Какие бывают цилиндры у автомобилей

5-GORsk › Блог › 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.

Читайте также:  Продадим ваш автомобиль за 7 дней

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.

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.

Источник

Устройство современного двигателя

Цилиндры двигателя

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

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.

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.

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.

Источник

Как нумеруются цилиндры, виды их расположения в двигателе

С момента изобретения первого ДВС перед инженерами стояла очень ответственная цель –снять максимум мощности с конкретного объема силового агрегата. Стараясь решить эту задачу, конструкторы проводили эксперименты с числом и компоновкой камер сгорания.

В разное время в серийных моделях авто использовались, как маленькие одноцилиндровые ДВС, так и огромные агрегаты с 16-ю цилиндрами. На разных моделях камеры сгорания расположены и нумеруются по-разному и начинающему автолюбителю эта информация будет очень полезна.

Как располагаются цилиндры в двигателях

Существуют разные модели двигателей – это и старинные одно- и двухцилиндровые ДВС, традиционные рядные четырех- и шестицилиндровые модели.

Более крупные агрегаты имели V-образные блоки – такие агрегаты могли иметь восемь и более камер сгорания.

Рядное расположение

При рядном расположении в блоке цилиндры располагаются в один ряд. В такой конфигурации существуют двух, трех, четырех, пяти и даже шестицилиндровые моторы.

Читайте также:  Оборудование для производства бамперов для автомобилей

Двух- и трехцилиндровые ДВС сейчас устанавливаются на современных авто не так часто, хотя популярность их медленно набирает обороты.

Этому способствовали умные системы приготовления топливной смеси и турбины – например, турбированная версия двухцилиндрового ДВС хетчбека Fiat 500. Трехцилиндровый рядный двигатель можно встретить на «Деу Матиз» и многих других.

Что касается рядной «четверки», то такие блоки устанавливаются в большинстве двигателей для легковых авто – объемы таких движков начинаются от 1 л., а самый объемный рядный ДВС – 2,4 л. и более.

Пятицилиндровые двигатели с рядным расположением на автомобилях, производимых серийно, стали появляться в 70-х годах. В числе первых можно выделить дизельные модели Mercedes – они устанавливались в 1974 году на модели в кузове W123.

А уже в 1976 году построили пятицилиндровый мотор от Audi. Начиная с конца 80-х годов рядная пятерка уже никого не удивляла и успешно устанавливалась на самые разные автомобили Fiat, Volvo и других автобрендов.

Рядная «шестерка», которая в 80-х и 90-х была очень популярна в Европе, нынче превратилась в вымирающий вид.

Про восьмицилиндровые модели и говорить не стоит – с такой компоновкой давно попрощались еще в 30-е годы.

Почему? С увеличением объемов блоки также увеличивались. Это создавало конструкторам и инженерам массу проблем при компоновке.

К примеру, втиснуть рядную восьмерку в переднеприводный автомобиль получилось только в двух случаях – это Austin Maxi 2200, который производился в 60-х, и Volvo S80.

В два ряда

Как сделать большой рядный ДВС короче и компактнее?

Двигатель можно “разрезать” пополам, установить две части рядом и заставить поршни вращать один коленчатый вал. Такие моторы имеют форму буквы “V».

Здесь камеры сгорания располагаются в два ряда под углом друг к другу. Такая конфигурация очень популярна у производителей и уступает только рядной «четверке».

В первые такой силовой агрегат появился на Lancia Aurelia, это был 1950 год. За счет своих компактных размеров автомобиль быстро стал популярным среди автомобилистов.

Восемь камер сгорания в этой конфигурации располагаются по четыре в два ряда. Это самая компактная компоновка для крупнообъемных ДВС. Самый большой объем за всю историю автомобилестроения в такой V-компоновке составлял 13 литров. В случае с двенадцатью цилиндрами разница только в их количестве.

Со смещением

Конструкторы и инженеры искали компромиссное решение, чтобы создать мощный и в тоже время компактный силовой агрегат для легковых авто в среднем классе. Двигатель со смещением – это шестицилиндровый V-образный блок.

Цилиндры расположены друг напротив друга в шахматном порядке. Шесть цилиндров под углом в 15 градусов образуют достаточно узкий и короткий агрегат. Среди примеров можно привести VR6, которые устанавливались на «Golf» от Фольксваген.

