Цилиндры в двигателе

Цилиндры и блок-картеры автомобильных двигателей

Цилиндр представляет собой одну из главных деталей порш­невого двигателя. Внутренняя полость цилиндра составляет осно­ву рабочей полости, в которой осуществляются все тепловые про­цессы, связанные с преобразованием тепловой энергии топлива в механическую работу.

Стенки внутренней полости цилиндра служат также направляю­щими для поршня при его перемещениях между крайними поло­жениями. Поэтому длина образующих цилиндра предопределяется величиной хода поршня.

Цилиндр работает в условиях переменных давлений в надпорш-невой полости. Внутренние стенки его соприкасаются с пламенем и горячими газами, раскаленными до температуры 1500—2500°С. К тому же средняя скорость скольжения поршневого комплекта по стенкам цилиндра в автомобильных двигателях достигает 12— 15 м/сек при недостаточной смазке. Поэтому материал, употребляе­мый для изготовления цилиндров, должен обладать большой меха­нической прочностью, а сама конструкция стенок повышенной жесткостью. Стенки цилиндров должны хорошо противостоять истиранию при ограниченной смазке и обладать общей высокой стойкостью против других возможных видов износа (абразивного, коррозионного и некоторых разновидностей эрозии), уменьшающих срок службы цилиндров (Износ цилиндров автомобильных двигателей является следствием комплексного воздействия на стенки многочисленных физических и химиче­ских быстротекущих процессов, которые по характеру проявления разделяют­ся на три основных вида износа: эрозивный, возникающий вследствие меха­нического истирания, схватывания и других разрушающих процессов при непосредственном контакте металлических трущихся поверхностей; корро­зионный, возникающий при всякого рода окислительных процессах на поверх­ностях трения; абразивный, вызывающий разрушение поверхностей трения при наличии между ними твердых или, как говорят, абразивных частичек, в том числе и продуктов износа). Материалы, применяемые для изготовле­ния цилиндров, должны обладать хорошими литейными свой­ствами и легко обрабатываться на станках.

В соответствии с этими требованиями в качестве основного материала для цилиндров применяют перлитный серый чугун с не­большими добавками легирующих элементов (никель, хром и др.). Применяют также высоколегированный чугун, сталь и алюминие­вые сплавы.

Цилиндры из алюминиевых сплавов с внутренней стороны покрывают слоем пористого хрома толщиной 0,1—0,15 мм. Слой пористого хрома, имеющий канальчатую поверхность, хорошо удерживает смазку и обладает повышенной износостойкостью. Такой метод изготовления легких износостойких цилиндров используется иногда для мотоциклетных и автомобильных двигателей малого литража.

При использовании более дорогих материалов цилиндры чаще всего делают комбинированными, т. е. состоящими из двух метал­лов. Для внутренних стенок, образующих рабочую поверхность цилиндра, в этих случаях применяют наиболее износостойкие мате­риалы. Например, сталь или высоколегированный аустенитный чугун, содержащий 14—15% никеля, 6—7% меди и 2—4% хрома. Аустенитный никельмедистохромистый чугун-нирезист отличается от перлитного чугуна высокой коррозионной стойкостью, хорошей сопротивляемостью истиранию при ограниченной смазке и другими положительными свойствами.

Чтобы уменьшить потери на трение и обеспечить необходимое уплотнение надпоршневой полости, внутренние стенки цилиндров тщательно обрабатывают. По возможности им придают строго цилиндрическую форму, а рабочую поверхность доводят до высо­кой степени чистоты. Внутреннюю поверхность стенок называют зеркалом цилиндра.

Высокая температура газов в надпоршневой полости цилиндра и сравнительно большое количество тепла, выделяющегося при трении поршня и поршневых колец о зеркало цилиндра, вызывают интенсивный нагрев стенок, вследствие чего возникает необходи­мость в постоянном отводе от них тепла. Практически это достигает­ся непрерывным охлаждением стенок цилиндров жидкостью или воздухом. Даже кратковременное прекращение такого охлаждения связано с аварией цилиндра и выходом из строя двигателя. Быстро наступающий перегрев неохлаждаемых стенок приводит к «схваты­ванию» трущихся поверхностей или к заклиниванию поршня в ци­линдре, возможному обрыву шатуна и другим большим разруши­тельным последствиям.

Температура стенок цилиндров на прогретом двигателе под­держивается в пределах 100—150°С. Более высокую температуру имеют при этом стенки верхней зоны цилиндров, омываемые наибо­лее горячими газами. В двигателях с воздушным охлаждением отдельные участки верхней зоны цилиндров нагреваются до 170— 180°С, а средняя температура их стенок всегда бывает выше, чем при жидкостном охлаждении.

