Устройство блока цилиндров двигателя: просто о сложном

Перед снятием головки цилиндров обратить внимание на следующее:

Головку цилиндров снимать только на холодном двигателе.
Головка цилиндров для восьмицилиндровых двигателей имеет отличную конструкцию от головок цилиндров, выпущенных после 1978 года для тех же двигателей.
При повреждениях привалочной плоскости гоповки цилиндров ее можно профрезеровать.
Каждая головка цилиндров фиксируется на блоке цилиндров двумя установочными штифтами и крепится 18 болтами, по 6 болтов на каждый цилиндр.
Прокладка головки цилиндров 3.5 и 4.5 литровых двигателей отличаются друг от друга диаметром отверстия цилиндров. Кроме того, конструкция прокладок изменялась в течение года, поэтому при покупке прокладки обязательно указывайте номер двигателя.
В процессе эксплуатации подтягивание болтов крепления головки цилиндров не требуется.
Крепление головки цилиндров производится только на холодном двигателе.
Резьба болтов крепления головки цилиндров покрыта слоем никеля: во избежание повреждения резьбы в блоке при замене использовать только такие болты.
Для защиты резьбы рекомендуется использовать пасту «Helicoil».
Снятие и установку головки цилиндров можно выполнять на двигателе, установленном на автомобиле.
Капот автомобиля поставить в вертикальное положение как при снятии двигателя.
Отсоединить провода от аккумуляторной батареи.
Слить охлаждающую жидкость из системы охлаждения, отвернув сливные пробки с левой и правой стороны блока цилиндров.
Снять топливные трубки.
Отвернуть болты крепления выпускных трубопроводов на обоих головках цилиндров.
Повернуть коленчатый вал двигателя до ВМТ в 1-м цилиндре. При этом метка на торцевой стороне поверхности блока цилиндров и нулевая отметка на шкиве должны совпасть как показано на рисунке.

В автомобилях с регулируемой подвеской колес отвернуть четыре болта крепления насоса гидросистемы подвески, снять насос вместе со шлангами и отвести в сторону. Снять детали привода гидросистемы.
Краской нанести метки на звездочки распределительных валов и цепь привода, даже если снимается только одна головка цилиндров.

Отвернуть болт крепления звездочки на распределительном валу, удерживая распределительный вал в средней части от проворачивания ключом в средней части или между зубьями звездочки и цепью привода поставить стопор соответствующей формы. Болт крепления до конца не отворачивать.
Снять звездочку с распределительного вала, при необходимости, легкими ударами молотка с пластмассовой рабочей поверхностью, затем отвернуть болт крепления звездочки. Во избежание соскакивания цепи с других звездочек цепь закрепить.

Автозапчасти и СТО

Обычным автолюбителям, совершенно не обязательно знать порядок работы цилиндров двигателя. Ну, работает и работает. Да, с этим трудно не согласится. Не нужно до того момента, пока вы не пожелаете своими руками выставить зажигание или не займетесь регулировкой зазоров клапанов.

Не будет лишним знание о порядке работы цилиндров двигателя автомобиля, когда вам нужно будет подсоединить высоковольтные провода к свечам, либо трубопроводы высокого давления у дизеля. А если вы затеете ремонт головки блока цилиндров?

Ну согласитесь, смешно будет ехать на автосервис для того, чтобы правильно установить ВВ провода. Да и ехать-то как? Если двигатель троит.

Что значит порядок работы цилиндров двигателя?

Последовательность, с которой чередуются одноименные такты в разных цилиндрах и называется порядком работы цилиндров.

От чего зависит порядок работы цилиндров? Есть несколько факторов, а именно:

— расположение цилиндров двигателя: однорядное или V-образное; — количество цилиндров; — конструкция распредвала; — тип и конструкция коленвала.

Рабочий цикл двигателя

Рабочий цикл двигателя состоит из газораспределительных фаз. Последовательность этих фаз должна равномерно распределяться по силе воздействия на коленчатый вал. Именно в этом случае происходит равномерная работа двигателя.

Обязательным условием является то, что цилиндры, работающие последовательно, не должны находиться рядом. Для этого и разрабатываются производителями двигателей, схемы порядка работы цилиндров двигателя. Но, во всех схемах порядок работы цилиндров начинает свой отсчет с главного цилиндра №1.

