгорание.

Какой блок цилиндров лучше чугунный или алюминиевый? — Металлы, оборудование, инструкции

Рассмотрим разницу между Никасил-алусиловым двигателем и обычным чугунным двигателем, или, как в народе, алюминиевым блоком цилиндров и чугунным.

Сегодня мировые производители двигателей говорят нам, что алюминиевые двигатели с использованной технологией напыления на стенки никосиловых цилиндров имеют в 2 раза меньшее трение, чем чугунный двигатель, и за счет этого трения расход бензина, мощность и надежность больше . Но на практике мы видим обратное. Срок службы двигателей с никосиловым покрытием не превышает 150-200 тысяч километров, с учетом экономии нагрузки они начинают изнашиваться.

Когда производитель создает двигатель, они рассчитывают его на определенную мощность и одновременно учитывают механические потери двигателя из-за трения. Если мы возьмем 100 процентов за основу для всех типов трения в двигателе, то 50 процентов — это трение поршневого узла. Но на практике все наоборот, ведь основной износ стенок цилиндров происходит при холодном пуске и нагреве вашего автомобиля. Чем быстрее прогреется двигатель, тем дольше останется его ресурс.

Теоретически, если вы возьмете два двигателя с разными блоками цилиндров и поместите их оба на верстак, вы не заметите значительной разницы или потери мощности или потребления на обоих агрегатах. Потому что все поверхности трения двигателя покрыты консистентной пленкой и трутся почти одинаково в обоих протестированных двигателях.

Шаг в сторону алюминиевых двигателей — это скорее деградация, чем эволюция; Кроме того, в алюминиевых двигателях очень большой технологический косяк, это сам алюминий, у которого температура плавления 660 градусов, а у чугуна в несколько раз выше. И этот температурный режим — настоящая проблема этих двигателей.

Алюминиевый двигатель: плюсы, минусы и особенности

При более низкой температуре алюминий становится похож на пластилин и оказывается, что никосиловое покрытие как бы вдавлено в него, поршни, прилипающие к стенкам цилиндров, царапаются и так далее, все это происходит при максимальных нагрузках на максимальной мощности.

Поэтому использование такой технологии для производства двигателя из алюминиевых сплавов — это скорее шаг назад, чем вперед. Правда есть моторчик алюминиевый с чугунными гильзами, у них ресурс больше, чем у никосила. Если вы собираетесь растачивать двигатель внутреннего сгорания этого типа, это вряд ли сработает, потому что стенки между цилиндрами очень тонкие и очень термически нагружены, если используется только втулка.

Чугунный блок или хотя бы гильзы: на каких современных автомобилях они еще есть?

Спрос на металл на рынке постоянно растет, и сдавать лом цветных металлов выгодно как частному лицу, так и производственной компании. Алюминиевый лом пользуется неизменной популярностью у продавцов и покупателей благодаря технологическим характеристикам этого серебристого металла и выгодной закупочной цене.

Система охлаждения блока цилиндров

Помимо кривошипно-шатунного механизма в блок цилиндров входит рубашка охлаждения.

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

Это гарантирует поддержание оптимальной рабочей температуры двигателя внутреннего сгорания. «Рубашка» охлаждения вырезается внутри блока цилиндров с помощью специального инструмента.

Во избежание засорения и коксования охлаждающую жидкость необходимо менять через определенное время, в соответствии с нормативно-технической документацией по эксплуатации автомобиля.

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

Гражданское двигателестроение — очень консервативная отрасль. Все те же коленвал, поршни, цилиндры, клапаны, как и 100 лет назад. Изумительные бесштоковые, осевые и другие конструкции никоим образом не хотят вводить, доказывая свою непрактичность. Даже двигатель Ванкеля, великий поворотный момент 1960-х годов, практически ушел в прошлое.

Все современные «новшества», при ближайшем рассмотрении, представляют собой лишь внедрение гоночных технологий пятьдесят лет назад, увенчанных недорогой электроникой для более точного управления «железками». Достижения в конструкции двигателей внутреннего сгорания больше связаны с синергизмом небольших изменений, чем с глобальными достижениями.

