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

Главная » Ремонт

29.08.2019Рубрика: Ремонт

Блок цилиндров изготавливается с помощью литья с последующей механической обработкой. Нижняя часть блока цилиндров обычно обрабатывается для установки в блок коренных подшипников коленчатого вала и для присоединения поддона картера. Большое значение имеет расстояние между соседними цилиндрами. Увеличение расстояния дает возможность повысить жесткость блока и обеспечить возможность увеличения в дальнейшем рабочего объема двигателя путем увеличения диаметра цилиндров (наиболее простой способ получения модификаций двигателей различной мощности). С другой стороны, это приводит к увеличению га­баритных размеров двигателя и его массы.

В последнее время некоторые производители автомобильных двигателей изготавливают блоки цилиндров, в которых соседние цилиндры соприкасаются стенками (так называемые сиамские блоки с «сухими» гильзами). Такой способ дает возможность получить довольно жесткую конструкцию при сравнительно небольшом размере. Жесткость блока цилиндров в значительной степени определяет шумовые характеристики двигателя.

Рис. Блок цилиндров двигателя Nordstar GM с «сухой» гильзой.

Характерной особенностью современных высоконагруженных двигателей является применение опорной рамы, которая крепит коленчатый вал. К опорной раме крепится высокий алюминиевый масляный поддон, который максимально изолирован от вибраций кривошипно-шатунного механизма, что положительно сказывается на акустике двигателя. Дополнительную функцию выполняет контур опорной рамы коленчатого вала. Он играет роль маслоотражателя в области противовесов коленчатого вала и шатунов. Таким образом, стекающее масло не разбрызгивается по стенкам всего блока двигателя, а улавливается и отводится непосредственно в поддон.

Рис. Блок цилиндров двигателя Audi 4,2 л V8 TDI: 1 – главная масляная магистраль; 2 – блок цилиндров; 3 – опорная рама; 4 – алюминиевый масляный поддон; 5 – каналы слива масла; 6 – приливы опорной рамы; 7 – коленчатый вал

Долгое время единственным материалом для изготовления блоков цилиндров служил чугун. Этот материал недорог, он обладает прочностью и жесткостью при хороших лить­евых качествах. Кроме того, обработанные хонингованием внутренние поверхности чугунных цилиндров обладают отличными антифрикционными свойствами и высокой износостойкостью. Су­щественными недостатками чугуна являются его большая масса и низкая теплопроводность. Стремление конструкторов к созданию более легких двигателей привело к разработке конструк­ции блоков цилиндров из алюминиевых сплавов. Алюминий значительно уступает чугуну в жесткости и износостойкости, поэтому блок из алюминия должен иметь большое количество ребер жесткости, а в качестве цилиндров обычно служат чугунные гильзы, которые вставляются в алюминиевый блок в процессе сборки, заливаются или запрессовываются в него при изготовлении.

Система охлаждения блока цилиндров

Помимо кривошипно-шатунного механизма, в состав блока цилиндров входит «рубашка» охлаждения.

Она служит для циркуляции охлаждающей жидкости, то есть отвода тепловой энергии от двигателя.

Это обеспечивает поддержание оптимальной температуры работы ДВС. «Рубашка» охлаждения вырезана внутри блока цилиндров специальным инструментом.

Во избежание ее засорения и закоксовывания следует менять охлаждающую жидкость через определенное время, согласно нормативно-технической документации по эксплуатации автомобиля.

Она составляется заводом-изготовителем.

Тюнинг

Тюнинг двигателя ВАЗ 2109 проводится достаточно просто и без особых сложностей. Так, первое, что делают на свой двигатель автомобилисты — это меняют систему зажигания. Конечно, на старых моделях установлено контактный вариант, который уже давно морально устарел, а поэтому ставиться бесконтактное.

Вместе с этим меняются свечи и высоковольтные провода. Не стоит также забывать о катушке зажигания. Это все даст улучшенное сгорание топлива в цилиндрах, только если все правильно настроить.

Далее, идет расточка и переборка блока цилиндров. Так, многие автолюбители устанавливают спортивный вариант поршневой, который предусматривает облегченный коленчатый вал, поршни и шатуны. Затем, меняются направляющие втулки и клапана. Все эти доработки дадут прибавку в мощности примерно на 25-30 лошадей.

Последним этапом становиться наружный тюнинг. Сюда можно отнести: установка воздушного фильтра нулевого сопротивления, переборка карбюратора, замена патрубков водяного охлаждения, установка улучшенной помпы и генератора.