Оппозитный тип

Как известно, на V-образном блоке угол развала двух частей составляет – 90 или 60 градусов. Если угол развала между двумя частями будет 180 градусов, то это оппозитный двигатель.

Здесь цилиндры располагаются друг напротив друга, горизонтально. Коленчатый вал в таких моделях общий, установлен в центре, а поршни двигаются от него.

Одним из первых таких конструкций стала отечественная разработка, которая использовалась при строительстве дирижабля «Россия». Кстати, несмотря на передовую конструкцию ДВС, дирижабль в небо не взлетел. Также можно вспомнить французские агрегаты от Gorbon-Brille.

А тот, кто разработал и запустил традиционный привычный каждому оппозитный мотор, это Фердинанд Порше. Первая партия автомобилей «Жук» комплектовалась именно этими ДВС в 1937 году.

Аналогичную конструкцию применили и на «Ford» А, С, F. В 1920 году баварский автомобильный концерт предложил свою конструкцию оппозитного мотора.

Моторы W

В данных силовых агрегатах соединены для ряда камер сгорания с VR-расположением. В каждом ряду цилиндры размещаются под углом 15 градусов.

Оба ряда находятся под углом в 72 градуса. В случае с восьмицилиндровым мотором, блок представляет собой два V-образных блока, которые находятся под углом в 72 градуса.

Нумерация цилиндров в разных типах ДВС

Что касается стандартов нумерации камер сгорания, то их нет. На то, как они пронумерованы в ДВС, влияют такие факторы:

На стандартных переднеприводных авто с поперечно установленным двигателем нумерация начинается со стороны ГРМ. Так, возле ремня ГРМ находится первый цилиндр и дальше все остальные. Последний находится около КПП.

Примеры

В многоцилиндровых V-образных двигателях первый цилиндр расположен в ряду с водительской стороны.

В двигателях американского производства камеры сгорания и их нумерация может отличаться и не поддаваться логике.

Так, для рядных четверок и шестерок первым может быть цилиндр около радиатора, в то время, как на всех прочих моделях нумерация начинается в сторону салона. Если нумерация обратная, то первым считается цилиндр ближайший к салону.

Французы очень оригинальны и применяют два способа нумерации камер сгорания ДВС.

Как определить порядок работы цилиндров

Разные версии однотипных ДВС могут работать по разным схемам. К примеру, ЗМЗ-402 мотор работает следующим образом – 1-2-4-3. А вот ЗМЗ-406 имеет другой порядок – 1-3-4-2.

Читайте также:  Матовый тюнинг для автомобилей

Шестицилиндровые моторы с рядным расположением работают по такой схеме – 1-5-3-6-2-4.

Порядок работы восьмицилиндрового двигателя будет следующим – 1-5-4-8-6-3-7-2.

Тема обширная, поэтому обязательно поделись своим опытом или мнением в комментария ниже.

Источник

Какие бывают цилиндры у автомобилей

В зависимости от вида топлива и особенностей конструкции поршневые ДВС делятся на бензиновые и дизельные.

Бензиновый двигатель Дизельный двигатель
На легковых автомобилях наибольшее распространение получил бензиновый ДВС. Он работает только на бензине с различным октановым числом. Предварительно сжатая в цилиндре топливно-воздушная смесь воспламеняется с помощью искры, подаваемой свечой зажигания. Управление мощностью осуществляется дроссельной заслонкой, регулирующей поток воздуха. КПД бензинового мотора составляет около 20-30%, но такой двигатель может работать на высоких оборотах и имеет большую удельную мощность. Показатели давления и температуры в цилиндрах у бензинового ДВС меньше, чем у дизельного, а в выхлопе содержится меньше серы, сажи и токсичных газов, но больше окиси углерода. Дизельные двигатели стали массово использоваться на легковых автомобилях только в конце XX века. КПД у дизельного мотора выше, чем у бензинового (40-45%), при этом в качестве топлива могут выступать низкосортные продукты нефтепереработки или даже растительные масла. Принцип работы дизельного ДВС заключается в самовоспламенении топливной смеси в цилиндре от сжатия, при высоких давлении и температуре. Это требует более прочной конструкции и защиты от высоких температур, зато у дизельного силового агрегата отсутствуют свечи зажигания, а смесеобразование и сгорание проходят быстрее, чем в бензиновом. Мощность регулируется не дроссельной заслонкой, а непосредственно интенсивностью впрыска топлива в цилиндры. К недостаткам дизельного двигателя относятся дорогой ремонт, необходимость использования более мощного стартера, характерный стук при работе и застывание летнего дизельного топлива на морозе.