И жаловаться, кажется, стыдно. В этот раз мы не будем говорить о надежности и ремонтопригодности, но мощность, чистота и экономичность современных двигателей для человека семидесятых покажутся настоящим чудом. Что, если вы уедете еще на несколько десятилетий?

Сто лет назад двигатели все еще были карбюраторными, с магнитным зажиганием, обычно с малым клапаном или даже с «автоматическим» впускным клапаном… И даже не думали ни о каком наддуве. А в старых двигателях не было той части, которая сейчас является его главной составляющей: блока цилиндров.

До внедрения блока

Первые двигатели имели картер, цилиндр (или несколько цилиндров), но не имели блока. Вы удивитесь, но основа конструкции — блок-картер — часто протекала, поршни и шатуны подвергались воздействию всех ветров и смазывались из масленки капельным способом. А само слово «блок-картер» сложно применить к конструкции, которая сохраняет взаимное положение коленчатого вала и цилиндра в виде перфорированных скоб.

В стационарных двигателях и судовых двигателях подобная картина сохраняется и по сей день, а двигатели внутреннего сгорания автомобилей все еще нуждаются в большей герметичности. Улицы всегда были источником пыли, которая сильно повреждает механизмы.

Пионером в области «пломбирования» является компания De Dion-Bouton, которая в 1896 году выпустила двигатель с закрытым цилиндрическим кожухом, внутри которого находился кривошипно-шатунный механизм.

На фото: двигатель De-Dion

правда, газораспределительный механизм с его кулачками и кнопками все еще был открыт — это делалось для улучшения охлаждения и ремонта. Кстати, в 1900 году эта французская компания оказалась крупнейшим производителем автомобилей и двигателей внутреннего сгорания в мире, выпустив 3200 двигателей и 400 автомобилей, поэтому дизайн оказал сильное влияние на развитие двигателестроения.

…и тут появляется Генри Форд

Первые серийные моноблоки до сих пор остаются одним из самых массовых автомобилей в истории. Модель Ford T, появившаяся в 1908 году, имела четырехцилиндровый двигатель с чугунной головкой, нижними клапанами, чугунными поршнями и блоком цилиндров, также сделанным из чугуна. Объем двигателя был вполне «взрослым» по тем временам — 2,9 литра, а мощность — 20 литров, и долгое время они считались вполне достойным показателем.

На фото: двигатель Ford T

Более дорогие и сложные конструкции того времени имели отдельные цилиндры и картер, к которому они были прикреплены. Головки блока цилиндров часто были индивидуальными, а вся конструкция головки блока цилиндров и самого цилиндра крепилась к картеру с помощью шпилек. После появления тенденции к укрупнению агрегатов картер часто оставался отдельной деталью, но блоки двух-трех цилиндров оставались съемными.

В чем смысл разделения цилиндров?

Конструкция с раздельными съемными цилиндрами сейчас кажется несколько необычной, но до Второй мировой войны, несмотря на нововведения Генри Форда, это была одна из самых распространенных схем. Он сохранился до наших дней в авиационных двигателях и двигателях с воздушным охлаждением. А у Porsche 911 993 серии «воздушный боксер» до 1998 года не было блока цилиндров. Так зачем же разделять цилиндры?

Цилиндр в виде отдельной детали на самом деле вещь довольно удобная. Он может быть изготовлен из стали или любого другого подходящего материала, например из бронзы или чугуна. При необходимости внутреннюю поверхность можно покрыть слоем сплавов, содержащих хром или никель, что сделает ее очень твердой. А снаружи он создает рубашку, предназначенную для воздушного охлаждения. Обработка относительно компактной сборки будет точной даже на довольно простых станках, а при хорошем расчете крепления термические деформации будут минимальными. Возможна гальваническая обработка поверхности, так как деталь небольшая. Если на цилиндре обнаружен износ или другие повреждения, его можно вынуть из картера и заменить новым.

