Устройство блока и головки блока цилиндров двигателя

Блок цилиндров

Блок цилиндров или шорт-блок является самой большой частью двигателя. Остальные элементы, так или иначе, крепятся к нему. В верхней части БЦ находятся колодцы цилиндров. Вокруг них выполнены полости для жидкостного охлаждения (рубашка охлаждения). В нижней части, которая называется картером, располагается коленчатый вал, к которому крепятся шатуны и поршни. То есть блок является местом расположения всего кривошипно-шатунного механизма. Также в нем выполнены каналы системы смазки.

Блок цилиндров двигателя V8

БЦ изготавливают цельной деталью при помощи литья. В качестве основного материала для изготовления служит чугун или алюминиевые сплавы. БЦ из алюминиевых сплавов значительно легче по весу, но проигрывает в прочности и цене. Чугун доступнее и прочнее.

Выбор алюминиевого литейного сплава

Выбор алюминиевого литейного сплава для блока цилиндров требует учета различных факторов. Алюминиевые литейные сплавы, которые применяют в производстве таких сложных литых изделий как блоки цилиндров, должны соответствовать целой комбинации технических требований. Эти требования включают:

• низкую стоимость;
• хорошие литейные свойства;
• хорошую обрабатываемость резанием;
• достаточно высокая прочность при повышенных температурах.

Прочность

Уровень прочности сплава определяет, например, минимально допустимую толщину стенки. Поэтому выбор алюминиевого литейного сплава должен производиться уже на первом этапе проектирования блока цилиндров двигателя. Обычно выбор алюминиевого сплава является компромиссом. Высокопрочные литейные сплавы могли бы быть предпочтительным выбором, но часто у них могут быть такие недостатки, как высокая стоимость, низкие литейные свойства и недостаточная прочность при повышенных температурах.

Из соображений цены и по техническим причинам почти все автомобильные алюминиевые блоки цилиндров делают из сплавов, которые основаны на применении вторичного алюминия – алюминиевых сплавов, который получают из алюминиевого лома. Это, например, сплавы EN AC-46200 (AlSi8Cu3) и EN AC-45000 (AlSi6Cu4). При повышенных требованиях к вязкости материала применяют сплавы с более жесткими требованиями по примесям и загрязнениям, которые уже близки к требованиям для сплавов из первичного алюминия.

Литейные свойства

Литейные свойства алюминиевых сплавов обычно повышаются с повышением содержанием в них кремния. С другой стороны, добавки медь, которые нужны для повышения прочности при высокой температуре, оказывают отрицательное влияние на литейные свойства алюминиевых сплавов, в первую очередь, на текучесть сплава при заполнении литейной формы. Кроме того, когда применяется метод литья под высоким давлением, то применяют сплавы с некоторым содержанием железа, а также марганца, чтобы предотвратить налипание жидкого алюминия к стальной литейной форме. Однако повышенное содержание железа снижает прочностные свойства алюминиевой отливки.

Иногда наиболее важными при выборе литейного сплава являются не цена и литейные свойства, а некоторые другие его свойства, например, износостойкость.

Цилиндры и хонингование

Рабочие цилиндры могут быть выполнены непосредственно как часть блока, а могут применяться гильзы. На поверхность цилиндров наносится специальный никелькремниевый сплав — никасил. Это очень прочный материал, защищающий кольца поршня от трения. Поверхность полируется до зеркала, чтобы свести к минимуму трение в условиях ограниченного поступления масла.

Хон цилиндра

Для улучшения смазки внутренней поверхности цилиндров применяют хонингование. Хон наносится специальным инструментом с головкой и абразивными брусками. В итоге на поверхности образуется выгравированная сетка. В ее желобках лучше удерживается масло. На внутренних стенках с хоном образуется масляная пленка, в результате чего значительно снижается трение и повышается ресурс деталей. Повторное хонингование, как правило, делается во время расточки двигателя или замены гильз.

Некоторые тонкости гильзования

Чтобы как-то подвести итоги, сделать некоторые уточнения и дополнения, можно разобрать всё по полочкам, рассказать некоторые нюансы и важные моменты.

• БЦ бывают алюминиевыми и чугунными, а также делятся на цельные и с завода гильзованные;
• Существуют блоки, выполненные из алюминия, но не рассчитанные на использование ремонтных поршней;
• Если это цельный БЦ на основе чугуна, его стенки обязательно покрываются коном;
• Крайне редко встречаются моторы, в которых внутри чугунного блока дополнительно применяются стальные гильзы;
• ДВС с алюминиевыми блоками в большинстве своём имеют гильзы. Крайне редко встречаются цельнолитые варианты;
• Многие современные силовые агрегаты оснащаются алюминиевыми БЦ, дополненными сухим типом гильз. Тут на стенки блока наносят специальные твёрдые покрытия, с которыми в процессе работе ДВС контактирует поршень;
• В зависимости от того, какое применяется покрытие, в БЦ можно применять ремонтные поршни и проводить гильзовку. Для этого в продаже доступны втулки из алюминия;
• Есть и такие алюминиевые блоки, где установка увеличенных поршней с кольцами считается невозможной, поскольку производитель не выпускает ремкомплекты. Но и такие блоки можно гильзовать;
• Проблем с гильзованием чугунных блоков куда меньше, чем с установкой втулок в БЦ из алюминия. Это обусловлено высокой стоимостью заводских втулок, поскольку за одну гильзу могут потребовать около 150 долларов. В такой ситуации финансово оправдан лишь ремонт одного цилиндра;
• Альтернативой считается применение втулок из чугуна для алюминиевых БЦ. Этот метод ремонта активно применяется в странах СНГ;
• Когда гильзуется один цилиндр, в соседнем нарушается геометрия;
• При правильно проведённых работах, чугунная втулка в алюминиевом блоке способна продлить срок службы ДВС на 150 тысяч километров.

В наше время и в нынешних условиях получить качественно гильзованный двигатель не так уж сложно. Существует большое количество мастеров и автосервисов, предлагающих подобные услуги.

Фактически гильзовку можно считать один из наиболее эффективных методов против своего рода заговора автопроизводителей. Они отказались от производства долговечных ДВС, поскольку поняли преимущества изготовления менее устойчивых к износу моторов. Так потребители чаще приобретают новые машины.

Чтобы как-то продлить срок службы своему двигателю, при износе БЦ активно применяется метод гильзования. Это реальный способ увеличить жизнь двигателю, а также ещё несколько лет эксплуатировать свой автомобиль.

Гильзы

Гильзы применяются в блоках из алюминиевых сплавов, так как алюминий менее стоек к нагрузкам и тяжелым температурным режимам, в отличие от чугуна. Они бывают съемными и несъемными. Последние выполняются путем запрессовки в блок. Также гильзы делят на «мокрые» и «сухие». «Мокрыми» называют гильзы, которые непосредственно соприкасаются своими стенками с охлаждающей жидкостью в рубашке охлаждения блока. Таким образом, достигается лучшее охлаждение. «Мокрые» гильзы легко заменить. Часто их применяют на сельхозтехнике, тягачах и другом спецтранспорте.