Повышенный нагрев стенок приводит к излишнему подогреву поступающего в цилиндры свежего заряда и уменьшению его весо­вого содержания. Двигатели развивают при этом заметно меньшую мощность. Однако нельзя и переохлаждать цилиндры. При темпера­туре ниже 100°С на стенках возможна конденсация паров воды. А так как в продуктах сгорания наряду с парами воды и другими химическими соединениями содержится некоторое количество сер­нистого газа, то создаются благоприятные условия для образования серной кислоты, коррозирующей стенки цилиндров, вследствие чего износ их резко возрастает.

В зависимости от способа охлаждения конструкция цилиндров и всего двигателя приобретает свои характерные особенности.

Цилиндры двигателей воздушного охлаждения отливают инди­видуально, а для увеличения теплоотвода наружная поверхность их оребряется (рисунок). Следовательно, при воздушном охлаждении цилиндр, строго говоря, состоит из двух конструктивных элементов: гильзы или, как ее называют иногда, втулки и оребрения. Размер ребер и межреберных промежутков выбирают из условий, чтобы оребрение оказывало возможно меньшее сопротивление потоку охлаждающего воздуха и в то же время было достаточно развитым и обеспечивало нужную интенсивность теплоотвода. В существую­щих конструкциях площадь поверхности оребрения цилиндра примерно в 10 раз превышает площадь его зеркала в зоне оребрения.

Оребряемой поверхности гильзы, придают цилиндрическую или коническо-цилиндрическую форму. Чаще применяются гильзы с цилиндрической средней частью и с конической формой ее периферийных зон. Это способст­вует выравниванию температуры как по окружности, так и по высоте цилиндра, в частности уменьшает перепад температур в зоне пере­хода от оребренной части цилиндра к неоребренной. Утолщение стенок гильзы в верхней и нижней ее зонах повышает также общую жесткость цилиндра, а уменьшение толщины стенок гильзы в сред­ней части увеличивает сечение воздушных каналов, что способ­ствует лучшему теплоотводу.

В двигателях с воздушным охлаждением применяют как цельно­металлические, так и комбинированные цилиндры. Цельнометалли­ческие цилиндры изготовляют из чугуна, реже их делают сталь­ными, а в малых двигателях применяют также алюминиевые сплавы с хромированной поверхностью зеркала. Ребра отливают вместе с гильзой или нарезают на станках. Чаще используют первый, наиболее простой и экономически выгодный метод. Комбинирован­ные цилиндры представляют собой чугунную или стальную основу с ребрами из алюминиевых сплавов, получаемых методом литья, или же алюминиевую оребрснпую основу с запрессо­ванной в нее, например, чугунной гильзой . В таких цилиндрах высокая износостойкость сочетается с хорошим теплоот-водом, так как теплопроводность алюминиевых сплавов в 3—4 раза выше теплопроводности чугуна. Более высокими качествами обла­дают биметаллические цилиндры, получаемые методом заливки ребер, обеспечивающим монолитность их соединения с основой цилиндра.

Многоцилиндровые двигатели с воздушным охлаждением снаб­жают общим для всех цилиндров картером. Примером здесь может служить двигатель автомобиля «Запорожец».

Цилиндры двигателей с жидкостным охлаждением в отличие от рассмотренных оребрениых изготовляют с двойными стенками, что значительно усложняет их конструкцию. Внутренние стенки образуют у них гильзу цилиндра, а внешние более тон­кие— его рубашку. Стенки рубашки охватывают гильзовую часть цилиндра так, что между ними образуется полость, используе­мая для циркуляции охлаждающей жидкости.

Из соображений облегчения ремонта и увеличения срока службы цилиндров с жидкостным охлаждением их в большинстве случаев изготовляют комбинированными, с короткими вставками или со вегавками па всю длину зеркала цилиндра и с легкосъемными гиль­зами.

Цилиндры двигателя

Цили́ндр двигателя внутреннего сгорания является рабочей камерой объемного вытеснения. Во время работы двигателя внутренние и наружные части цилиндров испытывают различный нагрев.

culindr

Внутренняя часть цилиндра — втулка или гильза цилиндра.

Наружная часть — рубашка двигателя.

Внутренняя поверхность втулки или гильзы цилиндра называется зеркалом. Зеркало это рабочая часть цилиндра, поэтому она подвергается специальной обработке (хонингование, хромирование, азотирование) и поэтому выбирают следующие типы материалов для гильз цилиндров. На зеркале цилиндра наносится специальный рельеф, который способствует снижению трения между поршнем, поршневыми кольцами и цилиндром, благодаря удерживанию моторного масла на стенках.

В современных двигателях внутреннюю поверхность цилиндров подвергают отбеливающему переплаву лазером, что способствует образованию белого чугуна высокой твердости. Ресурс таких цилиндров намного выше и не требует ремонтных размеров.

Гильзы цилиндров отливают из чугуна высокой прочности или специальных сталей. Иногда на алюминиевые гильзы цилиндров наносят гальваническое покрытие хромом.

