MOTORZONA

06 Гильзы цилиндров

Назначение гильз, требования к гильзам цилиндров.

Стенки цилиндра двигателя образуют совместно с поршнем, кольцами и поверхностью камеры сгорания пространство переменного объема, в котором совершаются все рабочие процессы двигателя внутреннего сгорания. Стенка цилиндра должна быть тщательно обработана и образовывает с поршневыми кольцами пару скольжения. Цилиндры и гильзы цилиндров нагружаются силами давления газов, боковой нагрузкой от поршня и температурной нагрузкой. Переменная по величине и направлению боковая нагрузка вызывает изгиб и вибрацию цилиндра и ослабляет его крепление к картеру. Стенки цилиндра под действием возникающих при движении поршня сил трения подвергаются, кроме того, износу. Гильзы цилиндров должны быть прочными, жесткими, износостойкими, обеспечивать, возможно, меньшие потери на трение поршня о поверхность цилиндра. Внешняя и внутренняя поверхность гильз должна обладать антикоррозионной устойчивостью. Конструкция гильз должна также обеспечивать надежность уплотнений в местах стыков гильз с головкой и блоком цилиндров. Гильзы цилиндров могут, являются как самостоятельной конструкционной единицей двигателя («мокрые» и гильзы двигателей воздушного охлаждения), так и являться элементом ремонтной технологии, предусмотренной заводом изготовителем (например: «сухие» гильзы для двигателей, где цилиндры выполнены заодно с блок-картером). В автомобильных и тракторных двигателях наибольшее распространение получили чугунные гильзы.

По конструкции гильзы цилиндра современных автомобильных и тракторных двигателей можно разделить на три основные группы:

1. «Мокрые» гильзы цилиндров.
2. «Сухие» гильзы цилиндров.
3. Гильзы для двигателей с воздушным охлаждением.

«Мокрые» гильзы. Конструкцией двигателя с водяным охлаждением предусмотрена полость в картере двигателя, так называемая «рубашка охлаждения». Гильза, соприкасающаяся свой поверхностью с охлаждающей жидкостью находящейся в «рубашке охлаждения» называется «Мокрой». «Мокрые» гильзы цилиндров обеспечивают лучший отвод тепла, но картер двигателя с такими гильзами обладает меньшей жесткостью. Большое распространение эти гильзы получили на грузовых и тракторных двигателях в силу своей высокой ремонтопригодности. Как правило, выпускаемые производителями «мокрые» гильзы не требуют перед установкой, какой либо доработки. Изношенные «мокрые» гильзы в большинстве случаев не ремонтируют, а заменяют новыми без снятия двигателя с шасси. Для предотвращения прорыва газов в охлаждающую жидкость и просачивания этой жидкости в цилиндр и картер двигателя «мокрые» гильзы комплектуются уплотнительными прокладками. Внутренняя поверхность гильз тщательно обрабатывается (хонингуется)для того что бы обеспечить наличие требуемой масляной пленки для смазки поршневых колец. Двигатели с «мокрыми» гильзами устанавливаются почти на все современные коммерческие автомобили.

«Сухие» гильзы. Гильзы, не имеющие соприкосновения с охлаждающей жидкостью, называются «сухими» гильзами. Конструкцией некоторых двигателей предусмотрена заливка при изготовлении в блок картер гильз изготовленных из износостойкого материала, создавая тем самым оптимальные условия для работы цилиндропоршневой группы. Например, некоторые модели двигателей HONDA, Land Rover, Volkswagen, AUDI, VOLVO и многих других производителей имеют алюминиевый блок цилиндров (для уменьшения веса силового агрегата) и залитые в него «сухие» гильзы (для увеличения ресурса и повышения ремонтопригодности). Но самое широкое распространение «сухие» гильзы получили в сфере капитального ремонта двигателя. Не «загильзованный» блок цилиндров современного двигателя имеет несколько, предусмотренных технологией, расточек с последующей установкой в него ремонтных поршней. Установка «сухих» гильз позволяет не менять блок двигателя даже после износа цилиндра расточенного в последний ремонтный размер. Производители гильз выпускают так называемые, заготовки гильз, то есть гильзы имеющие запас по длине и внешнему диаметру, которые после токарной обработки запрессовываются с натягом в блок цилиндров. Такие гильзы как правило не имеют обработки внутренней поверхности. Они растачиваются и хонингуются только после установки гильзы в блок цилиндров. Поверхность блока цилиндров под установку тоже повергается тщательной обработке: расточке и в некоторых случаях хонингованию. Гильза с упором устанавливается в блок под давлением, с натягом (в среднем 0,03-0,04 мм), для гильз, не имеющих упора натяг больше. Наружная поверхность «сухих» ремонтных гильз, как правило, подвергается шлифовке, для увеличения плотности прилегания к блоку цилиндров. Гильзы могут фиксироваться при установке верхним буртом, нижним буртом или вообще могут устанавливаться без упора. Некоторые японские производители, например ISUZU, изготавливают двигатели с тонкостенными стальными гильзами, имеющими покрытие из пористого хрома железом. Такие гильзы не подвергаются механической обработке и устанавливаются в блок цилиндров без натяга, с небольшим усилием и удерживаются в блоке за счет прижатия широкого бурта гильзы головкой блока. Блок картер с сухими гильзами имеет повышенную жесткость по сравнению с блоком, с установленными «мокрыми» гильзами.