Химический состав и термическая обработка

Литейные алюминиевые сплавы, которые применяют для изготовления блоков цилиндров автомобилей, обычно включают сплавы 46200 и 45000 по Европейскому стандарту EN 1706 (громоздкая приставка “EN AC-“ опущена). Химические «формулы» этих сплавов имеет соответственно вид AlSi8Cu3 и AlSi6Cu4. Их американскими аналогами – более известными – являются сплавы А380.2 и А319. Эти доэвтектические алюминиево-кремниевые сплавы обычно производят из вторичного алюминия. Из них отливают автомобильные блоки цилиндров различными методами гравитационного литья.

Таблица – Химический состав и состояния 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 резанием. Обычно для этих сплавов – 46200 и 45000 (А380.2 и А319) – применяют состояния F (литое состояние), Т4 (закалка и естественное старение) и Т5 (неполная закалка и искусственное старение). Для отливок из этих сплавов может также применяться и состояние Т6, но для многих изделий из этих сплавов достаточно стабилизирующего состояния Т5.

Почти все блоки цилиндров, которые отливают методом литья под высоким давлением, изготавливают из сплава 46000 (AlSi9Cu3(Fe)). Обычно этот сплав не требует термической обработки, кроме умеренного отпуска для снижения остаточных напряжений.

Блоки цилиндров из алюминиевых сплавов 42100 (AlSi7Mg0,3) и 42000 (AlSi7Mg) получают высокую прочность и удлинение при комнатной температуре, когда подвергаются термической обработке на состояние Т6. В этом случае необходимо внимательно контролировать остаточные напряжения, которые возникают при закалке отливки для достижения состояния Т6. Более высокое сопротивление растрескиванию этих сплавов дают им возможность противостоять термическим усталостным нагрузкам. Это происходит за счет определенного ухудшения обрабатываемости резанием и повышения стоимости из-за дополнительных расходов на термическую обработку на состояния Т6 или Т7. Выполнение требования по пониженному содержанию примесей, таких как железо, марганец, медь и никель, также требует дополнительных расходов по сравнению со вторичными сплавами, которые упоминались выше.

Блоки цилиндров из заэвтектоидных алюминиево-кремниевых сплавов (AlSi17CuMg) обычно отливают методом литья при низком давлении с последующей термической обработкой на состояние Т6. Этот сплав также более дорогой, чем стандартные литейные сплавы из вторичного алюминия.

Расточка и гильзовка блока цилиндров

После появления дефектов и выработки на стенках применяют расточку цилиндров. Со стенок снимается металл определенной толщины, а затем устанавливаются другие ремонтные поршни и кольца под новый размер. Число расточек ограничено, так как объем постепенно увеличивается, а прочность снижается.

После максимального числа расточек применяют гильзовку. Это сложный процесс, который можно сделать только при наличии специального оборудования. «Мокрые» гильзы поменять намного легче, даже в полевых условиях. Если установлены «сухие» гильзы или это монолитный чугунный блок, то он растачивается под новые гильзы, которые запрессовываются с высокой точностью. Сам блок нагревается до 150-200 градусов, а новая гильза охлаждается. Так достигается наиболее плотная и точная посадка.

Когда и для чего появилась гильзовка

Многим справедливо интересно, зачем вообще потребовалась гильзовка двигателя и когда впервые начали проводить подобные процедуры.

Изначально гильзование использовалось с целью снижения общей массы силового агрегата. Во многом огромным шагом на пути к снижению массы ДВС стало внедрение алюминия, который постепенно начал вытеснять чугун.

Хотя чугун прочный и дешёвый, он всё равно в 3 раза тяжелее, нежели алюминий. Плюс он страдает такой болезнью как коррозия, имеет меньшие показатели теплопроводности. Чтобы охлаждать такие блоки, требовалось значительно больше жидкости охлаждения.

Впервые внедрить алюминиевые блоки пытались ещё в 1930-годах, устанавливая их на спортивные машины. У облегчённых моторов появились блоки из алюминия, в которые вставляли мокрый тип гильз, изготовленных из чугуна.

Спустя примерно 20 лет алюминий начали внедрять уже в серийное автопроизводство. Чугун на тот момент полностью не ушёл с рынка, поскольку в то время было сложно проводить гильзование. Проблемой оставалась сниженная жёсткость блока, высокие нагрузки на используемые гильзы, быстрый процесс прогара прокладок блока даже когда перегрев был незначительным.

Уже в начале 70-х инженеры перешли на активное применение уже сухих чугунных гильз внутрь алюминиевого блока. Технически было сложно запрессовать нагретую гильзу из чугуна в более мягкий по своей структуре алюминий. Плюс оба металла обладают разными коэффициентами по тепловому расширению. Это приводило к образованию зазоров между гильзами и стенками блока, когда мотор выходил на свои рабочие температурные показатели. По жёсткости алюминий не превосходил чугун, но вот общую массу блока удалось заметно снизить.

Чуть позже по мере развития технологий инженеры перешли к процедуре, при которой гильзы не запрессовывали, а отливали вокруг блока. Внешне гильза из чугуна напоминала небольшую вставку, которую вплавляли в алюминий.

В итоге подняли прочность, но дальнейшая выпрессовка стала уже невозможной. То есть гильзованные по такой технологии моторы становились неремонтопригодными. Так фактически начался период одноразовых ДВС. Постепенно производители полностью отказались от гильз из чугуна, перестав их применять в алюминиевых блоках.

Актуально также узнать про ресурс двигателя, прошедшего процедуры гильзовки. То есть автолюбители интересуются касательно того, какой срок службы может быть у мотора после профессиональной гильзовки.

В действительности продолжительность службы во многом зависит от ряда факторов и правильности проведения всей процедуры, начиная с подготовки и выбора гильз, заканчивая обратной сборкой. Но можно сказать, сколько в среднем ходит гильзованный двигатель. После такого капитального ремонта эксплуатационный срок движка может составлять 100-150 тысяч километров. Это солидный период, учитывая разницу в финансовых затратах на капремонт и покупку нового, пусть даже и подержанного, двигателя.

Чтобы ДВС смог прослужить такой период, после завершения всех работ и начала эксплуатации не стоит забывать об элементарных правилах обслуживания.

Головка блока цилиндров

Головка блока цилиндров устанавливается сверху блока и является, по сути, крышкой, которая его закрывает. Для изготовления ГБЦ применяются в основном алюминиевые сплавы. Крепится головка к блоку с помощью шпилек или болтов, которые затягиваются динамометрическим ключом в строгой последовательности, как указано в руководстве по ремонту конкретного автомобиля.

Головка блока цилиндров

Камеры сгорания образуются путем плотного прилегания ГБЦ к БЦ. Чтобы отработавшие газы не проникали между головкой и блоком цилиндров, устанавливается уплотнительная прокладка. Она основана на асбестографитовой основе и способна выдерживать рабочую температуру и давление.

ГБЦ в сборе состоит из следующих элементов:

• корпус с камерами сгорания, патрубками, масляными и каналами системы охлаждения;
• газораспределительный механизм (впускные и выпускные клапаны, коромысла и толкатели);
• распределительные валы с приводом от коленвала;
• отверстия для свечей зажигания;
• впускные и выпускные коллекторы для подачи воздуха и отвода отработавших газов;
• прокладка ГБЦ.