Газораспределительной фазой называют момент, в который начинается открытие и заканчивается закрытие клапанов. Измеряется фаза газораспределения в градусах поворота коленчатого вала по отношению к верхней и нижней мёртвым точкам (ВМТ и НМТ).

На протяжении рабочего цикла в цилиндре воспламеняется смесь топлива и воздуха. Промежуток между воспламенениями в цилиндре оказывает непосредственное влияние на равномерность работы мотора. Двигатель работает максимально равномерно при наименьшем промежутке воспламенения.

Данный цикл непосредственно зависит от количества цилиндров. Чем большим является число цилиндров, тем меньшим будет интервал воспламенения.

Порядок работы цилиндров у разных двигателей:

У двигателей одного типа, но разных модификаций, работа цилиндров может отличаться. Например, двигатель ЗМЗ. Порядок работы цилиндров двигателя 402 – 1-2-4-3, в то время как порядок работы цилиндров двигателя 406 – 1-3-4-2.

Если углубится в теорию работы двигателя, но так, чтобы не запутаться, то мы увидим следующее. Полный рабочий цикл 4-х тактного двигателя проходит за два оборота коленвала. В градусах это равно 720. У 2-х тактного двигателя 3600.

Колена вала смещают на определенный угол для того, чтобы вал находился под постоянным усилием поршней. Этот угол напрямую зависит от количества цилиндров и тактности двигателя.

— Порядок работы 6 цилиндрового рядного двигателя 1-5-3-6-2-4 (интервал между воспламенением составляет 1200).

— Порядок работы 8 цилиндрового V-образного двигателя 1-5-4-8-6-3-7-2 (интервал между воспламенениями 900).

— Существует, например, порядок работы 12 цилиндрового двигателя W-образного: 1-3-5-2-4-6 – это левые головки блока цилиндров, а правые: 7-9-11-8-10-12

Для того, чтобы вам был понятен весь этот порядок цифр, рассмотрим пример. У 8 цилиндрового двигателя ЗиЛ порядок работы цилиндров следующий: 1-5-4-2-6-3-7-8. Кривошипы расположены под углом 900 .

То есть если в 1 цилиндре происходит рабочий цикл, точерез 90 градусов поворота коленвала, рабочий цикл происходит в 5 цилиндре, и последовательно 4-2-6-3-7-8. В нашем случае один поворот коленвала равен 4 рабочим ходам. Естественным образом напрашивается вывод, что 8 цилиндровый двигатель работает плавне и равномернее, чем 6 цилиндровый.

Скорее всего, глубокое знание порядка работы цилиндров двигателя вашего автомобиля, вам не понадобится. Но общее представление об этом иметь необходимо. А если вы задумаете произвести ремонт, например головки блока цилиндров, то эти знания лишними не будут.

Каков порядок работы цилиндров дизеля и как они нумеруются?

Для наибольшей равномерности нагрузки коленчатого вала многоцилиндрового двигателя необходимо, чтобы рабочие такты в цилиндрах повторялись в определенной последовательности, которая называется порядком работы цилиндров. Порядок работы цилиндров зависит от числа цилиндров двигателя и его тактности; при этом последовательно работающие цилиндры не должны стоять рядом.

Полный цикл у четырехтактного двигателя осуществляется за два оборота вала, т. е. за 720°, у двухтактного за 360°. Для того чтобы в любой момент вал двигателя имел некоторое постоянное усилие от воздействия газов на поршень, колена вала необходимо смещать относительно друг друга на угол ф. Этот угол зависит от числа цилиндров г и тактности двигателя и равен цикловой продолжительности поворота вала в градусах, отнесенной к числу цилиндров. Следовательно, для четырехтактного двигателя ф = 720°/г, для двухтактного ф = 360°/z. Определим, например, порядок работы цилиндров, расположенных в один ряд, у четырехтактного четырехцилиндрового двигателя. В этом случае ф = 720° : 4 = = 180°. Вал имеет конфигурацию, при которой поршни 1 и 4 перемещаются в направлении, противоположном движению поршней 2 и 3. Получающееся при этом чередование процессов в цилиндрах показано в табл. 8. Если в первом цилиндре осуществляется рабочий ход, то поршень второго цилиндра движется вверх, при этом из двух возможных процессов (сжатие и выпуск) примем выпуск. Тогда поршень третьего цилиндра, также перемещающийся вверх, должен осуществлять сжатие. В четвертом цилиндре поршень движется вниз одновременно с поршнем первого цилиндра, осуществляющим рабочий ход, поэтому в четвертом цилиндре должен быть впуск. Чередование процессов в последующих тактах всех цилиндров определяется цикловой последовательностью. Из табл. 8 видно, что процессы расширения (рабочего хода) будут проходить в цилиндрах в следующем порядке: 1—3—4—2. Если во втором цилиндре в первом такте принять вместо процесса выпуска сжатие, то порядок работы цилиндров изменится и будет /—2—4—3. Следовательно, для четырехтактного четырехцилиндрового однорядного двигателя возможны два порядка работы цилиндров.