В одноцилиндровом четырехтактном двигателе коленчатый вал вращается неравномерно, поэтому маховик должен обладать большим моментом инерции. В многоцилиндровом двигателе вращение коленчатого вала происходит равномернее, так как рабочие ходы в различных цилиндрах не совпадают друг с другом. Чем больше цилиндров имеет двигатель, тем равномернее вращается коленчатый вал. Нагрузка на детали кривошипно-шатунного механизма в многоцилиндровом двигателе изменяется более плавно, чем в одноцилиндровом.

Читайте также  Стартер крутится но двигатель не крутит

Цилиндры двигателя могут быть расположены следующим образом: вертикально в один ряд – однорядные, двигателя автомобилей ВАЗ-2107 «Жигули», ГАЗ-52-04, ГАЗ-3102 «Волга» и др., под углом a к вертикали, двигатель автомобиля Москвич 2140; в два ряда V-образные, двигателя автомобилей ГАЗ-53А,ЗИЛ-130, КаМаз 5320 и др.

Дефекты гильз цилиндров

Гильзы цилиндров изнашиваются вследствие трения между поршнем и зеркалом (внутренней стенкой цилиндра). Как правило повышенный износ может происходить вследствие таких причин:

— не достаточно масла на стенках цилиндров

-двигатель долго не работал, и все масло стекло в картер

-применение масла не соответствующей вязкости

— коррозия, возникает вследствии применения воды, как охлаждающей жидкости

-сколы, царапины возникают вследствие не правильного монтажа, демонтажа ( все действия по съемке гильз цилиндров нужно проводить согласно правил специальным съемником)

-при не правильной эксплуатации двигателя

Методы обработки для устранения дефектов

Дефекты устраняются такими методами обработки как: шлифовка, фрезировка, напыление, наплавка, хонингование.

cul dviglik

Хонингование

Хонингование — вид абразивной обработки материалов с применением хонинговальных головок (хонгов). В основном применяется для обработки внутренних цилиндрических отверстий (от 2 мм) путём совмещения вращательного и поступательно-возвратного движения хона с закреплёнными на нём раздвижными абразивными брусками с обильным орошением обрабатываемой поверхности смазочно-охлаждающей жидкостью. Один из видов чистовых и отделочных обработок резанием. Позволяет получить отверстие с отклонением от цилиндричности до 5 мкм и шероховатостью поверхности Ra=0.63÷0.04.

Обработка отверстий в различных деталях в том числе в деталях двигателя (отверстий блоков цилиндров, гильз цилиндров, отверстий кривошипной и поршневой головок шатунов, отверстий шестерен) и т. д. При обработке хонингованием обеспечивается стабильное получение точных отверстий и требуемых параметров шероховатости обработанной поверхности. Зеркало цилиндров должно иметь не совсем гладкую поверхность, так как масло будет стекать и не оставатся между парой трения, что будет приводить к износу, поэтому делается как бы меленькая насечка. В ней остаються частички масла , которые обеспечивают хорошую работу цилиндр-поршень и приводит к увеличению ресурса деталей.

Цилиндр и поршень как основные элементы автомобильного двигателя

Цилиндр и поршень как основные элементы автомобильного двигателя

Цилиндр и поршень являются одними из основных деталей любого двигателя внутреннего сгорания. Нижняя плоскость ГБЦ, днище поршня и стенка цилиндра образуют замкнутую полость, где происходит сгорание топливно-воздушной смеси. Поршень, который находится в цилиндре, преобразует энергию образовавшихся газов в поступательно движение, тем самым приводя в движение коленчатый вал.

Цилиндр и поршень прирабатываются в ходе эксплуатации автомобиля, обеспечивая эффективность и наилучшие режимы работы двигателя.

Что такое цилиндр и поршень?

Современные двигатели могут иметь от 2 до 16 цилиндров, которые объединены в блок цилиндров. От количества цилиндров зависит мощность ДВС.

Внутренняя часть цилиндра является его рабочей поверхностью и называется гильзой, а внешняя, которая составляет единое целое с корпусом блока – рубашкой. По каналам рубашки циркулирует охлаждающая жидкость.

Поршень в сборе с шатуном

Внутри цилиндра совершает возвратно-поступательное движение поршень. Он передает энергию давления газов на шатун коленвала, герметизирует камеру сгорания и отводит из нее тепло. Состоит поршень из днища (головки), уплотняющих колец и направляющей части (юбки).

Поршни для бензиновых двигателей имеют плоское днище. Они меньше нагреваются при работе и проще в изготовлении. Они могут обладать специальными канавками, которые способствуют полному открытию клапанов. В дизельных двигателях поршни имеют специальную выемку заданной формы на дне. Она служит для того, чтобы воздух, поступающий в цилиндр, лучше смешивался с топливом.