На современных двигателях клапаны ГРМ и распредвал находятся именно в головке блока. Но раньше были моторы с нижним распредвалом. В V-образных двигателях на каждый ряд цилиндров устанавливается отдельная головка блока.

В передней части ГБЦ находится цепной или ременный привод газораспределительного механизма. По обеим сторонам на фланце крепятся впускной и выпускной коллекторы. Также рядом расположены патрубки для подвода охлаждающей жидкости.

Верхне- клапанная головка цилиндров

Может быть исполнена индивидуально для каждого цилиндра, так и для ряда цилиндров. Привод клапанов осуществляется штангами, которые передают усилие от распредвала.

Верхне- клапанные головки имеют несколько вариантов компоновки:

— Привод клапанов от штанг;

— Верхний распредвал (OHC);

— Два верхних распредвала (DOHC).

Индивидуальные головки цилиндров

Преимущество индивидуальных головок цилиндров в меньшей массе головки и в простоте монтажа. Чаще всего индивидуальные головки применяются на дизельных и крупноразмерных двигателях, что значительно облегчает монтаж.

Клапанная крышка

Клапанная крышка закрывает ГБЦ и газораспределительный механизм. Она крепится к головке с помощью болтов. Между головкой и крышкой также устанавливается прокладка для плотного и герметичного соединения. Это нужно, чтобы масло в процессе работы не вытекало наружу, а внутрь не попадали грязь и пыль. Также на крышке располагается маслозаливная горловина.

Клапанная крышка Chevrolet Lacetti

Ранее крышки изготавливались из стали, но на современных двигателях отдают предпочтения алюминиевым или пластиковым. Это снижает уровень шума, повышает надежность и доступность детали.

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

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

Гражданское моторостроение – это очень консервативная отрасль. Все те же коленчатый вал, поршни, цилиндры, клапаны, как и 100 лет назад. Удивительные бесшатунные, аксиальные и другие схемы никак не хотят внедряться, доказывая свою непрактичность. Даже двигатель Ванкеля, большой прорыв шестидесятых, фактически остался в прошлом.

Все современные «новшества», если присмотреться, лишь внедрение гоночных технологий пятидесятилетней давности, приправленное дешевой в производстве электроникой для более точного управления «железяками». Прогресс в строительстве двигателей внутреннего сгорания – скорее в синергии небольших изменений, чем в глобальных прорывах.

И жаловаться-то вроде бы грех. Про надежность и ремонтопригодность в этот раз не будем, а мощость, чистота и экономичность современных двигателей для человека из семидесятых годов показались бы истинным чудом. А если отмотать еще несколько десятилетий?

Сотню лет назад моторы были еще карбюраторные, с зажиганием от магнето, обычно нижнеклапанные или даже с «автоматическим» впускным клапаном… И ни о каких наддувах еще и не думали. А еще старые-старые двигатели не имели детали, которая сейчас является главным его компонентом – блока цилиндров.

До внедрения блока

Первые моторы имели картер, цилиндр (или несколько цилиндров), но блока у них не было. Вы удивитесь, но основа конструкции – картер – частенько был негерметичным, поршни и шатуны были открыты всем ветрам, а смазывались из масленки капельным способом. Да и само слово «картер» сложно применимо к конструкции, сохраняющей взаимное положение коленчатого вала и цилиндра в виде ажурных кронштейнов.

У стационарных двигателей и судовых подобная схема сохраняется и по сей день, а автомобильные ДВС все же нуждались в большей герметичности. Дороги всегда были источником пыли, которая сильно вредит механизмам.

Первопроходцем в области «герметизации» считается компания De Dion-Bouton, которая в 1896 году запустила в серию мотор с цилиндрическим закрытым картером, внутри которого размещался кривошипно-шатунный механизм.

На фото: мотор Де-Дион

Правда, газораспределительный механизм с его кулачками и толкателями размещался еще открыто – это было сделано ради лучшего охлаждения и ремонта. Кстати, к 1900 году эта французская компания оказалась крупнейшим производителем машин и ДВС в мире, выпустив 3 200 моторов и 400 автомобилей, так что конструкция оказала сильное влияние на развитие моторостроения.

…и тут появляется Генри Форд

Первая массовая конструкция с цельным блоком цилиндров до сих пор остается одной из самых массовых машин в истории. Модель Ford T, появившаяся в 1908 году, имела четырехцилиндровый мотор, с чугунной головкой блока, нижними клапанами, чугунными поршнями и блоком цилиндров – опять же из чугуна. Объем мотора был вполне «взрослый» по тем временам, 2,9 литра, а мощность в 20 л. с. еще долго считали вполне достойным показателем.

На фото: двигатель Ford T

Более дорогие и сложные конструкции в те годы щеголяли раздельными цилиндрами и картером, к которому они крепились. Головки цилиндров часто были индивидуальными, и вся конструкция из головки цилиндра и самого цилиндра крепилась к картеру шпильками. После появления тенденции к укрупнению узлов картер часто оставался отдельной деталью, но блоки по два-три цилиндра все еще были съемными.

В чем смысл разделения цилиндров?

Конструкция с отдельными съемными цилиндрами выглядит сейчас несколько необычно, но до Второй мировой войны, несмотря на нововведения Генри Форда, это была одна из наиболее распространенных схем. У авиационных моторов и двигателей воздушного охлаждения она сохранилась и поныне. А у «воздушного оппозитника» Porsche 911 series 993 вплоть до 1998 года никакого блока цилиндров не было. Так зачем же разделять цилиндры?

Цилиндр в виде отдельной детали – штука вообще-то достаточно удобная. Его можно сделать из стали или любого другого подходящего материала, например, бронзы или чугуна. Внутреннюю поверхность можно покрыть слоем хрома или никельсодержащих сплавов, при необходимости сделав ее очень твердой. А снаружи нарастить развитую рубашку для воздушного охлаждения. Механическая обработка сравнительно компактного узла будет точной даже на достаточно простых станках, а при хорошем расчете крепления тепловые деформации будут минимальны. Можно сделать гальваническую обработку поверхности, благо деталь небольшая. Если у такого цилиндра появился износ или другие повреждения, то его можно снять с картера мотора и поставить новый.

Минусов тоже хватает. Помимо более высокой цены и высоких требований к качеству сборки моторов с раздельными цилиндрами серьезным недостатком является низкая жесткость такой конструкции. А значит – повышенные нагрузки и износ поршневой группы. Да и с водяным охлаждением сочетать «принцип раздельности» получается не очень удобно.

Статьи / Практика Воздух нам не нужен: почему воздушное охлаждение проиграло «водянкам» Потребительские качества моторов-«воздушников» во многом выше, чем у привычных нам «водянок» – это доказывается, как дважды два. Так почему же сегодня мы ездим на машинах с тосолом, радиато… 23558 6 19 12.02.2016

Из мейнстрима моторы с раздельными цилиндрами ушли уже очень давно – минусы перевесили. К середине тридцатых годов в автомобилестроении подобные конструкции уже почти не встречались. Разнообразные комбинированные конструкции – например, с блоками из нескольких цилиндров, общим картером и головкой блока – попадались на мелкосерийных люксовых авто с объемными моторами (можно вспомнить подзабытую марку Delage), но к концу 30-х это все вымерло.