Гильзы цилиндров для двигателей с воздушным охлаждением. В двигателях воздушного охлаждения конструкция оребрения и необходимость создания охлаждающих воздушных потоков не позволяют применять блок-картерный тип отливки. В этих двигателях применяют отдельно отлитые цилиндры с воздушными ребрами, расположенными чаще всего перпендикулярно оси цилиндра. Эти гильзы цилиндра крепятся к верхней части картера короткими шпильками через опорный фланец (несущие цилиндры) или при помощи анкерных (несущих) шпилек. Гильзы цилиндров двигателей воздушного охлаждения изготавливают как из одного (монометаллические), так и из двух (биметаллические) металлов. Монометаллические цилиндры делают из чугуна, реже из стали или легких сплавов. Из биметаллических цилиндров получили распространение чугунные или стальные цилиндры с залитыми (или навитыми) алюминиевыми ребрами. Широкое распространение двигатели с воздушным охлаждением получили среди производителей тяжелой строительной техники. Ярким примером является всемирно известный производитель индустриальных двигателей немецкая фирма DEUTZ.

Устройство автомобилей

Кривошипно-шатунный механизм

Гильзы цилиндров

Гильза цилиндра является направляющей втулкой движущегося поршня и образует вместе с головкой цилиндра полость, в которой осуществляется рабочий цикл.
Это одна из наиболее нагруженных деталей двигателя – гильза цилиндра испытывает и высокие температурные нагрузки, и колоссальное давление со стороны сгорающей смеси топлива и газов, и воздействие изнашивающих сил трения, а также противостоит интенсивным коррозионным воздействиям.

Поршень, перемещаясь внутри гильзы возвратно-поступательно, оказывает на ее рабочую поверхность значительное давление. В верхней части гильзы из-за изменения направления движения поршня происходит разрыв масляной пленки и возникает граничное трение.
Кроме того, верхний пояс гильзы в результате воздействия продуктов сгорания высокой температуры подвергается электрохимической коррозии. В результате переменного давления со стороны рабочей полости цилиндра стенки гильзы, особенно при недостаточной толщине, могут совершать колебания в радиальном направлении. Это сопровождается изнашиванием и даже разрушением как самой гильзы, так и стенок блока.

С учетом вышеизложенного к гильзам цилиндров предъявляются следующие требования:

• большая жесткость и высокая прочность стенок и посадочных поясков;
• высокая износостойкость;
• полная герметизация стыков и сопряжений;
• простота конструкции и технологичность.

Для плотного прилегания поршня и поршневых колец к цилиндру и уменьшения сил трения между ними внутреннюю полость цилиндров обрабатывают с большой степенью точности и высоким значением шероховатости, поэтому она называется зеркалом цилиндра.

В качестве материала для изготовления гильзы цилиндра чаще всего используется серый чугун, который хорошо удерживает масляную пленку, отличается высокой износоустойчивостью и коррозийной стойкостью, а также имеет относительно низкую стоимость. Для повышения износостойкости чугуна в его сплав добавляют хром, молибден, фосфор, ванадий, медь.

На рисунке 1 представлены гильзы различной конструкции.

Применение гильз упрощает требования к изготовлению самого блока цилиндров. Кроме того, при выходе из строя одного из цилиндров не требуется замена всего блок-картера.

«Сухие» гильзы изготавливаются двух видов: с верхним опорным буртиком (рис. 1, б) и без него. Толщина стенок «сухих» гильз от 2 до 4 мм. «Сухие» гильзы могут также выполняться в виде короткой вставки в верхней части цилиндра, которая подвержена наибольшему изнашиванию и максимально напряжена. Такие вставки изготовляют из кислотоупорного высоколегированного чугуна, обладающего высокой износостойкостью.

При установке «мокрых» гильзы ее бурт (рис. 1, в) выступает над привалочной плоскостью блока на 0,05…0,15 мм. Это позволяет эффективно уплотнять ее, зажимая бурт через прокладку между блоком и головкой блока цилиндров.

Герметизация рубашки охлаждения в кольцевых канавках нижнего направляющего пояса осуществляется специальными уплотняющими кольцами из резины или каучука, либо медными прокладками. Эти же прокладки используются для регулировки положения гильзы по высоте.

Необходимая жесткость гильзы достигается выбором толщины ее стенок (5…8 мм), а также плотной посадкой гильзы в зоне ее центрирующих поясков в верхней и нижней плоскостях.

Схема уплотнения гильзы цилиндра двигателя

2.2. КРИВОШИПНО-ШАТУННЫЙ МЕХАНИЗМ

16. Как уплотняется гильза в блоке цилиндров?