В зависимости от количества тактов в рабочем цикле различают двухтактные и четырёхтактные двигатели внутреннего сгорания. Особое место в этой классификации занимает роторно-поршневой двигатель Ванкеля, который не относится к поршневым ДВС, но по сути является четырёхтактным.

Тип двигателя Характеристика
Двухтактный Двигатель внутреннего сгорания, в котором рабочий цикл совершается за один оборот коленчатого вала, то есть за два хода поршня. Особенность такого мотора заключается в отсутствии клапанов: вместо них в цилиндре выполнены впускное и выпускное отверстия (продувочные окна), которые открывает и закрывает поршень при своём движении вверх-вниз.

При первом такте (сжатия) поршень перемещается от нижней мёртвой точки к верхней, перекрывая нижнее и верхнее продувочные окна и сжимая поступившую ранее топливную смесь. Одновременно в кривошипную камеру, расположенную в нижней части цилиндра, вследствие её герметичности поступает новая топливная смесь. При втором такте (рабочего хода) сжатая горючая смесь воспламеняется искрой от свечи зажигания, в результате чего поршень под давлением движется к нижней мёртвой точки, вращая коленчатый вал и сжимая смесь в кривошипной камере. Из последней топливная смесь через открытое впускное окно заполняет цилиндр, вытесняя отработавшие газы через выпускное окно (продувка). Далее поршень снова поднимается вверх, и цикл повторяется.

Преимущества двухтактного двигателя заключается в том, что он проще по конструкции, чем четырёхтактный, и даёт примерно в 1,5 раз больше мощности при том же рабочем объёме. Однако в наше время двухтактные ДВС практически не используются из-за низкой экономичности и плохих экологических показателей, связанных с неполным сгоранием топливно-воздушной смеси и попадании части её в выпускное окно при продувке.

Роторно-поршневой мотор обладает рядом преимуществ перед традиционным, так как развивает больше мощности при меньшем объёме, имеет небольшие габариты и относительно простую конструкцию. К недостаткам двигателя Ванкеля относятся быстрый износ уплотнителей между ротором и камерой сгорания, требование высокой точности при сборке деталей, необходимость специальной системы смазки, склонность к перегреву и неэкономичность на низких оборотах.

Газотурбинный двигатель Беспоршневый двигатель внутреннего сгорания, в котором энергия сжатого и нагретого газа преобразуется в механическую работу на валу газовой турбины. Принцип работы: компрессор нагнетает сжатый воздух в камеру сгорания, где он смешивается с топливом и воспламеняется при помощи свечи зажигания. Расширившиеся газы под высоким давлением поступают в газовую турбину и передают энергию лопаткам турбины, вращающим диск или вал, на котором они закреплены. Часть работы расходуется на сжатие воздуха в компрессоре, остальное преобразуется в крутящий момент.

Газотурбинный двигатель (ГТД) может работать на любом топливе, от керосина до мазута, и всегда имеет бОльшую удельную мощность, чем поршневой ДВС, хотя КПД у него ниже. По компактности, весу, шуму и вибрациям ГТД значительно лучше поршневого ДВС, но из-за таких факторов, как высокая стоимость (объясняется необходимостью использования жаростойких материалов), большая частота оборотов (до 100000 об/мин), высокая температура выхлопа и задержка отклика на управление мощностью (невозможность снижения оборотов при отпущенной педали газа без торможения), он так и не нашёл применения на легковых автомобилях, за исключением нескольких концепт-каров.

По конфигурации, то есть взаимному расположению цилиндров, автомобильные двигатели бывают:

Двигатели также различаются по количеству цилиндров:

В зависимости от типа ГРМ различают нижнеклапанные и верхнеклапанные двигатели внутреннего сгорания.

Источник

Поделиться с друзьями
Практические советы по железу и огороду