Победа цельночугунной конструкции

Привычная нам сегодня конструкция победила благодаря своей простоте и низкой стоимости изготовления. Большая отливка из дешевого и прочного материала после точной механообработки получается все равно дешевле и надежнее, чем отдельные цилиндры и тщательная сборка всей конструкции. А на нижнеклапанных моторах клапаны и распределительный вал располагаются тут же, в блоке, что еще больше упрощает конструкцию.

Рубашка системы охлаждения отливалась в виде полостей в блоке. Для особых случаев можно было применить и отдельные гильзы цилиндров, но мотор на Ford T таких изысков не имел. Чугунные поршни со стальными компрессионными кольцами работали прямо по чугунному цилиндру. И кстати, маслосъемное кольцо в привычном нам виде там отсутствовало, его роль выполняло нижнее третье компрессионное, расположенное ниже поршневого пальца.

На фото: Ford Model T

Такая «цельночугуниевая» конструкция доказала свою надежность и технологичность за много лет производства. И была перенята у Форда такими массовыми производителями, как GM, на долгие последующие годы.

Правда, отливка блоков с большим числом цилиндров оказалась технологически сложной задачей, и многие моторы имели по два-три полублока с несколькими цилиндрами в каждом. Так, рядные «шестерки» тридцатых годов иногда имели два трехцилиндровых полублока, а уж рядные «восьмерки» и подавно изготавливали по такой схеме. Например, мощнейший мотор Duesenberg Model J был изготовлен именно так: два полублока были накрыты единой головкой.

На фото: двигатель Duesenberg J

Впрочем, к началу сороковых годов прогресс позволил создавать и цельные блоки такой длины. Например, блок Chevrolet Straight-8 «Flathead» был уже цельным, что снижало нагрузку на коленчатый вал.

Чугунные гильзы в чугунном же блоке тоже были достаточно удачным решением. Высокопрочный легированный химически стойкий чугун стоил дороже обычного, и отливать из него весь большой блок не имело смысла. А вот сравнительно небольшая «мокрая» или «сухая» гильза оказалась хорошим вариантом.

Освоенная в довоенные еще годы принципиальная конструкция моторов не меняется много десятилетий подряд. Блоки цилиндров многих современных моторов отлиты из серого чугуна, иногда со вставками из высокопрочного в зоне верхней мертвой точки. Например, чугунный блок имеет вполне современный Renault Kaptur с мотором F4R, об обслуживании которого мы писали на днях. Чугун хорош, в частности, тем, что блок из него легко поддается капремонту расточкой цилиндров большего диаметра. Если, конечно, производитель выпускает поршни «ремонтного» размера.

На фото: двигатель F4R

Правда, с годами блоки становятся все более «ажурными» и менее массивными. По ранним блокам цифры найти сложно, но давайте возьмем два семейства моторов с разницей чуть более чем в 10 лет. У блока серии GM Gen II середины 90-х толщина стенки моторов колебалась 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 стенок, чем вовсю занимаются конструкторы в последние годы – это, как вы понимаете, не единственный способ снизить вес блока. В 20-30-е годы о экономии массы и топлива думали существенно меньше, чем сейчас, но первые попытки облегчения делались. И уже тогда додумались использовать алюминий.

Статьи / Практика Капремонт турбодизеля Mitsubishi с пробегом 500 тысяч километров: головка блока цилиндров Никто этого не избежит. Рано или поздно Он постучится к вам в… головку блока или блок цилиндров. Он – это капитальный ремонт двигателя. Времена «миллионников» давно канули в лету, и масштабн… 9331 0 1 28.09.2016

На гоночных и спортивных машинах той эпохи можно было встретить симбиоз из алюминиевого картера и головки блока с чугунной отливкой блоков цилиндров. Затем прогресс в металлообработке позволил создать более удобный вариант подобного симбиоза. Блок цилиндров оставался цельным, но отливался из алюминия, что снижало его массу в три-четыре раза, в том числе и за счет лучших литьевых качеств металла. Сами же цилиндры изготавливали в виде чугунных гильз, которые запрессовывали в блок.

Гильзы делились на «сухие» и «мокрые», разница в общем-то понятна из названия. В блоках с сухой гильзой она вставлялась в алюминиевый цилиндр (или вокруг нее отливался блок) с натягом, а «мокрая» гильза просто закреплялась в блоке нижним концом, а при установке ГБЦ полость вокруг превращалась в рубашку охлаждения. Второй вариант оказался перспективнее на тот момент, поскольку упрощал отливку и снижал массу деталей. Но в дальнейшем рост требований к жесткости конструкции, а также сложность сборки подобных двигателей оставили эту технологию «за бортом» прогресса.

Сухие же гильзы в алюминиевом блоке – это и сейчас самый распространенный вариант изготовления детали. И один из самых удачных, ведь чугунная гильза изготавливается из высококачественного легированного чугуна, алюминиевый блок жесткий и легкий. К тому же теоретически эта конструкция еще и ремонтопригодна, как и чугунные блоки. Ведь изношенную гильзу можно «вынуть» и запрессовать новую.

Что дальше?

Единственная принципиально новая технология последних лет – это еще более легкие блоки с напылением сверхпрочного и сверхтонкого слоя на внутреннюю поверхность цилиндров. Подробно о плюсах и минусах, и даже о способах капремонта подобных конструкций я уже писал – повторяться смысла нет. Концептуально мы имеем все тот же ДВС образца 30-х годов. И есть все основания полагать, что до конца «эры внутреннего сгорания», когда доведут до ума электромобили, моторы на жидких углеводородах останутся примерно такими же.

Почему появляются задиры?

Причин этому явлению несколько:

Блок цилиндров ВАЗ: 2103, 2106, 21213, 21214, 2123, 2130.

Блок цилиндров ВАЗ 2103

Блок цилиндров ВАЗ 2106

Конструкции блоков, для двигателей ВАЗ с продольным размещением в моторном отсеке, объеденены одним общим признаком — межцилиндровым расстоянием 95.00 мм.
Блок цилиндров ВАЗ

изготавливают методом литья, используя для этого специальный высокопрочный чугун. Блок имеет четыре рабочих цилиндра. Цилиндры расположены на одной линии, в один ряд. Двигатели такой конструкции называют однорядными. Поверхность цилиндров формируется путем расточки тела блока и с последующей специальной шлифовкой — хонинговкой. Обработанную внутреннюю поверхность цилиндра называют – зеркалом цилиндра.

По результатам окончательной обработки, в зависимости от погрешности изготовления, каждому цилиндру присваивается один из пяти классов: А, В, С, D, Е. Разница размеров между классами составляет – 0.01мм. На нижней плоскости блока, напротив с каждого цилиндра, клеймом наносится маркировка класса цилиндра.

Блок имеет внутренние полости, которые образуют так называемую рубашку охлаждения. При работающем двигателе, в рубашке осуществляется циркуляция охлаждающей жидкости – обеспечивая отвод тепла. При данной конструкции, диаметр цилиндров и межцилиндровое расстояние позволяют иметь полости рубашки охлаждения между соседними цилиндрами. В своем развитии, конструкция «классического» блока претерпевала изменения в основном за счет увеличения диаметра цилиндров. Диаметр в 82,00 мм является предельным, для обеспечения прочностных характеристик, при сохранении полостей рубашки между цилиндрами.