Плотность соединения поршня и цилиндра обеспечивают поршневые кольца. Их расположение и количество зависит от типа и назначения двигателя. Наиболее часто встречающееся исполнение – одно маслосъемное и два компрессионных кольца.

Компрессионные кольца предотвращают попадание газов в картер двигателя из камеры сгорания и отводят тепло к стенкам цилиндра от головки поршня. По форме они бывают коническими, бочкообразными и трапециевидными.

Верхнее компрессионное кольцо изнашивается быстрее других, поэтому его наружная поверхность подвергается напылению молибдена или пористому хромированию. Благодаря такой подготовке первое кольцо становится более износостойким и лучше удерживает моторное масло. Другие уплотняющие кольца покрываются слоем олова для улучшения приработки к цилиндрам.

Маслосъемное кольцо служит для удаления излишков масла со стенок цилиндра, тем самым предотвращая их попадание в камеру сгорания. Через специальные отверстия в стенках поршня масло попадает внутрь последнего, а затем направляется в картер.

Направляющая часть (юбка) поршня может быть конусообразной или бочкообразной. Такая конструкция позволяет компенсировать расширение при воздействии высоких температур. На юбке находится отверстие с двумя бобышками, где крепится поршневой палец трубчатой формы, соединяющий поршень с шатуном.

Палец поршня может устанавливаться следующим образом:

Свободный ход в бобышках поршня и головке шатуна (плавающие пальцы)

Вращение в бобышках поршня и фиксация в головке шатуна

Вращение в головке шатуна и фиксация в бобышках поршня

Шатун соединяет поршень с коленвалом. Его верхняя головка движется возвратно-поступательно, а нижняя вращается совместно с шатунной шейкой коленчатого вала, стержень совершает сложное колебательное движение. При работе шатун подвергается растяжению, изгибу и сжатию, поэтому его производят жестким и прочным, а, чтобы уменьшить инерционные силы – легким.

Из чего изготавливают цилиндры и поршни?

Цилиндры изготавливают из чугуна или стали с различными присадками. Это нужно для того, чтобы детали могли выдержать высокие нагрузки. Сегодня блоки цилиндров чаще всего производят из алюминия, а внутренние части цилиндров – из стали, благодаря чему вес конструкции снижается.

Поршни внутри цилиндра двигаются с высокой скоростью и подвержены воздействию высоких давлений и температур. Изначально для производства этих деталей использовался чугун, но с развитием технологий основным материалом для поршней стал алюминий. Это позволило обеспечить меньшую нагрузку на поршни, лучшую теплоотдачу и рост мощности ДВС.

На современных автомобилях, особенно с дизельными двигателями, используются сборные стальные поршни. Они весят меньше алюминиевых, а за счет меньшей компрессионной высоты позволяют использовать шатуны большей длины, тем самым снижая боковые нагрузки в паре «цилиндр-поршень».

Для производства поршневых колец используется высокопрочный серый чугун с добавлением хрома, молибдена, никеля или вольфрама. Эти материалы улучшают приработку элементов и обеспечивают их высокую износо- и термостойкость.

Для деталей ДВСНекоторые производители автокомпонентов для снижения потерь на трение покрывают боковую поверхность поршней специальными материалами на основе графита или дисульфида молибдена. Однако со временем заводское покрытие разрушается и ему требуется восстановление.

Одним из самых эффективных средств для восстановления антифрикционного слоя или нанесения материала на новые поршни является покрытие поршней MODENGY для деталей ДВС. Состав на основе высокоочищенного дисульфида молибдена и графита имеет практичную аэрозольную упаковку с оптимальными параметрами распыления.

Материал равномерно наносится на юбки поршней, не требует высоких температур для полимеризации и создает на поверхности сухую смазочную пленку, которая в течение длительного времени снижает износ и препятствует образованию задиров.

Для подготовки поверхностей перед нанесением покрытия рекомендуется провести их обработку Специальным очистителем-активатором MODENGY. Он убирает все загрязнения с деталей и обеспечивает прочное сцепление покрытия с основанием.

Охлаждение ЦПГ

При работе двигателя выделяется огромное количество тепла. Например, температура сгоревших газов может достигать +2000 °C. Именно поэтому цилиндро-поршневая группа нуждается в эффективном охлаждении.

В современных двигателях система охлаждения может быть жидкостной или воздушной. В первом случае цилиндры ДВС покрыты снаружи большим количеством специальных ребер, которые охлаждаются искусственно созданным или встречным потоком воздуха.

Жидкостное охлаждение подразумевает охлаждение цилиндров при помощи охлаждающей жидкости, которая циркулирует в толще блока снаружи цилиндров. Нагретые элементы отдают часть тепла ОЖ, которая затем попадает в радиатор, охлаждается и заново поступает к цилиндрам.

Система смазки цилиндров

Если внутри цилиндра отсутствует смазочный материал, поршень будет заклинивать, что со временем приведет к поломке двигателя. Для удержания моторного масла на внутренних поверхностях цилиндров на них наносят микросетку при помощи хонингования.