Есть и совсем минусы. Помимо более высокой цены и требований к качеству сборки двигателей с раздельными цилиндрами серьезным недостатком является невысокая жесткость такой конструкции. Это означает большие нагрузки и износ поршневого узла. И совмещать «принцип разделения» с водяным охлаждением не очень удобно.

Двигатели с раздельными цилиндрами давно ушли из мейнстрима — недостатки перевесили. В середине 1930-х годов такие конструкции практически не встречались в автомобильной промышленности. Различные комбинированные конструкции — например, с многоцилиндровыми блоками, общим картером и головкой блока — попадались небольшие роскошные автомобили с объемными двигателями (можно вспомнить забытую марку Delage), но в конце 30-х годов все сдохли.

Победа цельночугунной конструкции

Знакомая нам сегодня конструкция выиграла своей простотой и дешевизной производства. Крупная отливка из экономичного и прочного материала после точной обработки еще более экономична и надежна, чем отдельные цилиндры и тщательная сборка всей конструкции. А на двигателях с нижним расположением клапанов клапаны и распредвал расположены прямо там, в блоке, что еще больше упрощает конструкцию.

Рубашка системы охлаждения выполнена в виде полости в блоке. Для особых случаев можно было использовать отдельные гильзы цилиндров, но у двигателя Ford T таких прелестей не было. Поршни из чугуна со стальными компрессионными кольцами, обработанные непосредственно на чугунном цилиндре. И, кстати, скребковое кольцо в обычном виде там отсутствовало, его роль выполняло третье нижнее компрессионное кольцо, расположенное под поршневым пальцем.

На фото: Ford Model T

Эта «цельнолитая» конструкция за многие годы производства доказала свою надежность и технологичность. И компания Ford переняла его у массовых производителей, таких как GM, на долгие годы вперед.

действительно, отливка блоков с большим количеством цилиндров оказалась технологически сложной задачей, и многие двигатели имели по два-три полублока с разными цилиндрами каждый. Так, рядные «шестерки» 1930-х годов иногда имели по два трехцилиндровых полублока, а даже рядные «восьмерки» были выполнены по этой схеме еще больше. Например, самый мощный двигатель Duesenberg Model J был сделан именно так: два полублока прикрывались одной головкой.

Фото: двигатель Duesenberg J

Однако в начале 1940-х годов достижения позволили создавать цельные блоки такой длины. Например, блок Chevrolet Straight-8 «Flathead» уже был цельным, что уменьшало нагрузку на коленчатый вал.

Чугунные гильзы в чугунном блоке тоже были неплохим решением. Химически прочный легированный высокопрочный чугун был дороже обычного, и отливать из него целый большой блок не было смысла. Но неплохим вариантом оказался относительно небольшой «мокрый» или «сухой» рукав.

Базовая конструкция двигателя, освоенная в довоенные годы, не менялась многие десятилетия подряд. Блоки цилиндров многих современных двигателей изготовлены из серого чугуна, иногда с высокопрочными вставками в верхней мертвой точке. Например, чугунный блок имеет вполне современный Renault Kaptur с двигателем F4R, про обслуживание которого мы писали на днях. Чугун хорош, в частности, тем, что сформированный из него блок легко ремонтируется расточными цилиндрами большего диаметра. Если, конечно, производитель выпускает поршни «обзорного» размера.

Фото: двигатель F4R

Однако с годами блоки становятся более «хрупкими» и менее массивными. Подобрать номера для первых блоков сложно, но возьмем два семейства двигателей с разницей чуть более 10 лет. В блоке серии GM Gen II середины 1990-х годов толщина стенок моторов составляла от 5 до 9 мм. Современный VW EA888 конца 2000-х имеет оценку от 3 до 5. Но мы явно превосходим самих себя…

Делаем блок легче

Прореживание стен, которое конструкторы усиленно делают в последние годы, как вы понимаете, — не единственный способ снизить вес блока. В 1920-е и 1930-е годы думали об экономии массы и топлива гораздо меньше, чем сейчас, но были предприняты первые попытки сделать это проще. И уже тогда они думали об использовании алюминия.