Какие параметры характеризуют дизель? Что такое эффективная и индикаторная мощности? Какие эффективные мощности установлены для судовых дизелей? Что такое средняя скорость поршня и что она характеризует? Что понимают под средним эффективным, средним индикаторным и средним по времени давлением? Что такое форсирование дизеля? Что такое степень сжатия? Что понимают под давлением сжатия и сгорания? Что такое удельный расход топлива? Что представляет собой тепловой баланс дизеля? Что понимают под глубокой утилизацией теплоты? Что понимают под удельным расходом масла у дизеля? Что понимают под сухой и удельной массой дизеля? Что понимают под ресурсом дизеля? Как определяется направление вращения вала дизеля? Каков порядок работы цилиндров дизеля и как они нумеруются?

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.

ALUSIL®-paбочие поверхности цилиндров

При методе ALUSIL весь блок цилиндров состоит из заэвтектического алюминиево-кремниевого сплава. Для такого заэвтектического сплава характерно повышенное содержание кремния; у наиболее часто применяемого ALUSIL- сплава (AISi17Cu4Mg) содержание кремния — 17%.

В противоположность заэвтектическому сплаву, эвтектический алюминиево-кремниевый сплав содержит только 12-13 % кремния. При такой доле кремния степень насыщения алюминия достигнута. Более высокая доля кремния приводит к тому, что при застывании расплава образуются первичные кристаллы кремния. Это означает, что та часть кремния, которая из-за насыщения алюминия кремнием не может войти в соединение с алюминием,выкристаллизовывается и откладывается среди (насыщенного) алюминиево-кремниевого сплава (эвтектика). Для облегчения выкристаллизования кремния в расплав добавляется небольшое количество фосфора. Кристаллы кремния растут вокруг гетерогенного алюминиево-фосфидного зародыша. Величина кристаллов кремния находится в пределах от 20 до 70 |jm. Данные первичные кристаллы кремния, соответствующим образом обработанные и раскрытые, без дополнительного армирования, образуют устойчивую к износу внутреннюю поверхность цилиндра для поршня и поршневых колец. Изображение 1: речь идёт о съёмке прозрачной плёнкой1 — здесь показана с увеличением окончательно обработанная АШЗИ-рабочая поверхность цилиндра (механическое шлифование для раскрытия). Отчётливо видны раскрытые кристаллы, выпукло лежащие в кристаллической решётке алюминия. Кристаллы кремния вырастают тем больше, чем дольше длится процесс застывания. Благодаря различной скорости охлаждения в блоке цилиндров в нижней части цилиндров образуются несколько большие кристаллы кремния, чем в верхней части, которая, в силу конструкционных особенностей, быстрее охлаждается. На изображении 2 показана трёхмерная картина шероховатости одной окончательно обработанной .

Изображение 1

Изображение 2

0axfilm — тонкая прозрачная плёнка для прямой съёмки структур поверхностей.

На изображении 3 представлены различия строения между доэвтектическим, эвтектическим и заэвтектическим алюминиево-кремниевыми сплавами

Из-за гомогенного распределения первичного кремния во всей отливке получаются в целом худшие свойства обрабатываемости со снятием стружки и меньшая стойкость инструментов, чем у стандартных алюминиевых сплавов. Меньшая скорость резания увеличивает к тому же время обработки, что негативно влияет на производственный такт выпуска.

Данная проблема при обработке может быть решена применением режущих инструментов (PKD), оснащённых алмазами. Только для изготовления отверстий в цельном материале и при нарезании резьбы не имеется инструментов, оснащённых алмазами.

Обработка рабочих поверхностей цилиндров подробно описана, начиная от главы 3.3 под названием «Обработка алюминиевых рабочих поверхностей цилиндров».