Читайте также  Может ли антифриз попасть в двигатель

Хонингование цилиндров

Благодаря этому на стенках всегда находится некоторое количество масла, что снижает трение между поршнем и цилиндром, а также способствует отведению излишков тепла внутри ЦПГ.

Неисправности при эксплуатации

Даже, если эксплуатация автомобиля была правильной и все жидкости менялись вовремя, со временем все равно могут возникнуть проблемы с цилиндро-поршневой группой. Их основная причина заключается в сложных условиях работы ЦПГ.

Высокие нагрузки и температуры приводят к:

Деформации посадочных мест под гильзу

Разрушению, залеганию, закоксовыванию колец

Задирам на юбках поршней из-за сужения зазора между поршнем и цилиндром

Возникновению пробоин, трещин, сколов на рабочих поверхностях цилиндров

Оплавлению или прогару днища поршней

Различным деформациям на теле поршней

Эти и другие неисправности ЦПГ неизбежно возникают при перегреве ДВС, который может быть вызван неисправностью термостата, помпы или разгерметизацией системы охлаждения, сбоями в работе вентилятора охлаждения радиатора, самого радиатора или его датчика.

Определить проблемы в работе цилиндро-поршневой группы можно отметив увеличение расхода масла, ухудшение запуска двигателя, снижение мощности, возникновение стука и шума при работе ДВС. Подобные моменты не следует игнорировать, так как неисправности в ЦПГ неизбежно приведут к дорогостоящему ремонту.

Диагностика цилиндров

Точно определить состояние поршней и цилиндров позволяет разборка ЦПГ, а также осмотр других систем автомобиля, например, воздушного фильтра. Помимо этого, в ходе диагностики производится замер компрессии в цилиндрах, берутся пробы масла из картера и т.п.

Ресурс ЦПГ зависит от типа двигателя, его режима эксплуатации, сервисного обслуживания и других параметров. В среднем для отечественных автомобилей он составляет около 200 тыс. км, для иномарок – до 500 тыс. км. Существуют так называемые «двигатели-миллионники», ресурс которых может превышать 1 млн. км пробега.

Износ цилиндров определяется при помощи специального прибора – индикаторного нутрометра. Сколы и трещины на стенках заваривают или заделывают эпоксидными пастами.

Новые поршни подбираются по массе и диаметру к гильзам, а поршневые пальцы – к втулкам верхних головок шатунов и поршням. Шатуны предварительно проверяют на предмет повреждений и при необходимости восстанавливают или заменяют.

Цилиндр (двигатель)

Цилиндрй двигатель внутреннего сгорания|поршневого двигателя внутреннего сгорания]]. Представляет собой рабочую камеру объемного вытеснения.

Внутренние и наружные части цилиндров испытывают различный нагрев и обычно выполняются из отдельных частей:

  •  — рабочая втулка или гильза цилиндра
  • наружная — рубашка (у двигателей воздушного охлаждения рубашка имеет рёбра для эффективного отвода тепла)

Пространство между ними называется зарубашечным, в двигателе с водяным охлаждением тут циркулирует охлаждающая жидкость.

В подавляющем большинстве случаев рубашки цилиндров выполняются в виде одной отливки для всего ряда цилиндров и называются блоком цилиндров. Рубашки и корпус блока цилиндров изготавливают обычно из того же материала, что и станина двигателя.

Внутренняя поверхность втулки или гильзы цилиндра является рабочей и называется зеркало цилиндра. Она подвергается специальной обработке (хонингование, хромирование, азотирование) с высокой точностью и имеет очень высокую чистоту. Иногда на зеркало цилиндра наносят специальный микрорельеф, высота которого составляет доли микрометров. Такая поверхность хорошо удерживает масло и способствует снижению трения боковой поверхности поршня и колец о зеркало цилиндра.

Гильзы отливают из чугуна высокой прочности или специальных сталей.

Цилиндры двухтактных двигателей отличаются по конструкции от цилиндров 4-х тактных двигателей наличием выпускных и продувочных окон. Кроме того, у цилиндров двухтактных двигателей двойного действия имеется в наличии нижняя крышка для образования рабочей полости под поршнем.

  • Двигатель внутреннего сгорания

Wikimedia Foundation . 2010 .

