Блок цилиндров двигателя внутреннего сгорания

Ключевой частью поршневого двигателя внутреннего сгорания (далее – ДВС) выступает блок цилиндров. Он является основной деталью как кривошипно-шатунного механизма, так и силового агрегата в целом. Фактически, блок цилиндров двигателя можно назвать аналогом скелета человека, так как он играет роль несущего каркаса, на который навешиваются остальные узлы, механизмы и комплектующие.

Его неисправность приводит к серьезным проблемам в работе ДВС и, как следствие, всего транспортного средства. Причем речь идет не только о поломках, но и небольшом износе, результатом которого становится снижение эффективности. Что становится причиной множества крайне неприятных проявлений, например, увеличении расхода топлива, передвижению рывками, резкому падению КПД автомобиля.

Настолько важная роль в работе двигателя в частности и машины в целом делает целесообразным и очень актуальным более внимательное рассмотрение блока цилиндров с точки зрения устройства, назначения, материалов изготовления и других сопутствующих тем.

Что такое блок цилиндров

Блок цилиндров представляет собой базовый элемент ДВС. Он имеет цельнолитую конструкцию, а потому может называться единой деталью, объединяющей все находящиеся в двигателе цилиндры. Для изготовления чаще всего используется чугун, несколько реже – различные по составу алюминиевые или магниевые сплавы (более подробно материалы описываются ниже).

Важно

Внутри блока цилиндров размещаются и перемещаются поршни, благодаря движению которых осуществляется функционирование двигателя. Оно должно производится с минимумом трения и при максимально возможном скольжении.

Решение задачи достигается за счет так называемого зеркала цилиндра как называют внутреннюю или рабочую поверхность блока цилиндров. Следствием активного перемещения поршней становится серьезный уровень нагрузок и, как следствие, высокие требования к прочности и термостойкости материала, который используется для изготовления детали.

Отдельно стоит отметить важную роль блока цилиндров с точки зрения формирования несущего каркаса двигателя. Непосредственно на детали находятся несколько опорных поверхностей, которые предназначаются для размещения коленчатого вала. Сверху устанавливается головка блока цилиндров, нижняя поверхность формирует верхнюю часть картера.

Приведенное описание наглядно подтверждает центральное место блока цилиндров двигателя. Деталь образует каркас ДВС, но этим значение детали для функционирования силового агрегата машины не исчерпывается. Дело в том, находящиеся внутри блока полости являются частью рубашки охлаждения двигателя.

Что дает на выходе серьезную экономию в весе и занимаемом полезном пространстве. Такая компоновка особенно актуальна для двигателей с жидкостной системой охлаждения, так как применительно к воздушной она не дает настолько серьезных преимуществ.

Материалы для изготовления

Как было отмечено выше, к блоку цилиндров двигателя предъявляются достаточно серьезные требования в части прочности, стойкости к температурным перепадам и гладкости рабочей поверхности.

Это резко сужает список материалов, которые могут использоваться для производства столь важного узла автомобиля. Рассмотрим более детально основные варианты, актуальные для использования на сегодняшний день.

Чугун

Изначально самый распространенный вариант изготовления блока цилиндров. Главным достоинством серого легированного чугуна выступает бюджетная стоимость материала. Ее удачно дополняют еще несколько не менее существенных плюсов, к числу которых относятся:

• технологичность в работе и удобство обработки;
• стабильность механических свойств, в том числе – под воздействием высоких температур;
• отменные демпфирующие характеристики материала;
• высокий уровень жесткости в сочетании с твердостью;
• возможность установки крепежа прямо в деталь;
• ремонтопригодность;
• стойкость к износу;
• совместимость с другими рабочими узлами двигателя, включая также изготавливаемые из чугуна.

Единственным серьезным недостатком серого чугуна применительно к блоку цилиндров двигателя выступает значительная масса материала. Его плотность примерно в 2,7 раза больше альтернативных вариантов (описаны ниже). Еще одним минусом становится относительно низкая теплопроводность, результатом чего становится более высокие требования к системе охлаждения.

Чтобы компенсировать недостатки материала, в последние несколько лет активно используется так называемое лазерное отбеливание. Технология позволяет переплавить серый чугун в белый тонким слоем на поверхности. Таким образом удается дополнительно повысить твердость и увеличить срок службы детали.

Алюминиевые сплавы

Сплавы на основе алюминия (кремнийсодержащие) стоят намного больше серого легированного чугуна. Но их использование позволяет кратно снизить массу детали и, как следствие, всего двигателя. Технология изготовления блока цилиндров из алюминиевых сплавов несколько сложнее, и предусматривает учет ряда важных особенностей:

• применение конструкции детали с залитой или вставной гильзой;
• монтаж шпилек, что позволяет избежать срыва резьбового соединения блока с другими узлами ДВС;
• меньшая прочность материала, требующая аккуратности в процессе выполнения работ по техническому обслуживанию и ремонту;
• аналогичные более высокие требования к точности и прочности затягивания крепежа;
• применение исключительно некорродирующих охлаждающих жидкостей.

Чтобы повысить технико-эксплуатационные характеристики детали, на алюминиевую поверхность наносятся различные защитные покрытия. Например, никелевое из кристаллов карбида кремния.