Изображения 3

а) эвтектический

б) доэвтектический с зернистой структурой

в) доэвтектический с улучшенной структурой

г) заэвтектический

Рабочий цикл

В зависимости от числа тактов, составляющих рабочей цикл, ДВС делятся на двухтактные и четырехтактные. Двухтактные двигатели не ставят на современные автомобили, они используются лишь на мотоциклах и в качестве пускателей тракторных силовых агрегатов. Цикл четырехтактного бензинового двигателя внутреннего сгорания включает в себя следующие такты:

Впуск ― выпускной клапан закрыт, впускной открыт, поршень движется вниз, производится всасывание воздушно-топливной смеси.
Сжатие ― все клапаны закрыты поршень движется вверх, сжимая воздушно-топливную смесь.
Рабочий ход ― клапаны остаются закрыты, по окончании предыдущего такта искра поджигает сжатую смесь. Поршень под действием давления газов, сгоревшей смеси, идет вниз вращая коленвал.
Выпуск ― по окончании предыдущего такта открывается выпускной клапан. Поршень, толкаемый коленвалом, движется вверх и вытесняет продукты горения в выхлопной коллектор.

Цикл дизеля отличается тем что при впуске всасывается только воздух. Топливо же впрыскивается под давлением после сжатия воздуха, а воспламенение происходит от контакта дизеля с разогретым от сжатия воздухом.

Нумерация

Нумерация цилиндров рядного двигателя начинается с наиболее удаленного от коробки перемены передач. Иными словами, со стороны ремня ГРМ либо цепи.

Очередность работы

У коленвала рядного 4-х цилиндрового ДВС кривошипы первого и последнего цилиндра располагаются под углом 180° друг к другу. И под углом 90° к кривошипам средних цилиндров. Поэтому для обеспечения оптимального угла приложения движущих сил к кривошипам такого коленвала, порядок работы цилиндров бывает 1―3―4―2, как у вазовских и москвичевских ДВС либо 1―2―4―3, как у газовских моторов.

Чередование тактов 1-3-4-2

Угадать порядок работы цилиндров двигателя по внешнем признакам нельзя. Об этом следует читать в мануалах производителя. Порядок работы цилиндров двигателя проще всего узнать в инструкции по ремонту вашей машины.

Применение гильзовки в процессе ремонта двигателя

Гильза цилиндра, как и любая другая деталь, изнашивается и может приходить в негодность. В этом случае проводимый ремонт требует серьёзных навыков и знаний. Ремонт может быть:

плановый;
преждевременный.

Необходимость гильзовки может быть вызвана следующими обстоятельствами:

длительная эксплуатация мотора на некачественном топливе;
несвоевременное прохождение технического осмотра;
плохо проведённый ремонт, повлекший за собой выход поршневого пальца.

Все описанные ситуации приводят к тому, что на стенках цилиндров образуются каверны, ссадины и неровности. Когда цилиндр поражён в малой степени, возможна его расточка. В случае, когда каверны слишком глубокие, расточка уже не подойдёт, и нужно применять гильзовку. В этом случае в цилиндры могут быть установлены ремонтные гильзы.

Технологический процесс гильзовки цилиндрового блока в процессе ремонта двигателя зависит от конструктивных особенностей агрегата.

Как правило, для гильзовки чугунного агрегата используются гильзы из чугуна. В случае алюминиевого блока также возможна гильзовка, но здесь применяют либо чугунные гильзы из тонкостенного чугуна либо гильзы из сплава чугуна и ряда особых присадок.

В каких случаях цилиндр гильзуют?

Такой метод восстановления нормальной работоспособности цилиндра двигателя, как гильзовка, имеет определенные показания к применению. Так, если стенки детали обладают настолько глубокими повреждениями, что не представляется возможным осуществить подстройку под последний ремонтный размер и устранить недостаток другими методами, например, расточкой, используется гильзовка. Если ранее блок был расточен до максимального ремонтного размера, другого варианта, кроме гильзовки, не предусматривается. Бывают моторы, которые вообще не предполагают установки ремонтных поршней. В такой ситуации восстановление блока возможно только с применением гильзовки. Некоторые блоки гильзованы с момента своего производства на заводе, соответственно во время капитального ремонта только меняется гильза.