Полезное

Смотреть что такое «Цилиндр (двигатель)» в других словарях:

Цилиндр (значения) — Цилиндр геометрическое тело. Цилиндрическая поверхность трёхмерная поверхность, описываемая квадратичным уравнением. Цилиндр (головной убор) Цилиндр (двигатель) часть поршневого двигателя внутреннего сгорания. Цилиндр (дисковый накопитель) набор… … Википедия

Двигатель Стирлинга — Двигатель Стирлинга … Википедия

Двигатель Ленуара — в двух проекциях … Википедия

Цилиндр (механич.) — Цилиндр, деталь машины, имеющая внутреннюю цилиндрическую полость, в которой может перемещаться поршень или плунжер, изменяя объём полостей по одну и др. сторону поршня. В Ц. преобразуется энергия подаваемого в него рабочего тела (пара, горючей… … Большая советская энциклопедия

ДВИГАТЕЛЬ ЖИДКОГО ТОПЛИВА — двигатель внутреннего сгорания, работающий на жидком топливе. Д. Ж. Т. разделяются на двигатели с непосредственным вспрыском топлива в цилиндр и двигатели карбюраторные, в которых жидкое топливо в карбюраторе распыляется, смешивается с воздухом и … Морской словарь

ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ — двигатель, превращающий тепловую энергию топлива в механ. работу. В Д. в. с. топливо подается непосредственно внутрь цилиндра, где оно воспламеняется и сгорает, образуя газы, давление к рых приводит в движение поршень двигателя. Д. в. с. получили … Технический железнодорожный словарь

двигатель электрический — асинхронный (в разрезе): 1 — вал ротора; 2 — подшипник; 3 — крышка подшипника наружная; 4 — щит подшипника; 5 — пакет ротора; 6 — сердечник статора; 7 — станина; 8 — кожух вентилятора; 9 — вентилятор;… … Сельское хозяйство. Большой энциклопедический словарь

ДВИГАТЕЛЬ ТЕПЛОВОЙ — машина для преобразования тепловой энергии в механическую работу. В тепловом двигателе происходит расширение газа, который давит на поршень, заставляя его перемещаться, или на лопатки колеса турбины, сообщая ему вращение. Примерами поршневых… … Энциклопедия Кольера

Двигатель внутреннего сгорания — Схема: Двухтактный двигатель внутреннего сгорания с глушителем … Википедия

двигатель внутреннего сгорания — (ДВС), тепловой двигатель, в котором часть химической энергии топлива, сгорающего в рабочей полости, преобразуется в механическую энергию. По роду топлива различают жидкостные и газовые ДВС; по рабочему циклу – непрерывного действия, двух – и… … Энциклопедия техники

Как смазывается поршень в цилиндре двигателя?

Конструкция поршня Устройство двигателя автомобиля Цилиндр и поршень как основные элементы автомобильного двигателя

Цилиндр и поршень – ключевые детали любого двигателя. В замкнутой полости цилиндро-поршневой группы (ЦПГ) происходит сгорание топливно-воздушной смеси. Газы, образующиеся при этом, воздействуют на поршень – он начинает двигаться и заставляет вращаться коленчатый вал.

Цилиндр и поршень обеспечивают оптимальный режим работы двигателя в любых условиях эксплуатации автомобиля.

Рассмотрим эту пару подробнее: конструкцию, функции, условия работы, возможные проблемы при эксплуатации элементов ЦПГ и пути их решения.

Принцип работы цилиндро-поршневой группы

Современные двигатели внутреннего сгорания оснащены блоками, в которые входят от 1 до 16 цилиндров – чем их больше, тем мощнее силовой агрегат.

Внутренняя часть каждого цилиндра – гильза – является его рабочей поверхностью. Внешняя – рубашка – составляет единое целое с корпусом блока. Рубашка имеет множество каналов, по которым циркулирует охлаждающая жидкость.

Внутри цилиндра находится поршень. В результате давления газов, выделяющихся в процессе сгорания топливно-воздушной смеси, он совершает возвратно-поступательное движения и передает усилия на шатун. Кроме того, поршень выполняет функцию герметизации камеры сгорания и отводит от нее излишки тепла.

Поршень включает следующие конструктивные элементы:

  • Головку (днище)
  • Поршневые кольца (компрессионные и маслосъемные)
  • Направляющую часть (юбку)

Конструкция поршня

Бензиновые двигатели оснащены достаточно простыми в изготовлении поршнями с плоской головкой. Некоторые модели имеют канавки, способствующие максимальному открытию клапанов. Поршни дизельных двигателей отличаются наличием на днищах выемок – благодаря им воздух, поступающий в цилиндр, лучше перемешивается с топливом.

Кольца, установленные в специальные канавки на поршне, обеспечивают плотность и герметичность его соединения с цилиндром. В двигателях разного типа и предназначения количество и расположение колец могут отличаться.

Чаще всего поршень содержит два компрессионных и одно маслосъемное кольцо.

Компрессионные (уплотняющие) кольца могут иметь трапециевидную, бочкообразную или коническую форму. Они служат для минимизации попадания газов в картер двигателя, а также отведения тепла от головки поршня к стенкам цилиндра.

Верхнее компрессионное кольцо, которое изнашивается быстрее всех, обычно обработано методом пористого хромирования или напылением молибдена. Благодаря этому оно лучше удерживает смазочный материал и меньше повреждается. Остальные уплотняющие кольца для лучшей приработки к цилиндрам покрывают слоем олова.