Для установки коленчатого вала, в конструкции предусмотренно пять опор. Опоры служат основанием для коренных подшипников(коренные вкладыши). Фиксация коленвала и коренных вкладышей обеспечивается крышками коренных подшипников. Для обеспечения точности, крышки коренных подшипников растачиваются совместно с блоком цилиндров.

При сборке, каждая крышка, должна устанавливаться на опору, с которой она совместно обрабатывалась. Для выполнения этих требований, каждая крышка , имеет специальные метки в виде рисок. Они позволяют установить соответствие крышки той или иной опоре. Нумерация опор осуществляется от передней стенки блока. Кроме того на крышках выбит технологический номер блока цилиндров , с которым они совместно обрабатывались. Такой же номер выбит на нижней поверхности блока в плоскости разъема. Дополнительной страховкой от ошибочной установки, служат отверстия в крышке коренного подшипника. Их не симметричное расположение не позволит провести неправильную установку. Крышки крепятся к опорам специальными самоконтрящимися болтами.

На задней, пятой, опоре имеются специальные выборки, предназначенные для установки упорных полуколец. Полукольца позволяют ограничить осевое смещение коленчатого вала. Максимально допустимой величиной осевого зазора считается величина — 0,35 мм. При увеличении зазора необходимо установить новые полукольца. Если после этого зазор все еще остается больше допустимого – требуется установка ремонтных полуколец с толщиной увеличенной на 0,127 мм. При установке, необходимо , чтобы поверхность полукольца, на которой имеются смазочные канавки, была обращена к стороне упорных поверхностей коленчатого вала.

При сборке двигателя следует обратить особое внимание на правильность установки вкладышей. Вкладыши с внутренней круговой проточкой, укладываются в опоры блока цилиндров «1», «2», «4», «5». В крышки коренных подшипников , укладываются вкладыши без внутренней канавки. Вкладыши для средней, третьей, опоры отличаются от остальных.

Типовые технические характеристики цилиндров автомобильных двигателей

• Диаметр цилиндра
• Высота цилиндра
• Рабочий объем – объем цилиндра от верхней мертвой точки до нижней мертвой точки движения поршня.
• Полный объем цилиндра – объем камеры сгорания и рабочего объема вместе.
• Степень сжатия — определяется делением полного объема цилиндра на объем камеры сгорания. Этот критерий показывает, во сколько раз сжата горючая смесь в цилиндре. От увеличения степени сжатия в цилиндре увеличивается давление на поршень при сгорании топлива, а значит, возрастает мощность силовой установки в целом. Увеличение этого параметра очень выгодно, так как от такого же количества смеси можно получить больший КПД.

Диагностика и ТО

Рано или поздно любому механизму в транспортном средстве потребуется диагностика и техническое обслуживание, ГБЦ не является каким-либо исключением из правил. В этом вопросе главная задача владельца транспортного средства периодически заниматься диагностикой тех элементов, которые чаще всего выходят из строя.

• Клапаны и их сальники.
• Уплотнительная прокладка.

Особое внимание следует уделить прокладке, если она износилась, рабочие жидкости могут смешиваться, что приведет к поломке двигателя. При попадании охладительной жидкости в рабочее масло, она будет бурлить. Со временем это приведет к невозможности запуска мотора. В этом случае главным сигналом будет датчик температуры, который покажет кипение ДВС. Оценить ситуацию можно также сняв свечи зажигания. Зачем необходимы ремонтные работы? Чаще всего демонтаж головки цилиндров избежать не удастся в следующих случаях.

• Изменилась высота гбц.
• Возникла потребность отпрессовать клапаны и седла.
• Один или несколько клапанов перестали функционировать и нуждаются в замене.
• Требуется шлифовка крышки.
• Требуется заменить уплотнительную прокладку.
• Необходимо избавиться от микротрещин.

Если понимать, к чему приведет каждый шаг, и иметь необходимые инструменты, можно заниматься ремонтными работами ГБЦ и в домашних условиях, однако даже самое высокотехнологичное оборудование в руках неопытного владельца не поможет исправить проблему.

Если у вас возникли вопросы — оставляйте их в комментариях под статьей. Мы или наши посетители с радостью ответим на них

Особенности

Процедура замены мокрых гильз на порядок проще, нежели сухих. Не обязательно менять все элементы. Достаточно заменить лишь одну поврежденную гильзу. Количество изношенных гильз и их состояние определяется нутромером.

Что касается типа материала, здесь есть свои отличия. Так, гильзовка чугунного блока цилиндров выполняется втулками из легированного чугуна. Но постепенно производители переходят на алюминиевые блоки. Ярким примером тому служит «Фольксваген» и «Шкода». Гильзовка алюминиевого блока цилиндров производится втулками на основе данного металла с добавлением дополнительных компонентов. Это позволяет создать устойчивое покрытие на стенках. Перед запрессовкой втулок в обоих случаях выполняют расточку цилиндров. В ходе данной операции мастер создает правильную геометрию посадочного гнезда для гильзы. В случае малейших отклонений возможно образование эллипса. Из-за этого могут возникать задиры, жор масла и низкая компрессия на только что отремонтированном моторе.

Далее переходят к гильзовке блока цилиндров. Операция выполняется «на горячую», в несколько этапов. Сначала блок цилиндров нагревают до температуры 150-160 градусов Цельсия. Затем берут гильзу и охлаждают ее. Элемент обрабатывают в жидком азоте при температуре -195 градусов. На следующем этапе гильзу покрывают спецсредством, которое не позволит конденсату образовываться на стенках. После этого охлажденную втулку помещают в горячий блок. За счет разницы температур, втулка идеально входит в свое посадочное гнездо.

Данный метод гильзовки блока цилиндров является самым быстрым и оптимальным по качеству. В результате работ удается достичь высокой плотности посадки и нужного натяга в месте соприкосновения втулки с блоком.

Недостатки блоков с гильзами воздушного охлаждения

Двигатели с гильзами воздушного охлаждения очень восприимчивы к температурному режиму и при перегреве «страдают» отпусканием резьбы шпилек крепления цилиндров в алюминиевом блоке. Это ведет к вытягиванию шпильки и разрушению резьбы, что ослабляет затяжку гильзы и вызывает разгерметизацию и потерю компрессии. Попытка подтяжки соединения заканчивается полным выходом посадочной резьбы шпильки из тела картера и последующим ремонтом. Иными словами, допускать перегрева алюминиевого двигателя не стоит ни при каких обстоятельствах.

Цилиндр как основа двигателя

В цилиндре происходят все важнейшие процессы получения и преобразования энергии, необходимой для движения автомобиля. Цилиндр, по сути, связующее звено двух энергий: в нем энергия сгорания топлива переходит в энергию движения, вращающего коленчатый вал.

Поршень и цилиндр

Цилиндр во время работы испытывает колоссальные нагрузки. С одной стороны это высокая температура и давление расширяющихся газов, с другой стороны высокая скорость движения поршня, которая достигает 8 метров в секунду.

При сгорании топлива в цилиндрах образуется такое огромное количество тепловой энергии, что двигатель приходится охлаждать даже когда на улице -25 градусов

Этот процесс можно сравнить с оружейным выстрелом, где пороховые газы толкают пулю, разгоняющуюся в стволе, (кстати, тоже имеющем форму цилиндра) до дульной скорости от 300 до 1000 метров в секунду, в зависимости от длины ствола. К тому же с огромной частотой, как, например, в пистолете-пулемете «Венус», до 2500 выстрелов в минуту.