Не стоит забывать о таком важном элементе, как стартер, гамму разновидностей, которых можно найти в тюнинг магазинах. Еще, рекомендуется заменить радиатор на более облегченный, а то есть поставить — алюминиевый. Все это даст больше возможностей для двигателя, а соответственно и для автомобилиста.

«Алюминиевые» двигатели и их преимущества

Использование в производстве современных технологий дает возможность изготовления легких «алюминиевых» двигателей, у которых блок цилиндров не имеет чугунных гильз. В рабочих поверхностях цилиндров в алюминиевых блоках электролитическим путем создается повышенное содержание кремния, а затем цилиндры подвергаются химическому травлению для создания на рабочей поверхности цилиндров износостойкой пористой пленки чистого кремния, хорошо удерживающей смазку.

Рабочие поверхности цилиндров современных алюминиевых блоков двигателей могут иметь покрытие, наносимое плазменным напылением. Напыляемый на стенки цилиндра порошок подается через плазматрон. Газ, предназначенный для создания плазмы, проходит через распылитель и поджигается электродугой. При этом температура газа повышается примерно до 11700°C и он переходит в плазменное состояние. Частицы порошка в расплавленном состоянии заполняют неровности поверхности цилиндра. При застывании частиц они надежно соединяются со стенками цилиндра. Дополнительно внутри напылённого слоя возникает напряжение сжатия, что еще больше укрепляет связь между металлом цилиндра и напылённым слоем.

После напыления, как и при традиционном исполнении цилиндров, производится хонингование, однако этом случае риски вследствие хонингования не так глубоки. Возникает весьма ровная наружная поверхность с небольшими впадинами (микроуглублениями), в которых находится масло. Каждое микроуглубление не связано с другими микроуглублениями, в отличие от хонингования чугунных гильз. Когда поршневое кольцо проходит над микроуглублением, в последнем создается давление, которое воздействует на поршневое кольцо. В результате этого поршневое кольцо всплывает поверху масляной подушки, чем и обеспечивается гидродинамическая смазка. Благодаря этому потери на трение и износ существенно уменьшаются.

Рекомендуем: Нужно ли прогревать двигатель, перед поездкой, зимой и летом

Преимуществами данного способа изготовления цилиндров по сравнению с обычными являются:

• снижение массы по сравнению с конструкцией с вставными гильзами цилиндров
• уменьшение размеров двигателя по сравнению с чугунным блоком цилиндров за счет сужения перемычек между цилиндрами
• увеличение срока службы цилиндров благодаря износостойкому покрытию, наносимому плазменным напылением

Рис. Схема нанесение покрытия на стенки цилиндра плазматроном: 1 – струя плазмы с напыляемым порошком; 2 – плазматрон; 3 – рабочая поверхность цилиндра

2.2.3 Основы электролиза криолитоглиноземных расплавов

Электролиз криолитоглиноземных расплавов является основным способом получения алюминия, хотя некоторое количество алюминиевых сплавов получается электротермическим способом.

Первые промышленные электролизеры были на силу тока до 0,6 кА и за последующие 100 лет она возросла до 300 кА. Тем не менее, это не внесло существенных изменений в основы производственного процесса.

Общая схема производства алюминия представлена на Рисунке 5 Основным агрегатом является электролизер. Электролит представляет собой расплав криолита с небольшим избытком фторида алюминия, в котором растворен глинозем. Процесс ведут при переменных концентрациях глинозема приблизительно от 1 до 8 % (масс.). Сверху в ванну опущен угольный анод, частично погруженный в электролит. Существуют два основных типа расходуемых анодов: самообжигающиеся и предварительно обожженные. Первые используют тепло электролиза для обжига анодной массы, состоящей из смеси кокса-наполнителя и связующего – пека. Обожженные аноды представляют собой предварительно обожженную смесь кокса и пекового связующего.

Рисунок 6 — Схема производства алюминия из глинозема.

Расплавленный алюминий при температуре электролиза (950–960°С) тяжелее электролита и находится на подине электролизера. Криолитоглиноземные расплавы – очень агрессивны, противостоять которым могут углеродистые и некоторые новые материалы. Из них и выполняется внутренняя футеровка электролизера.

Для преобразования переменного тока в постоянный на современных заводах применяются полупроводниковые выпрямители с напряжением 850В и коэффициентом преобразования 98,5%, установленные в кремниевой преобразовательной подстанции (КПП). Один выпрямительный агрегат дает ток силой до 63 кА. Число таких агрегатов зависит от необходимой силы тока, так как все они включены параллельно.