На гоночных и спортивных автомобилях той эпохи можно было встретить симбиоз алюминиевого картера и чугунной головки блока цилиндров. Таким образом, достижения в области металлообработки позволили создать более доступную версию этого симбиоза. Блок цилиндров остался цельным, но был отлит из алюминия, что уменьшило его вес в три-четыре раза, в том числе благодаря лучшим литейным качествам металла. Сами цилиндры были выполнены в виде чугунных гильз, которые запрессовывались в блок.

Вкладыши разделились на «сухие» и «мокрые», разница в целом понятна из названия. В блоках с сухой гильзой в алюминиевый цилиндр вставлялась посадка с натягом (или вокруг него заливался блок) и «мокрая» гильза просто фиксировалась в блоке нижним концом, а при установке ГБЦ полость вокруг него превратилась в рубашку охлаждения. Второй вариант оказался тогда более перспективным, так как упростил отливку и уменьшил массу деталей. Но в дальнейшем растущие требования к жесткости конструкции, а также сложность сборки таких двигателей оставили эту технологию «за бортом.

Сухие гильзы в алюминиевом блоке по-прежнему являются наиболее распространенным вариантом изготовления деталей. И один из самых удачных, поскольку чугунная втулка изготовлена ​​из высококачественного легированного чугуна, алюминиевый блок отличается прочностью и легкостью. Кроме того, теоретически эта конструкция также ремонтопригодна, как и чугунные блоки. Ведь изношенную втулку можно «снять» и вставить новую.

Альтернативная технология

Вышеописанный метод предполагает предварительное растачивание блока. Но есть блоки (это касается алюминия), которые не надоедают перед установкой гильз. Что делать в этом случае? Гильза блока цилиндров сопровождается нанесением герметика на седло.

После этого гильза прессуется на специальном станке. Температура втулки и блока одинакова. Качественное покрытие позволяет ДВС проработать 150 тысяч километров при условии своевременной замены масла.

Из чего делают блок двигателя. Блок цилиндров двигателя — место где бешено крутится коленвал

пора поговорить о такой неотъемлемой части автомобиля, как блок двигателя. Из чего он состоит и какие материалы используются при его изготовлении? Вряд ли большинство автомобилистов когда-нибудь самостоятельно проведут ремонт этого механизма, но свое устройство должен знать каждый.

Блок цилиндров представляет собой корпус для поршней двигателя, которых может быть два и более. Это устройство выполняет роль корпуса для размещения механизмов, узлов и деталей. Кроме того, блок цилиндров также является основой для прикрепленных частей двигателя, а именно головки блока и картера.

Особенности

Процедура замены мокрых лайнеров на порядок проще сухих. Менять все элементы не обязательно. Достаточно заменить только поврежденное покрытие. Количество изношенных рубашек и их состояние определяется внутренним датчиком.

Что касается типа материала, то здесь есть отличия. Таким образом, футеровка блока цилиндров из чугуна состоит из втулок из легированного чугуна. Но постепенно производители переходят на алюминиевые блоки. Яркий тому пример — «Фольксваген» и «Шкода». Гильза блока цилиндров алюминиевая изготавливается с втулками на основе этого металла с добавлением дополнительных компонентов. Это позволяет получить устойчивое покрытие на стенах.

Перед запрессовкой втулок в обоих случаях цилиндры разворачивают. Во время этой операции мастер создает правильную геометрию седла втулки. При малейшем отклонении может образоваться эллипс. Это может вызвать заклинивание, масляные канавки и низкую компрессию на только что отремонтированном двигателе.

Как проверить масло в АКПП?

Самый простой способ проверить масло в автоматической коробке передач — взять пробу. По «звуку» или характеру движения автомобиля определить, что требуется замена масла в коробке, практически невозможно, если только это не критический случай.