Поршни и поршневые кольца

С помощью маслосъемного кольца поршень, совершающий возвратно-поступательные движения в гильзе, собирает с ее стенок излишки масла, которые не должны попасть в камеру сгорания. Через дренажные отверстия поршень «забирает» масло внутрь, а затем отводит его в картер двигателя.

Читайте также  Почему на горячий двигатель не крутит стартер

Направляющая часть поршня (юбка) обычно имеет конусную или бочкообразную форму – это позволяет компенсировать неравномерное расширение поршня при высоких рабочих температурах. На юбке расположено отверстие с двумя выступами (бобышками) – в нем крепится поршневой палец, служащий для соединения поршня с шатуном.

Палец представляет собой деталь трубчатой формы, которая может либо закрепляться в бобышках поршня или головке шатуна, либо свободно вращаться и в бобышках, и в головке (плавающие пальцы).

Поршень с коленчатым валом соединяется шатуном. Его верхняя головка движется возвратно-поступательно, нижняя вращается вместе с шатунной шейкой коленвала, а стержень совершает сложные колебательные движения. Шатун в процессе работы подвергается высоким нагрузкам – сжатию, изгибу и растяжению – поэтому его производят из прочных, жестких, но в то же время легких (в целях уменьшения сил инерции) материалов.

Цилиндры двигателя внутреннего сгорания

Цилиндры являются наиболее ответственными элементами двигателя внутреннего сгорания [рис. 1]. Внутренняя часть цилиндра (5) образует рабочую часть, ограничиваемую его боковыми стенками, а также головкой цилиндра (1) и днищем поршня (14). Помимо этого, боковые стенки цилиндра также играют роль направляющих поршня (в процессе его возвратно-поступательного движения), поэтому внутренняя рабочая поверхность, то есть зеркало цилиндра, подвергается тщательной обработке.

Поперечный разрез тракторного двигателя Д-144 воздушного охлаждения

Рис. 1. Поперечный разрез тракторного двигателя Д-144 воздушного охлаждения.

1) – Головка цилиндра;

3) – Впускной трубопровод;

4) – Выпускной трубопровод;

6) – Картер маховика;

7) – Топливный фильтр;

8) – Картер двигателя;

10) – Поддон картера;

11) – Коленчатый вал;

12) – Распределительный вал;

Цилиндры нагреваются вследствие воздействия на них горячих газов, а также за счёт трения поршневых колец и поршня. С целью сохранения температуры стенок цилиндров в допустимых пределах, при которых бы обеспечивались нормальные условия наполнения и смазывания, используется воздушное либо жидкостное охлаждение цилиндров [рис. 1] и [рис. 2].

Разрез тракторного двигателя Д-240 жидкостного охлаждения

Рис. 2. Разрез тракторного двигателя Д-240 жидкостного охлаждения.

2) – Маслосъёмные кольца;

3) – Уплотняющая часть поршня с компрессионными кольцами;

4) – Камера сгорания и днище поршня;

5) – Валик коромысел;

7) – Тарелка клапана;

9) – Пружина клапана;

10) – Направляющая втулка клапана;

11) – Гильза цилиндра;

12) – Стойка валика коромысел;

13) – Регулировочный винт;

17) – Головка цилиндров;

20) – Шкив привода вентилятора;

21) – Шестерня привода распределительного вала;

22) – Шестерня привода распределительного вала;

23) – Шкив коленчатого вала;

24) – Шестерня привода распределительного вала;

25) – Шестерня привода масляного насоса;

26) – Уплотнение поддона картера;

27) – Шестерня привода масляного насоса;

29) – Распределительный вал;

31) – Уплотняющее резиновое кольцо;

32) – Поршневой палец;

33) – Поддон картера;

34) – Коленчатый вал;

35) – Вкладыш для коренного подшипника;

36) – Прилив для коренного подшипника;

Стенки цилиндра подвержены значительному износу в процессе работы двигателя, вследствие чего блок-картеры автомобильных и тракторных двигателей изготавливаются со вставными гильзами. Гильзы используют двух типов:

1) – Сухие вставные гильзы [рис. 3, в)];

2) – Мокрые вставные гильзы [рис. 3, б)].

Сухие гильзы устанавливаются по всей длине цилиндра либо только в верхней его части, которая подвержена максимальному износу. У сухой гильзы толщина стенки составляет 2-4 мм. Окончательная обработка поверхности сухой гильзы осуществляется только после её запрессовки в блок-картер.

Гильзы цилиндров

Рис. 3. Гильзы цилиндров.