1. Тремя резиновыми кольцами — одно под бур­том в проточке гильзы и два в расточках бло­ка. 2. Прокладкой под буртом гильзы и коль­цом в расточке блока. 3. Четырьмя резиновы­ми кольцами по два кольца в расточках блока в верхней и нижней зонах относительно гильзы.

17. Чем уплотняются водяные и масляные каналы между головкой цилиндров и блоком?

1. Общей резиновой прокладкой на каждом ряду цилиндров; резиновыми уплотнительными кольцами на втулках масляных каналов. 2. Индивидуальной резиновой прокладкой под каждой головкой цилиндра; резиновыми уплотнительными кольцами на втулках масляных ка­налов. 3. Общей прокладкой из асбестовой композиции на каждом ряду цилиндров; рези­новыми уплотнительными кольцами во втулках масляных каналов.

18. Чем уплотняется зазор между головкой и блоком цилиндров?

1. Стальным опорным кольцом, запрессован­ным в огневую плиту головки и передающим усилие на бурт гильзы цилиндра. 2. Стальной прокладкой, которая деформируется стальным опорным кольцом, запрессованным в огневую плиту головки. 3. Оба ответа правильные. На автомобилях разных лет выпуска возможны разные варианты уплотнения.

19. Где выбивается индекс варианта гильзы и поршня цилиндра?

1. Гильзы — на нерабочей части бурта, а порш­ня — на боковой поверхности. 2. Гильзы — на рабочей, уплотняющей части бурта, а порш­ня — на днище камеры сгорания. 3. Гильзы — на нерабочей части торцевой поверхности бур­та, а поршня — на торцевой поверхности днища.

20. Как обозначается индекс варианта гильзы и поршня?

1. Буквами А, Б, В. 2. Цифрами от 1 до 8. 3. Двухзначными цифрами 10, 20, 30, 40.

21. Почему при ремонте двигателя не допускается устанавливать в гильзу поршень, имеющий более высокий индекс варианта?

1. Снижается степень сжатия, повышаются рас­ход топлива и дымность отработавших газов.

2. Возможны удары поршня о клапаны или го­ловку цилиндра. 3. Оба ответа правильные.

22. Почему при ремонте двигателя не рекомендуется устанавливать в гильзу поршень, имеющий более низкий индекс варианта?

1. Снижается степень сжатия, падают мощ­ность и экономичность двигателя, увеличива­ется токсичность отработавших газов и ухуд­шается пуск двигателя. 2. Ухудшается пере­мещение газов из камеры сгорания в надпоршневой зазор. 3. Необходима большая мощ­ность для прокручивания коленчатого вала при пуске, ухудшаются пусковые качества дви­гателя.

23. Что дает попарная сборка гильз и поршней, имеющих одинаковые индексы вариантов?

1. Обеспечиваются заданные степень сжатия и зазор между днищем поршня и огневой плитой головки.

2. Повышается эффективность смесеобразования и сгорания топлива в надпоршневом зазоре.

3. Оба ответа правильные.

24. Какие кольца установлены в поршне?

1. Два компрессионных и одно маслосъемное.

2. Одно компрессионное и два маслосъемных.

3. Два компрессионных и два маслосъемных.

25. Чем отличаются верхнее и нижнее компрессионные кольца?

1. Размерами. 2. Внешняя цилиндрическая поверхность верхнего компрессионного кольца хромирована (блестит), а нижнего покрыта молибденом (матовая). 3. Внешняя цилиндри­ческая поверхность нижнего компрессионного кольца хромирована (блестит), а верхнего покрыта молибденом (матовая).

26. К чему приводит установка на поршни вместо верхнего хромированного кольца с
молибденовым покрытием?

1. При попадании пыли в цилиндр резко ускоряется износ верхнего компрессионного кольца и гильзы. 2. Нижнее кольцо изнаши­вается быстрее верхнего. 3. Оба ответа правиль­ные.

27. Как надо устанавливать компрессионные кольца на поршне?

1. Скошенной стороной с клеймом «Низ» в сторону юбки поршня. 2. Скошенной стороной с клеймом «Верх» в сторону юбки поршня. 3. Скошенной стороной с клеймом «Верх» в сторону камеры сгорания.

28. Как устанавливается на поршне маслосъемное кольцо?

1. Скошенной стороной с клеймом «Верх» в сторону камеры сгорания. 2. Стык пружинного расширителя должен находиться диаметрально противоположно замку кольца. 3. Стороной с клеймом «Верх» в сторону поршневого пальца, замок кольца не должен совпадать со стыком пружинного расширителя.

29. Почему целесообразно заменять поршневые кольца не по одному, а комплектом?

1. Уменьшаются затраты на последующие ре­монты и простои автомобиля. 2. Повышаются надежность и долговечность двигателя. 3. Оба ответа правильные.

30. Как устанавливается комплект колец на поршне?

1. Замки всех колец должны находиться на одной линии друг над другом. 2. Замки смежных колец должны быть развернуты на 180°. 3. Зам­ки смежных колец должны быть развернуты относительно друг друга на 60°.