Чтобы проверить масло в автоматической коробке передач, вам следует взять немного масла на пробу и уронить его на белый лист бумаги или тряпку. Далее осталось определить степень загрязнения масла по цвету, согласно следующим правилам:

• Масло прозрачное. Если масло чистое, замена не требуется. В этом случае не стоит обращать внимание на цвет масла. В процессе работы розовое масло может почернеть, но главное, чтобы оно оставалось прозрачным;
• Масло мутное. Если белый лист не виден сквозь масло, он загрязнен мелкими частицами и его необходимо заменить. В этой ситуации водитель может выбрать полную или частичную замену масла;
• Масло с вкраплениями стружки. Если в пробе масла, взятой из коробки, отчетливо видны детали металлической стружки или других частиц, вскоре возникнут серьезные проблемы с трансмиссией. К тому же это масло имеет резкий запах гари. Чаще всего при появлении металлической стружки замена масла уже не сможет уберечь АКПП от разрушения.

Если вы подозреваете, что трансмиссия начала ухудшаться, вы можете полностью слить масло и снять поддон, чтобы диагностировать проблему с трансмиссией. Чистый поддон покажет, что опасения были ложными. Если на нем налипла небольшая металлическая стружка (так называемые «завитки»), следует понимать, что разрушение АКПП началось и вскоре трансмиссия перестанет работать исправно. Заметив очевидные куски металла на поддоне, которые могут достигать диаметра более 1 мм, вы действительно можете диагностировать разрушение коробки передач и необходимость срочного ремонта.

Химический состав и термическая обработка

Литые алюминиевые сплавы, используемые для изготовления автомобильных блоков цилиндров, обычно включают сплавы 46200 и 45000 в соответствии с европейским стандартом EN 1706 (префикс «EN AC-» был опущен). Химические «формулы» этих сплавов имеют вид AlSi8Cu3 и AlSi6Cu4 соответственно. Их американские аналоги — более известные — это сплавы А380.2 и А319. Эти доэвтектические алюминиево-кремниевые сплавы обычно изготавливают из переработанного алюминия. Блоки цилиндров автомобилей отливаются из них различными методами гравитационного литья.

Таблица — Химический состав и состояние алюминиевых литейных сплавов для блоков цилиндров

Относительно высокое содержание меди позволяет этим сплавам сохранять свою прочность при повышенных температурах и, кроме того, обеспечивает им хорошую обрабатываемость. Обычно для этих сплавов 46200 и 45000 (A380.2 и A319) используются состояния F (расплавленное состояние), T4 (закалка и естественное старение) и T5 (неполная закалка и искусственное старение). Для отливок из этих сплавов также можно использовать условие Т6, но для многих изделий из этих сплавов достаточно стабилизирующего условия Т5.

Практически все блоки цилиндров, отлитые под высоким давлением, изготовлены из сплава 46000 (AlSi9Cu3 (Fe)). Обычно этот сплав не требует термической обработки, кроме умеренного отпуска 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 состояния T6. В этом случае необходимо внимательно следить за остаточными напряжениями, возникающими при закалке отливки до состояния Т6. Повышенная трещиностойкость этих сплавов дает им способность противостоять термической усталости. Это происходит за счет некоторого ухудшения обрабатываемости и увеличения затрат из-за дополнительных затрат на термообработку для условий T6 или T7. Удовлетворение требований к низким уровням примесей, таких как железо, марганец, медь и никель, также требует дополнительных затрат по сравнению с вторичными сплавами, упомянутыми выше.

Блоки цилиндров, изготовленные из заэвтектоидных алюминиево-кремниевых сплавов (AlSi17CuMg), обычно отливают при низком давлении с последующей термообработкой до состояния Т6. Этот сплав также дороже стандартных вторичных алюминиевых литейных сплавов.

Гильзы

Втулки используются в блоках из алюминиевых сплавов, так как алюминий менее устойчив к нагрузкам и суровым температурным условиям, в отличие от чугуна. Они бывают съемными и несъемными. Последние выполняются нажатием на блок. Кроме того, лайнеры делятся на «мокрые» и «сухие». «Мокрый» — это термин для рукавов, которые непосредственно контактируют своими стенками с охлаждающей жидкостью в рубашке охлаждения агрегата. Таким образом достигается лучшее охлаждение. Мокрые вкладыши легко заменить. Их часто используют на сельскохозяйственной технике, тракторах и другой специальной технике.