Процесс, протекающий в электролизере, состоит в электролитическом разложении глинозема, растворенного в электролите. На жидком алюминиевом катоде выделяется алюминий, который периодически выливается с помощью вакуум-ковша и направляется в литейное отделение на разливку или миксер, где в зависимости от дальнейшего назначения металла готовятся сплавы с кремнием, магнием, марганцем, медью или проводится рафинирование. На аноде происходит окисление выделяющимся кислородом углерода. Отходящий анодный газ представляет собой смесь СО2 и СО.

Электролизеры обычно снабжены укрытиями, отводящими отходящие газы, и системой очистки. Это снижает выделение вредных веществ в атмосферу. Технологический процесс требует, чтобы укрытие было герметично для обеспечения отсоса газа в коллектор с помощью вентиляторов. В удаляемых газах от электролизеров преобладают диоксид углерода (большая часть оксида углерода дожигается либо над электролитом, либо в специальных горелках после газосборного колокола), азот, кислород, газообразные и твердые фториды и частицы глиноземной пыли. Для их удаления и возвращения в процесс применяются различные технологические схемы.

Современные электролизеры оборудованы системой автоматического питания глиноземом (АПГ) с периодом загрузки 10–30 мин.

Суммарная реакция, происходящая в электролизере, может быть представлена уравнением

Таким образом, теоретически на процесс электролиза расходуются глинозем и углерод анода, а также электроэнергия, необходимая не только для осуществления электролитического процесса – разложения глинозема, но и для поддержания высокой рабочей температуры. Практически расходуется и некоторое количество фтористых солей, которые испаряются и впитываются в футеровку. Количество сырья для получения 1 т алюминия представлено в Таблице 10:

Таблица 10 — Количество сырья для получения 1 т алюминия

Производство алюминия является одним из самых энергоемких процессов, поэтому алюминиевые заводы строят вблизи источников энергии.

Все материалы, поступающие на электролиз, должны иметь минимальное количество примесей более электроположительных, чем алюминий (железо, кремний, медь и др.), так как эти примеси при электролизе практически полностью переходят в металл.

2.2.4 Электротермическое получение алюминиево-кремниевых сплавов

Получить чистый алюминий непосредственным восстановлением его оксида невозможно. Карботермические процессы требуют высоких температур (около 2000°С) для восстановления глинозема и при отсутствии сплавообразующих компонентов металл связывается с углеродом, давая карбид алюминия (А14 С3 ). Известно, что карбид алюминия и алюминий растворимы друг в друге и образуют весьма тугоплавкие смеси. Кроме того, А14 С3 растворяется в А12 О3 , поэтому врезультате восстановления оксида алюминия углеродом получаются смеси алюминия, карбида и оксида, имеющие высокие температуры плавления. Выпустить такую массу из печи обычно не представляется возможным. Даже если это и удается сделать, потребуются большие затраты на разделение.

В нашей стране впервые в мире разработан и осуществлен в промышленном масштабе с достаточно высокими технико-экономическими показателями способ получения силикоалюминия (алюминиево-кремниевых сплавов).

Общая технологическая схема производства алюминиево-кремниевых сплавов представлена на Рисунке 7. В качестве исходного сырья, кроме каолинов (Al2 O3 ×2SiO2 ×2H2 O), могут быть использованы кианиты (Al2 O3 ×SiO2 ), дистенсиллиманиты (Al2 O3 ×SiO2 ) и низкожелезистые бокситы.

Сплав после электроплавки поступает на очистку от неметаллических примесей. Для этого подают флюс, состоящий из смеси криолита и хлорида натрия, который смачивает эти примеси и «собирает» их. Рафинированный силикоалюминий имеет средний состав (%): А1 – 61; Si – 36; Fe – 1,7; Ti – 0,6; Zr – 0,5; Ca – 0,7. Этот сплав не годится для производства силумина и требует очистки от железа. Наиболее распространен способ очистки марганцем, который образует с железом тугоплавкие интерметаллиды.

Рисунок 7 — Общая схема производства алюминиево-кремниевых сплавов

Полученный сплав разбавляют техническим электролитическим алюминием или вторичным алюминием до состава, отвечающего различным сортам силуминов, и разливают в слитки.

Преимущества такого способа получения силумина перед сплавлением электролитического алюминия с кристаллическим кремнием состоят в следующем: большая мощность единичного агрегата – современные печи имеют мощность 22,5 MB×A, что примерно в 30 раз выше мощности электролизера на 160 кА, а, следовательно, уменьшение грузопотоков, снижение капитальных затрат и затрат труда; применение сырья с низким кремниевым модулем, запасы которого в природе достаточно велики.