Кривошипно-шатунный механизм

Маховик поддерживает инерцию коленвала для вывода поршней из верхних или нижних крайних положений, а также для более равномерного его вращения.
Коленчатый вал преобразует линейное движение поршней во вращение и передает его через механизм сцепления на первичный вал КПП.
Шатун передает усилие, прикладываемое к поршню на коленчатый вал.
Поршневой палец создает шарнирное соединение шатуна с поршнем. Изготавливается из легированной высокоуглеродистой стали с цементацией поверхности. По сути является толстостенной трубкой со шлифованной наружной поверхностью. Бывает двух видов: плавающий или закрепленный. Плавающие свободно перемещаются в бобышках поршней и во втулке, запрессованной в головку шатуна. Не выпадает палец из этой конструкции благодаря стопорным кольцам, устанавливающимся в пазы бобышек. Закрепленные удерживаются в головке шатуна за счет горячей посадки, а в бобышках вращаются свободно.

Материал изготовления блока цилиндров

Чугун – традиционный материал, из которого до недавнего времени изготавливались блоки. Чугун применяется с добавками: никель, хром. Положительные качества чугунного блока цилиндров: меньшая чувствительность к перегреву, жёсткость, необходимая при высокой степени форсировки двигателя. Минус – большая масса, которая влияет на динамику легкового автомобиля.

Алюминий – занимает второе место в изготовлении блоков цилиндров. Положительными качествами алюминиевого блока являются: лёгкость и лучшее охлаждение. Как недостаток отмечается проблема с подбором материала, из которого должен выполняться цилиндр.

В современных условиях, для изготовления цилиндров в алюминиевые блоки цилиндров двигателя разработаны технологии: Locasil – запрессовка гильз из алюминий — кремния, Nicasil – в виде никелевого покрытия на алюминиевой поверхности блока цилиндров.

Недостатком никасиловой технологии считается то, что при прогаре поршня или обрыве шатуна, никелевое покрытие выходит из строя и блок цилиндров не подлежит ремонту. Он меняется в сборе. В отличие от чугунного, который подвергается расточке и гильзованию ремонтным комплектом.

Блок цилиндров из магниевого сплава сочетает в себе твердость чугунного, и лёгкость алюминиевого. Но, такой блок очень дорогое удовольствие и на конвейерном производстве не применяется.

Каждый из материалов имеет свои плюсы и минусы, поэтому однозначно заявлять какой из них лучше, некорректно.

Устройство блока цилиндров

Блок цилиндров двигателя должен удовлетворять следующим требованиям: обеспечение соосности всех постелей, а также соблюдение равного диаметра постелей. Также существуют блоки, в которых эти требования не соблюдаются, но это только специальные и экспериментальные конструкции.

Как мы заметили ранее, блок цилиндров является основой для других агрегатов. Его основные детали следующие:

Цилиндр двигателя. Чем они больше, чем мощнее мотор. Объем суммируется и конечная цифра озвучивается в характеристиках автомобиля. Главной деталью цилиндров являются гильзы, которые бывают двух типов. Первый тип используется только в алюминиевых блоках – это впрессованные непосредственно в блок цилиндров гильзы. Второй тип – съемные гильзы. Они бывают «сухие» и «мокрые».
Головка блока. Состоит из мест для крепления ремня ГРМ, камеры сгорания, отверстий для свечей, впускных и выпускных каналов, а также рубашки охлаждения и каналов смазки. Крепится головка сверху самого блока цилиндров. Но если другие агрегаты в автомобиле крепят просто «на глаз», то есть до того момента когда болт не повернуть, то здесь болты затягивают с помощью динамометрического ключа. У каждого автомобиля свои параметры и схемы для затяжки, которые нельзя нарушать.
Картер. Во всех двигателях внутреннего сгорания картеры можно назвать именно частью блока, а не навесным агрегатом. Представляет собой корпус для кривошипно-шатунного механизма. Крепят картера снизу блока цилиндров, для защиты закрывают специальные поддоном.

Какими бы надежными ни были двигатели внутреннего сгорания, рано или поздно их ресурс подходит к концу. Особенно это касается ДВС старых автомобилей ВАЗ. Гильзовка блока цилиндров – одна из частых операций, которая производится в ходе капитального ремонта двигателя.

О гильзе

Это неотъемлемая составляющая любого двигателя внутреннего сгорания с чугунным или алюминиевым блоком. Гильза является съемной втулкой, что устанавливается в блок цилиндров. Она выполняет роль стенок, в которых двигается поршень. Размеры гильзы определяют рабочий объем цилиндра и камеры сгорания. Процесс установки данной втулки в блок называется гильзовкой. Операция производится после тщательной подготовки, с применением специального оборудования.