Накладки

«Сухие» вкладыши часто несъемные и запрессовываются в корпус цилиндра, что обеспечивает целостность и жесткость всего блока. Но «сухие» рукава хуже отводят тепло, чем «мокрые».

В каких случаях применяется?

Гильза цилиндра применяется в тех случаях, когда глубина дефектов стенки не позволяет сверлить. То есть повреждение настолько велико, что его нельзя адаптировать к последнему измерению ремонта. Некоторые двигатели изначально не предназначены для использования с поршнями увеличенного размера. В этом случае замок восстанавливается втулкой.

Восстановление блока цилиндров гильзами ремонтного размера

В случае значительного повреждения рабочей поверхности ножен или необходимости восстановления куртки с ножнами предельного размера ремонта ножны могут быть заменены. Их просто просверливают до полного снятия.Новые втулки требуют внешнего диаметра 0,05–0,07 мм плюс посадочное место в блоке и постоянный выступ наверху. Такая посадка с натягом и нанесение герметика на верх и низ гильзы при ее установке не допускает попадания охлаждающей жидкости в цилиндр и поддон. Кроме того, посадка облицовки с натягом обеспечивает хороший отвод тепла от ее стенок к алюминиевому блоку. Но при посадке чугунной гильзы в алюминиевый блок с таким натягом прессование использовать нельзя. Дело в том, что чугун гильзы тверже алюминия блока и легко образует царапины при надавливании. В зоне схватывания стенка рукава не прилегает своей поверхностью к посадочному месту. Тепло не будет рассеиваться в этой области и может произойти локальный перегрев. Кроме того, когда вы просверливаете и разглаживаете обивку после нажатия на нее, стенка обивки там, где она не прилегает к сиденью, «дышит», что снижает точность обработки поверхности. Выход из этой ситуации — «вручную» установить гильзу, охлаждаемую жидким азотом, в обогреваемый блок цилиндров.

Преимуществами алюминиевых блоков цилиндров с сухими гильзами

Преимуществами BC (блоков цилиндров) из алюминия с сухими гильзами являются меньший вес двигателя с этим блоком, его более быстрый нагрев и меньшее количество антифриза, необходимого для нормального охлаждения, по сравнению с двигателями на основе BC из чугуна коэффициенты расширения алюминиевого поршня и чугунной гильзы при прогреве двигателя никуда не делись. Из-за этой разницы зазор между цилиндром и поршнем не может быть уменьшен до менее 0,025–0,04 мм. Из-за постоянного изменения зазора (при запуске холодного двигателя зазор больше, а после прогрева до рабочей температуры уменьшается) скорость износа поршневого узла не соответствует современным требованиям. Как следствие, увеличивается количество отходов масла, что не позволяет двигателю соответствовать современным экологическим нормам.

Изготовление поршня из алюминия покрытого железом

Чтобы максимально уменьшить зазор между цилиндром и поршнем, необходимо сделать их из металла с таким же тепловым расширением, т.е из алюминия. Но алюминий не может работать против алюминия. Из-за его низкой твердости, когда алюминиевый поршень скользит по алюминиевому цилиндру, возникают задиры вплоть до задиров. Mahle решил эту проблему, нанеся на алюминиевый поршень тонкий слой железа (около 0,03 мм.

Этот поршень обычно работает с алюминием цилиндра. Поскольку расширение поршня и алюминиевого цилиндра одинаковое, появилась возможность сделать зазор между ними не более 0,02 мм. Для повышения износостойкости цилиндров содержание кремния в алюминиевом сплаве BC было увеличено до более чем 18%. При изготовлении такого блока после расточки цилиндра применяется химическое травление их стенок, чтобы обнажить кремний кристаллы на их поверхности. Производитель назвал это покрытие Silumal.