Теоретически из алюминиево-кремниевого сплава можно выделить различными приемами чистый алюминий. Однако из-за сложности аппаратурного и технологического оформления в промышленности эти способы в настоящее время не реализуются.

Из чего сделан блок цилиндров двигателя

Самый распространенный материал, который используется при производстве ‒ чугун. Это традиционный вариант. На втором месте алюминий. Вернее его различные сплавы. Ну и еще достаточно экзотический материал – магниевый сплав. Теперь обо всех трех вариантах – более подробно.

Чугун

Это – традиционный материал, из него на протяжении многих десятилетий изготавливали эту деталь.

Чугун использовали с добавками: никелем, хромом. Среди положительных качеств чугунного изделия можно выделить: меньшую чувствительность к перегреву, жесткость, которая очень важна при форсировке двигателя.

Устройство, в основном, работает при частой смене температурного режима, поэтому изделия из чугуна в приоритете. Главный недостаток – значительный вес, который ухудшает динамику легкового авто.

Алюминий

Обладает такими положительными свойствами, как оптимальное охлаждение двигателя и незначительный вес. Он находится на втором месте по количеству выпускаемых блоков цилиндров. Особенность конструкции из алюминия – установка гильз.

Сегодня для выполнения этой операции, в основном, применяют две технологии Locasil и Nicasil. В первом случае запрессовываются гильзы из алюминий-кремниевого сплава во втором – наносится никелевое покрытие. Вторая технология имеет существенный недостаток – если, к примеру, прогорает поршень, обрывается шатун или выходит из строя никелевое покрытие, то изделие отремонтировать не получится.

Рекомендуем: Масло Motul

Также никосиловая технология не предусматривает расточку, приходится менять весь узел в сборе. Понятно, что в таком случае владельцу автомобиля приходится раскошелится на солидную сумму.

Магниевый сплав

Блок цилиндров двигателя из него твердый как чугунный, и легкий, как алюминиевый. Правда стоит такое изделие дорого, и по этой причине в условиях конвейерного производства не используется, хотя соединяет в себе лучшие качества чугуна и алюминия. Как видите, у каждого из упомянутых материалов есть определенные плюсы и минусы, но утверждать, что какой-то из них лучше, было бы некорректно.

Технические характеристики

Все моторы, которые устанавливались на ВАЗ 2109 были малого объема, но имели достаточные мощностные характеристики и динамику. А вот с тяговой мощностью уже не сложилось. Мощность двигателя ВАЗ 2109 колеблется от 54 до 81 лошадиной силы. Стоит рассмотреть, каждый из вариантов двигателя и его технические характеристики по отдельности.

2111-80 (1,5i 8V)

11183-20 (1,6i 8V)

Как видно эволюция двигателей дошла от карбюраторного типа до инжекторного. Хотя при увеличении объема двигателя, пропорционально увеличивался и расход топлива.

Еще одним немаловажным фактом остается вопрос: где находиться номер двигателя на старых образцах моторов? Как известно, номер двигателя набивался на блоке цилиндров только с 1984 года и на более ранних версиях, которые шли на экспорт. Поэтому, на силовом агрегате 1983 года выпуска даже не стоит искать этот идентификатор, поскольку его попросту нет.

Обзор основных деталей

Цилиндр двигателя

Основная деталь цилиндра двигателя – гильза.

Существуют гильзы двух типов:

• впрессованные гильзы, (в алюминиевом блоке);

• съёмные гильзы – они бывают «мокрыми» и «сухими».

Головка блока цилиндров – ГБЦ

Она закреплена сверху конструкции направляющими шпильками и болтами крепления ГБЦ. Очень важная деталь – прокладка блока, она расположена между ГБЦ и самим блоком. Изготавливают ее из асбестометалла, металла, а может быть безасбестовой.

ГБЦ состоит из: камеры сгорания, мест крепления ГРМ, рубашки охлаждения, каналов для смазки, резьбовых отверстий свечей (форсунок), отверстий впускных и выпускных каналов.

Отдельно стоит упомянуть технологию крепления ГБЦ. Для этого используются специальные болты крепления, а сама операция выполняется согласно инструкциям производителя. В частности затягивать головку нужно динамометрическим ключом с соблюдением момента затяжки и пользуясь схемой затяжки болтов.

Картер двигателя

Картер считается частью блока, и крепится к нему снизу. Закрывается поддоном. То есть, картер – можно назвать корпусом кривошипно-шатунного механизма.

