Блок цилиндров двигателя: от чугуна до магниевого сплава. Основные неисправности
Одним из основных элементов поршневого ДВС является блок цилиндров. Это ключевой компонент всей силовой установки и кривошипно-шатунного механизма. По факту блок цилиндров для мотора является аналогом скелета. Этот конструктивный элемент служит каркасом - несущим цельнолитым остовом, на который монтируют прочие механизмы, целые узлы и другие комплектующие мотора.
Поршни двигателя размещаются внутри блока цилиндров, где они перемещаются во время работы ДВС и обеспечивают вращение коленвала. Такое движение должно производиться в условиях минимального трения, а также максимального скольжения. Эта задача решается за счет специальной обработки рабочей (внутренней) поверхности блока цилиндров, которую еще называют зеркало цилиндра. В силу постоянного движения поршней возникают большие нагрузки. Потому к материалу указанной поверхности предъявляются повышенные требования в плане стойкости к температурному воздействию и прочности.
Блок цилиндров играет ключевую роль в вопросе создания несущего каркаса силового агрегата. Нижняя его поверхность создает верхнюю часть картера, а сверху монтируется головка блока цилиндров (ГБЦ). Также он включает элементы, предназначенные для установки коленвала.
Используемые материалы
В силу жестких требований, которые предъявляются к блоку цилиндров силовой установки с плане термостойкости, прочности, надежности и гладкости рабочей поверхности, сильно сужается перечень материалов, которые можно использовать для изготовления рассматриваемой части мотора.
Чугун
Наиболее популярным материалом для производства блока цилиндров является легированный серый чугун, главными плюсами которого эксперты называют доступность и невысокую стоимость.
Помимо того чугун имеет такие достоинства, как:
- простота обработки и технологичность этих процессов;
- возможность монтажа креплений непосредственно в деталь;
- стабильность изначальных характеристик и свойств даже при высокотемпературном воздействии;
- великолепные демпфирующие характеристики;
- отличная износостойкость и ремонтопригодность;
- большая твердость и жесткость;
- совместимость с прочими рабочими деталями ДВС, изготовленными из разных материалов.
Серьезным минусом серого чугуна, используемого для изготовления блока цилиндров, является большая масса. Это обусловлено тем, что плотность этого материала значительно выше, чем у прочих материалов, которые могут служить альтернативой.
Сплавы алюминия
Различные кремнийсодержащие алюминиевые сплавы значительно дороже чугуна, однако их применение дает возможность существенно уменьшить вес силовой установки.
Технологический процесс производства блока цилиндров из сплава алюминия более сложный. Он подразумевает учет целого перечня важнейших особенностей, а именно:
- установку шпилек, что дает возможность нивелировать срыв резьбы соединения узлов мотора с блоком цилиндров;
- использование конструкции с вставной или же залитой гильзой;
- применение только специализированных охлаждающих составов, которые относятся к категории некорродирующих;
- низкая прочность, которая требует предельной аккуратности выполнения ремонтных работ и техобслуживания;
- повышенные требования к прочности и точности затягивания крепежных элементов.
Для повышения технико-эксплуатационных параметров алюминиевого блока цилиндра его поверхности обрабатываются специальными защитными составами. К примеру, так создается никелевое покрытие, сформированное из кристаллов карбида кремния.
Для производства вставных и залитых гильз применяют инновационные материалы. Это позволяет повысить ресурс блока цилиндров, а также долговечность и надежность самой силовой установки.
Сплавы магния
Наиболее инновационный метод производства блока цилиндров предусматривает использование магниевых сплавов, основным преимуществом которых является заметное снижение массы конструкции. Главным же минусом использования данного материала является сильное удорожание производства блока цилиндров. Это сильно ограничивает сферу практического применения указанной технологии. Сегодня подобные ДВС - это в основном мощные силовые агрегаты, работают на бензине. Ими оснащают спортивные авто и суперкары. Именно на таких транспортных средствах получается с максимальной эффективностью реализовать все плюсы магниевого сплава.
По прочим параметрам такие блоки цилиндра во многом схожи с аналогами из сплавов алюминия.
Позиционирование цилиндров
Большое значение для характеристик блока цилиндров имеет расположение последних. Сегодня принято выделять 3 самых популярных варианта позиционирования цилиндров.
- Рядный. Простейшая архитектура, которая повышает массу детали, но отличается легкостью её производства. В данном случае различают неполноопорный и полноопорный тип коленвала. Рядное расположение цилиндров чаще всего используется в дизельных моторах большой мощности. Их устанавливают на суда, поскольку в таком случае масса двигателя не имеет критического значения. Помимо того, рядными ДВС часто агрегатируют бюджетные авто.
- V-образный. В такой архитектуре может быть вариант со смещением блоков, а также без такового. Данное расположение цилиндров специалисты называют универсальным, поскольку оно дает возможность обеспечить оптимальный баланс между массой, ценой производства и техническими характеристиками. Именно такое сбалансированное соотношение параметров делает V-образные ДВС самыми распространенными в автомобилестроительной отрасли.
- W-образный. Основным преимуществом подобной конфигурации является сокращение длины коленвала, а также компактность ДВС. За счет этого снижается и масса мотора, однако теряется и жесткость блока цилиндров, следовательно надежность силового агрегата при активной эксплуатации.
Помимо указанных трех вариантов позиционирования цилиндров можно выделить и звездообразный блок, который до изобретения газовых турбин активно применялся в силовых установках винтовых самолетов, судов на воздушной подушке, скоростных катеров и прочей спецтехники, для которой критичными являются параметры скорости и масса ДВС.
Тип охлаждения
Силовые установки с блоком цилиндров обычно оснащены воздушной или жидкостной системой охлаждения. Последняя предпочтительнее, поскольку дает возможность по максимуму использовать все преимущества конструкции. К примеру, в жидкостной системе часто используется антифриз, тогда как горячий воздух отводится для отопления салона зимой.
В воздушной системе охлаждения предусмотрена конструкция блока цилиндров, которая сложнее в исполнении. Прежде всего она отличается ребрами цилиндров. Однако в этом случае труднее поддерживать оптимальный температурный режим. Помимо того, такие силовые установки функционируют более шумно.
Вид смазки
Двигатели, конструкция которых предполагает наличие блока цилиндров, позволяют использовать смазку трех типов:
- Централизованную.
- Индивидуальную под давлением.
- Индивидуальную под разбрызгиванием.
Подбор оптимального типа определяет производитель ДВС с учетом специфики конкретной техники.
Неисправности БЦ
Наиболее частые проблемы с блоком цилиндров выглядят следующим образом:
- Износ стенок. Такие дефекты появляются из-за трения поршня и коленвала, что влечет за собой снижение КПД мотора и потерю герметичности камер сгорания.
- Появление микротрещин. Обычно это следствие брака детали или же экстремальных условий работы ДВС, из-за чего происходит снижение КПД или утечка охладителя.
- Повреждение клапанных седел. Возникает из-за трения и перепадов температуры, что вызывает утрату герметичности, снижение показателей мощности, утечку газов.
- Поломка шпилек и/или болтов. Происходит в процессе активной эксплуатации из-за больших нагрузок, после чего ухудшается герметичность и повреждаются иные конструктивные элементы мотора.
- Накипь и нагар. Формируются на поверхности ГБЦ и в системе охлаждения, что приводит к перегреву силового агрегата и повышения рисков его поломки.
Обнаружить проблемы в блоке цилиндров и своевременно их устранить, продлив ресурс мотора, позволяет регулярное техобслуживание автомобиля.
В статье использованы фотоматериалы с сайта perevozka24.ru.