Расточка и хонингование алюминевых блоков Silumal

Ремонт таких блоков цилиндров осуществляется так же, как и для чугуна, от сверления до увеличения размера и последующей шлифовки, однако шлифование алюминиевых блоков сильно отличается от шлифования чугуна. Обработка обычно проходит в три этапа. В этом случае используются прутки с разным размером абразива, от самого большого до самого маленького. Абразивные частицы таких брусков содержат карбид кремния, потому что шлифование требует резки не только мягкого алюминия, но и очень твердого кремния. Кроме того, состав покрытия стержней цилиндрической головки не допускает прилипания алюминиевой стружки, которая может вызвать серьезные царапины на стенке цилиндра. После шлифовки требуется еще одна операция — обнажение кристаллов кремния. Вместо химического травления при ремонте используется полировка специальной силиконовой пастой, содержащей небольшое количество кремния. Это удаляет тонкий слой алюминия (0,001 мм), и кристаллы кремния на стенках цилиндра не затрагиваются..

Расточка и установка гильз в блок цилиндров

При появлении дефектов и износа стенок применяют расточку цилиндра. Со стенок снимается металл определенной толщины, затем устанавливаются поршни и ремонтные кольца в новом измерении. Количество отверстий ограничивается по мере увеличения объема и уменьшения запаса прочности.

После максимального количества отверстий используется втулка. Это сложный процесс, который можно осуществить только на специальном оборудовании. Мокрые футеровки намного проще заменить даже в полевых условиях. Если устанавливаются «сухие» гильзы или монолитный чугунный блок, он просверливается под новые гильзы, которые запрессовываются с высокой точностью. Сам блок нагревается до 150-200 градусов, а гильза охлаждается. Это обеспечивает максимально плотную и точную посадку.

Хонингование

Ранее мы упоминали такую ​​процедуру, как заточка. Эта операция имеет целью уменьшить шероховатость стенок цилиндра. Хонингование улучшает приработку поршневых колец и увеличивает ресурс ремонтируемого двигателя.

Этот процесс проходит в несколько этапов:

• Черновая обработка цилиндров. В этом случае мастер использует грубый абразив.
• Завершающая обработка. В процессе эксплуатации используется мелкозернистый абразив, что позволяет добиться высокой точности обработки. В качестве абразива используются керамические или алмазные камни. Последние отличаются высокой надежностью и долговечностью. Поэтому работа с керамическими камнями уходит в прошлое.
• Промойте двигатель. На этом этапе удаляются остатки полировальной пасты и металлическая стружка. Будет ли металл ржаветь? Все элементы двигателя внутреннего сгорания изготовлены из высококоррозийных сплавов.
• Финальная уборка. Его используют далеко не все мастера, но он позволяет удалить старые полости и углы, образовавшиеся в процессе шлифования. Таким образом достигается высокая гладкость поверхности цилиндров.

Исполнения рубашки охлаждения

При переходе от моноблоков из серого чугуна к алюминиевым моноблокам ранее использовались те же конструктивные размеры для алюминиевой версии, которые уже существовали в версии из серого чугуна. По этой причине глубина рубашки охлаждения (размер «X»), окружающей цилиндр, соответствовала первым алюминиевым блокам вначале только до 95% длины отверстий цилиндра (рис. 3).

Благодаря хорошей теплопроводности алюминия как рабочего материала глубина рубашки охлаждения (размер «X») может быть уменьшена до значения от 35 до 65% (рис. 4). Благодаря этому был уменьшен не только объем воды и, следовательно, вес двигателя, но и более быстрый нагрев охлаждающей воды. Благодаря сокращенному и экономичному времени прогрева двигателя также сокращается время прогрева катализатора, что особенно благоприятно сказывается на выбросе вредных веществ.

С производственной точки зрения небольшая глубина охлаждающей рубашки также была предпочтительной. Чем короче стальные сердечники рубашки охлаждения, тем меньше тепла они поглощают в процессе литья. Это отражается как в большей стабильности размеров, так и в увеличении производительности за счет уменьшения хода отпускания.

Обзор основных деталей

Цилиндр двигателя

Основная часть цилиндра двигателя — гильза.