Аналогичные инновационные материалы применяются для изготовления залитых или вставных гильз. Результатом становится увеличение срока службы блока цилиндров и надежности двигателя в целом.

Магниевые сплавы

Самый современный вариант изготовления рассматриваемой детали. Главным преимуществом магниевых сплавов перед альтернативными материалами становится еще большее снижение веса. Оборотной стороной выступает увеличение стоимости производства.

Это сужает сферу практического применения технологии до мощных бензиновых моторов самых скоростных и спортивных автомобилей, где удается реализовать преимущества магниевого сплава с наибольшей эффективностью. В остальном деталь, изготовленная из этого материала, близка по характеристикам к алюминиевой.

Расположение цилиндров

Важное значение для эксплуатационных качеств блока имеет расположение цилиндров. Различают три наиболее распространенных варианта конструктивного решения:

• Рядный. Самая простая компоновка. Увеличивает массу детали при одновременном упрощении технологии изготовления. Допускается полноопорный и неполноопорный вариант коленчатого вала. Особенно часто применяется на мощных судовых дизельных двигателях, где вес изделия не имеет особого значения, а также в бюджетном автомобилестроении.
• V-образный. Предусматривает два возможных варианта исполнения: со смещением блоков или без него. Компоновка считается универсальной, так как обеспечивает баланс между стоимостью изготовления, весом и техническими характеристиками. Поэтому считается наиболее распространенной в автомобилестроении.
• W-образный. Главным плюсом становится компактность размеров и снижение длины коленчатого вала, что позволяет минимизировать вес детали, что приводит к снижению жесткости и, как следствие, надежности в процессе эксплуатации.

• Еще более сложной в изготовлении выступает звездообразный блок цилиндров. Основной сферой применения длительное время (до появления газовых турбин) выступали суда на воздушной подушке, винтовая авиация, служебные катера и другая подобная техника, где вес двигателя и скорость передвижения имеют особенно большое значение.

Тип охлаждения

Двигатели с блоком цилиндров чаще всего комплектуются или водяной, или воздушной системой охлаждения. Первый вариант считается более предпочтительным, так как позволяет максимально реализовать преимущества конструкции на практике. В том числе – за счет эффективного использования антифриза и задействования горячего воздуха для обогрева внутреннего пространства салона в холодное время года.

Воздушная система охлаждения предполагает более сложную конструкцию детали, прежде всего – выделения ребер цилиндров. Что не является сложной задачей с точки зрения технологии и даже дает дополнительное преимущество в виде снижения общей массы двигателя. Оборотной стороной становится трудность поддержания оптимального температурного режима и увеличение шума при работе двигателя.

Поэтому такой вариант обычно не используется в автомобилестроении и активно применяется в стационарных моторах, тракторах, газонокосилках и другой подобной технике. Альтернативные типы охлаждения, например, масляное, задействуются в двигателях с блоком цилиндров крайне редко.

Тип смазки

Мотор с блоком цилиндров допускает три вида смазки – центральную, индивидуальную под давлением и разбрызгиванием. Выбор подходящей определяется с учетом назначения транспортного средства или другой техники.

Соответствующим образом подбираются места размещения масляных отверстий, их диаметр и способы сверления. Самым распространенным типом смазки на сегодняшний день считается индивидуальный под давлением. Который предусматривает подвод масла к каждой постели. На дизелях старой разработки до сих пор применяется центральная смазка.

Неисправности блока цилиндров

Как было отмечено выше, поломка столь важной детали приводит к резкому снижению КПД работы двигателя и транспортного средства в целом. Поэтому крайне важно как можно быстрее произвести ремонт блока цилиндров. Первый шагом на пути к восстановлению работоспособности становится точная диагностика причин неисправности. Наиболее часто речь идет о следующих из них:

• Износ стенок. Становится следствием трения коленчатого вала и поршня. Приводит к снижению герметичности и падению КПД.
• Возникновение трещин. Выступает результатом заводского брака или неподходящих условий эксплуатации. Итогом становится утечка охлаждающей жидкости и снижение эффективности работы двигателя.
• Износ седел клапанов. Также выступает следствием неизбежно присутствующих процессов трения и температурных перепадов. Результатом становится потеря герметичности, утечка газов и уменьшение мощности мотора.
• Поломка болтов или шпилек. Приводит к снижению герметичности и высокой вероятности повреждения других деталей и рабочих узлов двигателя.
• Нагар и накипь. Образуются в системе охлаждения и на поверхностях головки блока цилиндров. Итогом негативных процессов выступает перегрев мотора и увеличение риска выхода его из строя.

После определения причины неисправности производится ремонт блока цилиндров. Оптимальным способом выполнения работ выступает обращение к специалистам.

При регулярном проведении профессионального технического обслуживания нередко удается обнаружить проблему на ранней стадии. Что позволяет избежать полной замены блока цилиндров и сэкономить на ремонте.

Итог

Блок цилиндров – ключевой элемент конструкции значительной части двигателей внутреннего сгорания. Он выступает не только важной деталью, но и несущим каркасом для крепления и размещения других рабочих узлов мотора.

Блок цилиндров представляет собой цельнолитую деталь из серого чугуна, магниевых или алюминиевых сплавов. Эффективная работа которой заметно влияет на КПД двигателя и транспортного средства в целом.