И если на спортивном автомобиле группа цилиндров должна выдержать один рекордный заезд, то в обычном легковом автомобиле от цилиндров требуется работа в течение многих лет, без потери мощности, динамики и других показателей.

Поэтому инженеры автомобильных компаний вынуждены постоянно решать две основные проблемы, связанные с надежностью цилиндров – отвод тепла и смазывание поверхности, вдоль которой движется поршень.

Хонингование

Ранее мы упомянули о такой процедуре, как хонинговка. Эта операция призвана уменьшить шероховатость стенок цилиндров. Благодаря хонингованию улучшается приработка поршневых колец и увеличивается ресурс отремонтированного двигателя.

Производится данный процесс в несколько этапов:

• Черновая обработка цилиндров. В данном случае мастер использует крупный абразив.
• Финишная обработка. В ходе операции используется мелкозернистый абразив, что дает возможность получить высокую точность обработки. В качестве абразива применяются керамические или алмазные бруски. Последние отличаются высокой надежностью и долговечностью. Поэтому обработка керамическими брусками уходит в прошлое.
• Мойка двигателя. В ходе этого этапа удаляются остатки полировочной пасты и металлическая стружка. Не заржавеет ли металл? Все элементы ДВС выполнены из высокостойких к коррозии сплавов.
• Финишная чистка. Используется не всеми мастерами, но позволяет удалить старые впадины и углы, что образовались в процессе хонингования. Так достигается высокая гладкость поверхности цилиндров.

Сколько стоит?

Цена гильзовки блока цилиндров может существенно отличаться. Обычно в эту стоимость включают работы по расточке с хонингованием цилиндров. Так, для автомобилей марки ВАЗ весь комплект работ стоит 5 тысяч 300 рублей без учета самих втулок.

Гильзовка ДВС УАЗа — 6 тысяч 500 рублей. Для ГАЗелей с моторами ЗМЗ данная услуга составляет 4 тысячи 300 рублей. Для двигателей «Камминз» — на 2 тысячи дешевле. Что касается иномарок, стоимость гильзовки чугунного блока (без расточки и хонингования) составляет 2 тысячи 300 рублей за один цилиндр. Те же работы, но с алюминиевым блоком на 200 рублей дороже.

Где производится гильзовка блока цилиндров? СПб и Москва — не единственные города, в которых предлагается данная услуга. Найти хорошего мастера по гильзовке можно и в гораздо меньших населенных пунктах.

Чугунный блок двигателя

Особенно важна эта процедура для двигателей тяжёлых грузовиков и строительной техники.

Крышки коренных опор и их посадочные места тщательно очищаются от загрязнений, после чего крышки устанавливаются на свои места, а крепёжные болты затягиваются предписанным моментом с помощью динамометрического ключа. Индикаторный нутромер настраивается на требуемый размер (номинальный диаметр постели коленчатого вала). Промеряем каждую опору в нескольких плоскостях. Отличия полученных размеров от номинального не должны быть более 0,02 мм. В противном случае необходимо произвести операцию по ремонту постели коленчатого вала.

Подобным же образом проверяются и посадочные отверстия под различные втулки. Их можно отремонтировать путём установки новых втулок с увеличенным наружным диаметром.

Если по всем вышеизложенным параметрам блок пригоден к дальнейшей эксплуатации, необходимо выполнить ремонтные работы. После ремонта блок цилиндров должен быть тщательно промыт и продут сжатым воздухом для удаления за грязнений.

Похожие страницы:

Разработка технологического процесса восстановления блокацилиндров ЗИЛ-

Реферат >> Промышленность, производство

… , расположенные по обеим сторонам блокацилиндров. К передней части блокацилиндров крепится крышка распределительных шестерен … поворота блокацилиндров электромеханический Частота вращения блокацилиндров, об/мин 4,07 Углы поворота блокацилиндров, град …

Сквозной цикл производства блокацилиндров двигателя

Курсовая работа >> Промышленность, производство

… для этого в блокецилиндров выполнены каналы для смазки и охлаждения. В картере блокацилиндров выполнены постели … технология производства блокацилиндров двигателя внутреннего сгорания. В которой я описал сам блокцилиндров и проанализировал условия …

Ремонт блокацилиндров

Реферат >> Транспорт

Ремонт блокацилиндров Материал блокацилиндров — серый чугун. Возможные дефекты блокацилиндров: пробоины и трещины на стенке … гильз. Ремонт базовых поверхностей блокацилиндров. У блокацилиндров происходят значитель­ные искажения геометрической формы …

Ремонт головки блокацилиндров автомобилей ВАЗ

Курсовая работа >> Транспорт

… блокацилиндров на двигатель. 6 Проверка технического состояния и ремонт Головка блокацилиндров. Тщательно вымойте головку блокацилиндров …

Разработка технологического процесса восстановления блокацилиндров двигателя ЗМЗ-53-11 (ЗМЗ- …

Курсовая работа >> Промышленность, производство

… полостей. Стенд для испытания блокацилиндров на герметичность 5 Сверлильная … Промыть и продуть блокцилиндров Установка для мойки блоковцилиндров ОМ-3600 компрессор. … Содержание перехода 1 2 3 4 5 6 Установить блокцилиндров под углом 45о на приспособлении …

Хочу больше похожих работ…

Статьи по теме:

• АЛЮМИНИЕВЫЙ БЛОК ЦИЛИНДРОВ Рассмотрим разницу между никасиловым – алюсиловым двигателем и обычным чугунным или как в народе называют…
• ГИЛЬЗОВАНИЕ БЛОКА ЦИЛИНДРОВ Гильзовка блока цилиндровУ гильзовки двигателя есть несколько преимуществ перед обычным растачиванием. Так как в процессе…
• РЕМОНТ БЛОКА ЦИЛИНДРОВ 15 Прокладка головки блокаНаш Интернет-магазин предлагает огромный выбор прокладок ГБЦ для легковых и прокладок ГБЦ для…
• ЧТО ТАКОЕ СВАП ДВИГАТЕЛЯ Каждый автолюбитель хотя бы раз слышал такое словосочетание как «свап двигателя». Причем очень часто звучит…

Для чего выполняется гильзовка?

Состав работ при капитальном ремонте двигателя автомобиля определяется характером дефектов цилиндров и включает соответствующие технологические операции для их устранения. В зависимости от неисправности выполняется расточка или гильзовка БЦ. При проведении расточки со стенок цилиндра срезается слой металла, чтобы восстановить требуемые параметры стенок. Затем в цилиндр устанавливают поршень соответствующего ремонта с поршневыми кольцами. Гильзовка же проводится в случаях обнаружения дефектов, параметры которых не дают возможности устранить неисправность с помощью расточки даже до последнего ремонтного размера.
Гильзование БЦ выполняется также для цилиндров, которые до этого уже растачивались до максимального ремразмера.

Альтернативная технология

Вышеописанный метод подразумевает предварительную расточку блока. Но существуют блоки (это касается алюминиевых), которые не растачиваются перед установкой гильз. Как поступают в таком случае? Гильзовка блока цилиндров сопровождается нанесением герметика в посадочное гнездо.