корпусе блока цилиндров также есть отверстия и каналы для смазки и охлаждения. Сливная пробка нужна, чтобы осуществить слив охлаждающей жидкости. Моторное масло, сливается после извлечения пробки в поддоне картера.Предусмотрено место для привода распределительного вала. Спереди оно закрыто крышкой блока цилиндров. Внизу размещены опоры коренных подшипников коленчатого вала.

Теперь, когда вы сами познакомились с конструкцией блока цилиндров двигателя, поделитесь новыми знаниями с друзьями в соц.сетях. Пусть тоже подпишутся на наш блог, и знакомятся с увлекательным миром автотехники.

Источник

Устройство головки блока и ГРМ

Головка блока (ГБЦ) у всех переднеприводных авто семейства ВАЗ, будь то 2109, 2110 или 2114 одна, общая для всех цилиндров. Они монтируется к блоку при помощи десяти винтов. При монтаже под нее подкладывается металлическая прокладка. Данная прокладка предназначена для одноразового применения, и повторно ее использовать нельзя. В верхней части ГБЦ имеется пять опор распредвала.

Распределительный вал двигателя автомобиля ВАЗ-2109, имеет индекс 21083. На некоторые двигатели устанавливаются валы 2110 или 2111, их устройство несколько отличается от 21083, что позволяет получить прирост мощности мотора. Отливается вал из чугуна, на нем расположены пять опор и восемь кулачков, открывающих клапаны. В действие он приводится с помощью зубчатого ремня от шкива коленвала. Правильно установить валы относительно друг друга можно при помощи установочного выступа на задней крышке ремня ГРМ и меток на приводных шестернях и маховике.

В ГБЦ запрессованы седла, а та же направляющие втулки клапанов. На внутренней стороне втулок имеются канавки для подвода смазки, сверху втулки закрываются маслоотражательными колпачками.

Клапаны изготавливаются из стали, причем головка впускного – из жаропрочной. Монтируются они наклонно в один ряд. Впускной клапан большего диаметра чем выпускной. Зазоры между клапанами и кулачками распредвала регулируются при помощи регулировочных шайб, обладающих повышенной износостойкостью.

Толкатели представляют собой металлические стаканчики, движущиеся в отверстиях ГБЦ. Для улучшения износоустойчивости поверхность, соприкасающаяся с торцами стержней клапанов, цементируется.

Что учесть при замене двигателя

Идеальным вариантом для «девяток» является, конечно же, аналогичный двигатель. Но в случае, когда проводится полная модернизация машины, его мощности окажется недостаточно. Наиболее подходящим вариантом окажется 16-тиклапанный двигатель ВАЗ-2112, у которого и лошадок больше, и конструкция новее.

А еще на такой мотор можно смело установить компрессор кондиционера, и в вашем автомобиле будет свежо и прохладно даже в жуткую жару. На стандартный двигатель «девятки», пусть даже объемом 1,5 литра, установить кондиционер тоже можно, только будет заметна явная нехватка лошадок. Ко всему прочему еще придется заменить генератор, так как мощность потребителей увеличивается.

Хорошо то, что двигатель ВАЗ-2112 идеально стыкуется с коробкой девятки. Также неплохим вариантом тюнинга оказывается установка двигателя с «Приоры», более современной модели «Лады». Что касается зарубежных двигателей, то мотор Hyundai Accent прекрасно устанавливается под капотом девятки, только желательно и коробку передач брать с «Акцента». С «Опель Вектра» также силовой агрегат подходит для тюнинга.

Что еще следует изменить и сделать

Вы увеличиваете мощность мотора. Следовательно, нужно в тормозной системе использовать более и колодки. Идеальным вариантом будет также замена задних на дисковые. Изменения должны быть и в системе охлаждения. Устанавливайте радиатор, который предназначен для нового двигателя. Вполне возможно, что объема радиатора охлаждения ВАЗ-2109 будет недостаточно.

Как бы то ни было, но документы на двигатель у вас должны быть. Если приобретаете его с рук, то просите у продавца документ, подтверждающий право собственности. Не стоит покупать мотор неизвестного происхождения, так как он может быть снят с автомобиля, который числится в угоне. Если вы приобретаете , то фирма-продавец вам предоставит и гарантию, и полный пакет документов. А вот регистрация переделки в ГИБДД – это зависит исключительно от вашего желания. Идеальный вариант – это обратиться в ГИБДД с просьбой произвести оформление нового двигателя.