Есть два типа лайнеров:

• гильзы прессованные, (в алюминиевом блоке);

• съемные чехлы: бывают «мокрые» и «сухие».

Головка блока цилиндров двигателя – ГБЦ

он закреплен на верхней части конструкции с помощью направляющих штифтов и болтов головки блока цилиндров. Очень важная деталь — прокладка блока, она находится между ГБЦ и самим блоком. Он изготовлен из металлического асбеста, металла и, возможно, не содержит асбеста.

Головка двигателя состоит из: камеры сгорания, распределительных узлов, рубашки охлаждения, смазочных каналов, резьбовых отверстий для свечей зажигания (форсунок), отверстий для впускных и выпускных каналов.

Отдельно стоит отметить технологию крепления ГБЦ. Для этого используются специальные крепежные болты, а сама операция проводится согласно инструкции производителя.

В частности, затяните головку динамометрическим ключом, соблюдая момент затяжки и используя схему затяжки болтов.

Сколько стоит?

Цена на гильзу цилиндра может существенно различаться. В эту стоимость обычно входит расточка и хонингование цилиндров. Так, для автомобилей ВАЗ весь комплекс работ стоит 5 тысяч 300 рублей, не считая самих сайлентблоков.

Накладка ДВС УАЗ — 6 тыс. 500 руб. Для ГАЗелей с двигателями ЗМЗ эта услуга составляет 4 тысячи 300 рублей. Для двигателей Cummins: на 2 тыс. Меньше. Что касается иномарок, то стоимость чугунной футеровки (без сверления и пескоструйной обработки) составляет 2300 рублей за цилиндр. То же самое работает, но с алюминиевым блоком на 200 рублей дороже.

Различные виды конструкций блоков цилиндров

Блоки цилиндров из алюминия имеют разные производственные концепции и методы, которые конкурируют друг с другом. При определении параметров блока

соответствующие технические и экономические преимущества и недостатки должны быть тщательно сопоставлены друг с другом.

Выбор алюминиевого литейного сплава

Выбор литого алюминиевого сплава для блока цилиндров требует учета различных факторов. Литейные алюминиевые сплавы, используемые при производстве сложных литых изделий, таких как блоки цилиндров, должны соответствовать совокупности технических требований. Эти требования включают:

• бюджетный;
• хорошие литейные свойства;
• хорошая технологичность;
• достаточно высокая прочность при повышенных температурах.

Прочность

Уровень прочности сплава определяет, например, минимально допустимую толщину стенки. Поэтому выбор алюминиевого литейного сплава следует делать уже на первом этапе проектирования блока цилиндров. Обычно выбор алюминиевого сплава идет на компромисс. Высокопрочные литейные сплавы могут быть предпочтительным выбором, но часто имеют недостатки, такие как высокая стоимость, плохая литье и недостаточная прочность при повышенных температурах.

Цена

По техническим и экономическим причинам почти все автомобильные алюминиевые блоки цилиндров изготавливаются из сплавов на основе вторичного алюминия — алюминиевые сплавы, полученные из алюминиевого лома. Это, например, сплавы EN AC-46200 (AlSi8Cu3) и EN AC-45000 (AlSi6Cu4). При повышенных требованиях к вязкости материала используются сплавы с более жесткими требованиями по примесям и примесям, которые уже близки к требованиям к первичным алюминиевым сплавам.

Литейные свойства

Литейные свойства алюминиевых сплавов обычно улучшаются с увеличением содержания кремния. С другой стороны, добавки меди, необходимые для повышения стойкости к высоким температурам, отрицательно влияют на литейные свойства алюминиевых сплавов, в основном на текучесть сплава во время заполнения формы. Кроме того, при использовании метода литья под высоким давлением используются сплавы с определенным содержанием железа и марганца для предотвращения прилипания жидкого алюминия к стальной форме. Однако увеличение содержания железа снижает прочностные свойства алюминиевой отливки.

Иногда при выборе литейного сплава важнее всего не цена и литейные свойства, а некоторые другие его свойства, например, износостойкость.