Далее втулка запрессовывается на специальном станке. Температура гильзы и блока одинаковы. Качественная гильзовка позволяет эксплуатировать ДВС на протяжении 150 тысяч километров при условии своевременной замены масла.

Гильзы в двигателях с воздушным охлаждением

Для двигателей воздушного охлаждения гильзы цилиндров выполнены по образу мотоциклетных, с ребрами охлаждения. Так как цилиндры должны охлаждаться потоком воздуха, из них нельзя сформировать блок и они устанавливаются на двигатель в виде отдельных деталей.

Гильзы крепятся к картеру (через медные прокладки) посредством невысоких шпилек через специальный опорный фланец или же посредством анкерных шпилек, проходящих сквозь всю головку цилиндров. Головка устанавливается на эти шпильки и затягивается в обычном порядке, прижимая тем самым цилиндры к картеру и обеспечивая герметизацию.

Мотоциклетные двигатели с воздушным охлаждением и стали «донором», давшим миру автомобильные гильзованные двигатели

Для двигателей с воздушным охлаждением гильзы цилиндров изготавливаются либо из одного вида металла (монометаллические), либо из двух металлов (биметаллические).

Монометаллические цилиндры воздушного охлаждения выполняют в основном из чугуна, иногда из стали или из легких сплавов.

Биметаллические цилиндры также выполнены из чугуна или стали, а поверх корпуса отлиты алюминиевые ребра.

Что такое ГБЦ в автомобиле

Аббревиатура ГБЦ расшифровывается как Головка Блока Цилиндров, это один из важнейших узлов любого двигателя внутреннего сгорания. Знать, что такое ГБЦ в автомобиле, принцип ее работы и особенности конструкции, должен каждый владелец машины. Это поможет вовремя заметить возможную неисправность, а также обеспечить стабильную работу силового агрегата в различных режимах.

Описание ГБЦ и существующие модификации

ГБЦ, это верхняя часть блока цилиндров двигателя внутреннего сгорания. Она крепится на нем при помощи болтов или специальных шпилек. Основное назначение головки — контроль поступления топлива в рабочие цилиндры, обеспечение его сгорание, контроль и распределение потоков газов. Именно от точности регулировки отдельных узлов ГБЦ зависит мощность и устойчивость работы всего двигателя в целом.

Как выглядит головка блока цилиндров

Для различных силовых агрегатов выпускают головки блока цилиндров из чугуна или сплавов на основе алюминия. Именно алюминиевые ГБЦ устанавливаются на большинстве современных автомобилей, что позволяет несколько снизить общий вес силового агрегата.

Для двигателей с рядным расположением цилиндров применяется единая ГБЦ, а для V-образных силовых установок применяют отдельные головки на каждый ряд. Других конструктивных отличий не существует.

Видео о ГБЦ

Читайте также: Что такое ЭБУ в автомобиле, как он работает и зачем нужен.

Как устроена головка блока цилиндров

Корпус ГБЦ (картер) получают методом литья и последующей металлообработки (фрезерование, сверление). В теле изделия размещены каналы для циркуляции охлаждающей жидкости, маслопроводы для смазки основных узлов, отдельные камеры сгорания для каждого из цилиндров. Кроме того, в картере имеются отверстия для установки свечей зажигания или форсунок (для дизельных двигателей). По своей конструкции головка считается сложным агрегатом, включающим в себя несколько различных механизмов.

• Газораспределительный механизм, обеспечивающий отвод отработанных газов. Клапана системы газораспределения открываются в четкой последовательности в зависимости от этапов работы каждого отдельного цилиндра.
• Привод газораспределительного механизма, обеспечивающий открывания клапанов в необходимый момент.
• Площадки для крепления впускного и выпускного коллекторов, обеспечивающих подачу топлива и отвод отработанных газов.
• К несъемным элементам ГБЦ относят направляющие втулки и седла клапанов. Данные элементы обеспечивают герметизацию механизма газораспределения. Монтаж этих деталей осуществляется методом горячей опрессовки, выполнить его самостоятельно, тем более без специального оснащения, практически невозможно, особенно в условиях частного гаража.

Каждый из приведенных узлов отвечает за работоспособность двигателя в целом, а выход любого из них из строя станет причиной более серьезной поломки. На видео ролике внизу можно наблюдать работу всех элементов ГБЦ в движении.

Читайте также: Что такое ДМРВ и какие функции оно выполняет в автомобиле.

Как правильно установить ГБЦ

ГБЦ (Cylinder Head), прокладка (Head Gasket) и блок двигателя (Engine Block).

Учитывая то, что ГБЦ имеет множество каналов для движения смазки, охлаждающей жидкости, отработанных газов, важнейшим условием правильного монтажа является надежная герметизация в месте соединения с блоком цилиндров. Осуществляется это путем установки специальной прокладки, изготовленной из армированного асбеста. Такой материал способен выдержать высокую температуру и значительное давление рабочих жидкостей и отработанных газов. Учитывайте то, что прокладка ГБЦ одноразовая, повторное применение не сможет гарантировать надежную герметизацию места соединения с блоком цилиндров.

Плотное прилегание головки и сжатие асбестовой прокладки достигается затяжкой крепежных болтов или гаек на шпильках. Учитывайте тот факт, что любой перекос при выполнении этих операций приведет к недостаточной герметизации соединения. Именно поэтому затяжка должна осуществляться с определенным усилием, которое должно контролироваться при помощи динамометрического ключа. При этом каждая шпилька должна подтягиваться строго в определенном порядке, нарушение которого так же станет причиной появления проблем с недостаточной герметизацией.

При постоянной эксплуатации необходимо уделять внимание именно на плотность прилегания ГБЦ к поверхности блока цилиндров. Появление потеков масла, охлаждающей жидкости свидетельствует о ненадежной герметизации соединения. В этом случае необходимо обтянуть головку по новой.

При техническом обслуживании обязательно проверяйте состояние наиболее нагруженных элементов ГБЦ. Непременно оценивайте состояние клапанов, распределительного вала, не упускайте из вида и целостность уплотняющих сальников.

Все работы, относящиеся к ремонту головки блока цилиндров или замене отдельных ее механизмов, можно выполнять самостоятельно исключительно при наличии соответствующего опыта. Помните, любая небрежность и несоблюдение технологии монтажа станет причиной более серьезных поломок двигателя. А стоимость такого ремонта будет существенно большей. Поэтому доверяйте ремонт ГБЦ только профессиональному автослесарю, имеющему опыт и соответствующее оборудование.

Устройство двигателя внутреннего сгорания

Современный двигатель внутреннего сгорания далеко ушел от своих прародителей. Он стал крупнее, мощнее, экологичнее, но при этом принцип работы, устройство двигателя автомобиля, а также основные его элементы остались неизменными.

Двигатели внутреннего сгорания, массово применяемые на автомобилях, относятся к типу поршневых. Название свое этот тип ДВС получил благодаря принципу работы. Внутри двигателя находится рабочая камера, называемая цилиндром. В ней сгорает рабочая смесь. При сгорании смеси топлива и воздуха в камере увеличивается давление, которое воспринимает поршень. Перемещаясь, поршень преобразует полученную энергию в механическую работу.

Как устроен ДВС

Первые поршневые моторы имели лишь один цилиндр небольшого диаметра. В процессе развития для увеличения мощности сначала увеличивали диаметр цилиндра, а потом и их количество. Постепенно двигатели внутреннего сгорания приняли привычный нам вид. Мотор современного автомобиля может иметь до 12 цилиндров.

Современный ДВС состоит из нескольких механизмов и вспомогательных систем, которые для удобства восприятия группируют следующим образом:

1. КШМ — кривошипно-шатунный механизм.
2. ГРМ — механизм регулировки фаз газораспределения.
3. Система смазки.
4. Система охлаждения.
5. Система подачи топлива.
6. Выхлопная система.

Также к системам ДВС относятся электрические системы пуска и управления двигателем.

КШМ — кривошипно-шатунный механизм

КШМ — основной механизм поршневого мотора. Он выполняет главную работу — преобразует тепловую энергию в механическую. Состоит механизм из следующих частей:

• Блок цилиндров.
• Головка блока цилиндров.
• Поршни с пальцами, кольцами и шатунами.
• Коленчатый вал с маховиком.

ГРМ — газораспределительный механизм

Чтобы в цилиндр поступало нужное количество топлива и воздуха, а продукты сгорания вовремя удалялись из рабочей камеры, в ДВС предусмотрен механизм, называемый газораспределительным. Он отвечает за открытие и закрытие впускных и выпускных клапанов, через которые в цилиндры поступает топливо-воздушная горючая смесь и удаляются выхлопные газы. К деталям ГРМ относятся:

• Распределительный вал.
• Впускные и выпускные клапаны с пружинами и направляющими втулками.
• Детали привода клапанов.
• Элементы привода ГРМ.

ГРМ приводится от коленчатого вала двигателя автомобиля. С помощью цепи или ремня вращение передается на распределительный вал, который посредством кулачков или коромысел через толкатели нажимает на впускной или выпускной клапан и по очереди открывает и закрывает их

В зависимости от конструкции и количества клапанов на двигатель может быть установлен один или два распределительных вала на каждый ряд цилиндров. При двухвальной системе каждый вал отвечает за работу своего ряда клапанов — впускных или выпускных. Одновальная конструкция имеет английское название SOHC (Single OverHead Camshaft). Систему с двумя валами называют DOHC (Double Overhead Camshaft).

Система охлаждения двигателя

Во время работы мотора его детали соприкасаются с раскаленными газами, которые образуются при сгорании топливо-воздушной смеси. Чтобы детали двигателя внутреннего сгорания не разрушались из-за чрезмерного расширения при нагреве, их необходимо охлаждать. Охладить мотор автомобиля можно с помощью воздуха или жидкости. Современные моторы имеют, как правило, жидкостную схему охлаждения, которую образуют следующие части:

• Рубашка охлаждения двигателя
• Насос (помпа)
• Термостат
• Радиатор
• Вентилятор
• Расширительный бачок

Рубашку охлаждения двигателей внутреннего сгорания образуют полости внутри БЦ и ГБЦ, по которым циркулирует охлаждающая жидкость. Она отбирает избыточное тепло у деталей двигателя и относит его к радиатору. Циркуляцию обеспечивает насос, привод которого осуществляется с помощью ремня от коленчатого вала.

Термостат обеспечивает необходимый температурный режим двигателя автомобиля, перенаправляя поток жидкости в радиатор либо в обход него. Радиатор, в свою очередь, призван охлаждать нагретую жидкость. Вентилятор усиливает набегающий поток воздуха, тем самым увеличивая эффективность охлаждения. Расширительный бачок необходим современным моторам, так как применяемые охлаждающие жидкости сильно расширяются при нагреве и требуют дополнительного объема.

Система смазки ДВС

В любом моторе есть множество трущихся деталей, которые необходимо постоянно смазывать, чтобы уменьшить потери мощности на трение и избежать повышенного износа и заклинивания. Для этого существует система смазки. Попутно с ее помощью решается еще несколько задач: защита деталей двигателя внутреннего сгорания от коррозии, дополнительное охлаждение деталей мотора, а также удаление продуктов износа из мест соприкосновения трущихся частей. Систему смазки двигателя автомобиля образуют:

• Масляный картер (поддон).
• Насос подачи масла.
• Масляный фильтр с редукционным клапаном.
• Маслопроводы.
• Масляный щуп (индикатор уровня масла).
• Указатель давления в системе.
• Маслоналивная горловина.

Насос забирает масло из масляного картера и подает его в маслопроводы и каналы, расположенные в БЦ и ГБЦ. По ним масло поступает в места соприкосновения трущихся поверхностей.

Система питания

Система подачи для двигателей внутреннего сгорания с воспламенением от искры и от сжатия отличаются друг от друга, хотя и имеют ряд общих элементов. Общими являются:

• Топливный бак.
• Датчик уровня топлива.
• Фильтры очистки топлива — грубой и тонкой.
• Топливные трубопроводы.
• Впускной коллектор.
• Воздушные патрубки.
• Воздушный фильтр.

В обеих системах имеются топливные насосы, топливные рампы, форсунки подачи топлива, но в силу различных физических свойств бензина и дизельного топлива конструкция их имеет существенные различия. Сам принцип подачи одинаков: топливо из бака с помощью насоса через фильтры подается в топливную рампу, из которой попадает в форсунки. Но если в большинстве бензиновых двигателей внутреннего сгорания форсунки подают его во впускной коллектор мотора автомобиля, то в дизельных оно подается непосредственно в цилиндр, и уже там смешивается с воздухом. Детали, обеспечивающие очистку воздуха и поступление его цилиндры — воздушный фильтр и патрубки — тоже относятся к топливной системе.

Система выпуска

Система выпуска предназначена для отвода отработанных газов из цилиндров двигателя автомобиля. Основные детали, ее составляющие:

• Выпускной коллектор.
• Приемная труба глушителя.
• Резонатор.
• Глушитель.
• Выхлопная труба.

В современных двигателях внутреннего сгорания выхлопная конструкция дополнена устройствами нейтрализации вредных выбросов. Она состоит из каталитического нейтрализатора и датчиков, сообщающихся с блоком управления двигателем. Выхлопные газы из выпускного коллектора через приемную трубу попадают в каталитический нейтрализатор, затем через резонатор в глушитель. Далее через выхлопную трубу они выбрасываются в атмосферу.

В заключение необходимо упомянуть системы пуска и управления двигателем автомобиля. Они являются важной частью двигателя, но их необходимо рассматривать вместе с электрической системой автомобиля, что выходит за рамки этой статьи, рассматривающей внутреннее устройство двигателя.

https://prometey96.ru/remont/blok-dvigatelya.html
https://avtonov.com/%D0%B3%D0%B1%D1%86-%D0%B3%D0%BE%D0%BB%D0%BE%D0%B2%D0%BA%D0%B0-%D0%B1%D0%BB%D0%BE%D0%BA%D0%B0-%D1%86%D0%B8%D0%BB%D0%B8%D0%BD%D0%B4%D1%80%D0%BE%D0%B2/
https://autolirika.ru/teoriya/ustrojstvo-dvigatelya-vnutrennego-sgoraniya.html