а) – Гильзы цилиндров двигателя Д-240;

б) – Установка мокрой гильзы в блок-картер с центровкой в двух поясах;

в) – Установка сухой гильзы в блок-картер;

г) – Установка мокрой гильзы в блок-картер с центровкой в одном поясе;

1) – Центровочный пояс гильзы;

2) – Зеркало гильзы цилиндров;

3) – Центровочный пояс гильзы;

5) – Жидкостная рубашка блок-картера;

6) – Прокладка головки цилиндров;

7) – Гильза цилиндров;

9) – Уплотняющее резиновое кольцо;

11) – Уплотняющая медная прокладка.

Как правило, для двигателей грузовых автомобилей и тракторов используются мокрые гильзы, что не только упрощает процесс литья блок-картера, но и позволяет применять более износостойкие материалы, а также повышать теплоотвод и уменьшать неравномерность нагрева, снижать трудоёмкость ремонта (замена изношенных гильз может осуществляться без демонтажа двигателя с шасси).

Недостатки использования мокрых гильз:

1) – Снижение жёсткости блок-картера;

2) – Необходимость дополнительного уплотнения жидкостной рубашки;

3) – Вероятность возникновения кавитационного разрушения.

Установка мокрой гильзы в гнездо блок-картера производится таким образом, чтобы предотвратить утечку жидкости из водяной рубашки в поддон картера и цилиндр. Помимо этого, должно учитываться возможное изменение длины гильзы в процессе её нагревания либо охлаждения.

При установке мокрой гильзы её нижний посадочный поясок уплотняется резиновыми кольцами, которые ставятся в нижнем пояске гильзы в выточке (ЗИЛ-130, ЯМЗ-238, СМД-60, А-41) либо в выточке, расположенной в блок-картере (СМД-14, Д-50, Д-240). В некоторых двигателях уплотнение гильзы выполняется с использованием двух (А-41, СМД-60, ЗИЛ-130) либо трёх (ЯМЗ-238) резиновых колец.

Установка мокрой гильзы в блок-картер (двигатель Д-240) показана на [рис. 3, а), б)]. Гильза цилиндра (7) в верхней части опирается буртиком (4) на основание цилиндрической выточки, расположенной на верхней плоскости блок-картера (8). В нижней (горизонтальной) перегородке блок-картера, в пояске для монтажа гильзы, изготовлена кольцевая выточка, в которую производится установка уплотняющего резинового кольца (9). Данное кольцо несколько выступает над поверхностью пояска, но в процессе установки гильзы в блок-картер происходит его обжатие, что создаёт надёжное уплотнение между блок-картером и гильзой. Торец гильзы также несколько выступает над поверхностью блок-картера, за счёт чего обеспечивается лучшее обжатие прокладки (6) в процессе крепления головки цилиндра, а также надёжное уплотнение, которое препятствует прорыву газов из цилиндра.

Для дизельных двигателей мокрые гильзы цилиндров изготавливаются из легированного либо серого перлитного чугуна. Как правило, внутренняя поверхность мокрой гильзы подвергается закалке ТВЧ (токами высокой частоты). Для некоторых тракторных дизельных двигателей рядного типа (СМД-14, Д-240) изготавливаются незакалённые гильзы из легированного чугуна.

Широкое применение в карбюраторных двигателях (ЗМЗ-53, ЗИЛ-130) нашли чугунные мокрые гильзы (7) [рис. 3, г)] с запрессованной износостойкой вставкой (10), расположенной в верхней части. Данные гильзы монтируются в блок-картер с центровкой в одном (двигатель ЗМЗ-53) либо двух поясах (двигатель ЗИЛ-130). К недостаткам этих гильз можно отнести невысокий ресурс в тяжёлых эксплуатационных условиях, высокую стоимость, сложность в изготовлении и ремонте.

В современных карбюраторных двигателях используются монометаллические мокрые гильзы, выполненные из хромофосфористого чугуна. Уплотнение гильз с центровкой в одном нижнем поясе (двигатель ЗМЗ-53) осуществляется посредством медной прокладки (11), которая устанавливается под торцевой поверхностью буртика. Данная прокладка также применяется для регулирования положения гильзы (7) по высоте блок-картера (8).

С целью уплотнения газового стыка верхняя торцевая плоскость гильзы выполняется фасонной, а также устанавливается с выступанием над плоскостью разъёма блока на 0,05-0,15 мм (зависит от вида уплотняющей прокладки и размерности двигателя).

В дизельных двигателях с воздушным охлаждением (Д-21А1, Д-144) используются ребристые чугунные цилиндры (5) [рис. 1]. Рёбра цилиндров, как правило, изготавливаются посредством литья, без применения механической обработки. В основном, верхний торец делается в виде плоской кольцевой поверхности. Он обычно контактирует с соответствующей кольцевой поверхностью днища головки (1), тем самым обеспечивая уплотнение газового стыка. Между картером (8) и нижним торцом опорного бурта устанавливаются металлические прокладки, которые служат не только для уплотнения, но и для регулировки надпоршневого зазора.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями: