Блок цилиндров

Блок цили́ндров — основная деталь двух- и более цилиндрового поршневого двигателя внутреннего сгорания. Является цельнолитой деталью, объединяющей собой цилиндры двигателя. Отливается как правило из чугуна, реже — литейных алюминиевых сплавов. На блоке цилиндров имеются опорные поверхности для установки коленчатого вала, к верхней части блока, как правило, крепится головка блока цилиндров, нижняя часть является частью картера. Таким образом, блок цилиндров является основой (корпусной) деталью двигателя, к которой так или иначе крепятся остальные его агрегаты и узлы.

Цилиндр поршневого двигателя внутреннего сгорания

Собственно цилиндры в блоке цилиндров могут являться как частью отливки блока цилиндров, так и быть отдельными сменными втулками («гильзами»), которые могут быть «мокрыми» или «сухими» — в зависимости от того, контактируют ли они непосредственно с охлаждающей жидкостью в рубашке охлаждения двигателя. Помимо функции корпусной детали, блок цилиндров несет дополнительные функции: является основной частью системы смазки — по каналам в блоке цилиндров масло под давлением подается к местам смазки, а в двигателях жидкостного охлаждения — и системы охлаждения: охлаждающая жидкость циркулирует внутри блока цилиндров по полостям, образующим рубашку охлаждения.

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

Материал для изготовления блоков цилиндров

Износ цилиндров автомобильных двигателей является следствием комплексного воздействия на стенки цилиндра многочисленных быстротекущих физических и химических 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.

Цилиндр работает в условиях переменных давлений в надпоршневой полости. Внутренние стенки его соприкасаются с пламенем и горячими газами, раскаленными до температуры 1500—2500 °С. Средняя скорость скольжения поршневых колец по стенкам цилиндра в автомобильных двигателях достигает 12—15 м/сек. Поэтому материал, употребляемый для изготовления внутренних стенок 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. Ко всему этому, 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 изготовления блоков цилиндров применяют перлитный серый чугун с не­большими добавками легирующих элементов (никель, хром и др.). Применяют также высоколегированный чугун, сталь, магниевые и алюминие­вые сплавы. Блоки, изготовленные из этих материалов, отнюдь не равноценны по своим свойствам.

Так, чугунный блок наиболее жёсткий, а значит — при прочих равных выдерживает более высокую степень форсирования и наименее чувствителен к перегреву. Теплоёмкость чугуна примерно вдвое ниже, чем алюминия, а значит двигатель с чугунным блоком быстрее прогревается до рабочей температуры. Однако, чугун весьма тяжёл — в 2,7 раза тяжелее алюминия, склонен к коррозии, а его теплопроводность примерно в 4 раза ниже, чем у алюминия, поэтому у двигателя с чугунным картером система охлаждения работает в более напряжённом режиме.

Алюминиевые блоки цилиндров лёгкие и лучше охлаждаются, однако в этом случае возникает проблема с материалом, из которого выполнены непосредственно стенки цилиндров. Если поршни двигателя с таким блоком сделать из чугуна или стали, то они очень быстро износят алюминиевые стенки цилиндров. Если же сделать поршни из мягкого алюминия, то они просто «схватятся» с алюминиевыми стенками, и двигатель заклинит.

Поэтому на первом поколении двигателей с алюминиевым блоком применяли вставленные в блок «мокрые» гильзы из серого чугуна, «плавающие» в охлаждающей жидкости и служащие непосредственно в качестве стенок цилиндров. Эта конструкция, разработанная в 1930-х годах, получила широкое распространение в 1950-х, причём только в Европе, где её использовали производители спортивных и дорогих представительских машин (BMW, Jaguar, Rover, некоторые итальянские фирмы), и в СССР, где алюминиевые блоки цилиндров имели применяться практически все автомобили собственной разработки, включая грузовики — что, помимо вышеуказанных преимуществ, давало возможность капитально ремонтировать блок цилиндров просто заменяя гильзы, обеспечивая большой экономический эффект.

Тем не менее, у неё были и свои недостатки. Алюминиевый блок с мокрыми гильзами — особенно более технологичный в изготовлении с нижней фиксацией гильз — получается ощутимо менее жёстким, чем цельнолитой чугунный, вследствие чего чувствителен к перегреву и хуже переносит форсировку. Алюминий намного дороже чугуна, а технология изготовления гильзованного алюминиевого блока цилиндров намного более трудоёмка и существенно усложняет производство. Кроме того, некоторые алюминиевые сплавы отличаются высокой склонностью к коррозии при использовании определённых марок антифризов, что порой создавало существенное неудобство в эксплуатации (в условиях плановой экономики СССР эта проблема была решена просто — принятием единого госстандарта на нейтральную к алюминиевым сплавам охлаждающую жидкость ТОСОЛ). Поэтому до 80-х — 90-х годов основным материалом для изготовления блоков цилиндров, особенно на американских автомобилях, всё же оставался чугун.

Иногда в двигателях с чугунным блоком цилиндров также использовались съёмные гильзы цилиндров. Это давало всё то же преимущество с точки зрения простоты капитального ремонта, а также — возможность выполнить гильзы из более качественного и износоустойчивого, но и более дорого, материала, чем сам чугунный блок. Например, в СССР гильзы цилиндров обычно делали из специального кислотоупорного чугуна (или снабжали вставками из этого материала), существенно снижающего коррозию стенок цилиндров при взаимодействии с конденсирующимися после прекращения работы мотора продуктами сгорания топлива.

В 1980-х годах стала получать всё большее распространение технология, при которой в алюминиевый блок запрессовывались тонкостенные «сухие» чугунные или композитные гильзы, со всех сторон окружённые алюминием. Такие двигатели сегодня достаточно распространены. Тем не менее, такие блоки также не были лишены недостатков, так как коэффициенты температурного расширения чугуна и алюминия не совпадают, что требует особых мер для предотвращения отрыва гильзы от блока при прогреве мотора и потенциально снижает его долговечность.

Альтернативный подход предполагает цельноалюминиевый блок, стенки цилиндров которого специально упрочняют. Например, на примере этого направления — двигателе Chevrolet Vega 1971 года — блок отливался из сплава с содержанием до 17 % кремния (фирменное название Silumal), а специальная обработки стенок цилиндров химическим травлением обогащала их поверхностные слои кристаллами кремния (специально подобранного состава кислота вымывала алюминий с поверхности стенки, не трогая кремний), доводя до требуемой твёрдости (кремний сам по себе намного твёрже чугуна). Тем не менее, опыт оказался неудачным: мотор оказался очень чувствителен к качеству смазочных материалов и перегреву, имел неудовлетворительный ресурс и часто полностью выходил из строя намного раньше исчерпания нормативного ресурса из-за износа стенок цилиндра, восстановление которых вне заводских условий оказалось, в отличие от привычных в то время чугунных блоков, невозможно. Это повлекло за собой громкий скандал и миллионные убытки для компании GM.

Впоследствии данная технология была доведена до совершенства европейскими производителями — Mercedes-Benz, BMW, Porsche, Audi, и в 80-х — 90-х годах была применена на их серийных моделях. Такой блок можно даже в ограниченных пределах растачивать, так как толщина упрочненного слоя алюминия с повышенной концентрацией кристаллов кремния составляет порядка нескольких микрон. Тем не менее, чувствительность цельноалюминиевых блоков к перегреву и качеству смазочных материалов никуда не делась — такие двигатели требуют высокой культуры эксплуатации и обслуживания, а за их температурным режимом зорко следит управляющая электроника.

Сравнительно недавно немецкая фирма Kolbenschmidt разработала и технологию, при которой в обычный алюминиевый блок запрессовываются готовые алюминий-кремниевые гильзы, имеющие упрочненные стенки с повышенным (до 27 %) содержанием кремния (технология Locasil), — это позволяет снизить себестоимость и частично решает проблему ремонтопригодности.

Альтернативой является технология Nicasil — никелевое покрытие на алюминиевых стенках цилиндров с напылением кристаллов карбида кремния. Принцип работы здесь тот же — повышение твёрдости алюминиевых стенок цилиндров. Эту технологию ограниченно применяли ещё в 60-е — 70-е годы для двигателей очень дорогих спортивных автомобилей, в частности — используемых в Formula 1. Из современных двигателей такие блоки имели моторы М60 и М52 фирмы BMW, причём их продажи в некоторых странах сопровождались скандалом — «никасил» разрушался от реакции с некоторыми сортами топлива, содержащими повышенную концентрацию серы (что характерно, в частности, для некоторых регионов США и России). Главный же недостаток «никасила» — тонкое никелевое покрытие легко повреждается например при обрыве шатуна или прогаре поршня, и уже не подлежит восстановлению. Капремонт также невозможен — только замена блока (поршней ремонтного размера для таких моторов не делают).

Блоки из магниевого сплава сочетают твёрдость чугунных и лёгкость алюминиевых. Но магниевые литейные сплавы относительно дорогие, поэтому используется крайне нечасто, и обычно на узкоспециализированных спортивных моторах. Некоторое исключение — двигатель «Запорожца» с картером из авиационного магниевого сплава МЛ-5 (и отдельными чугунными цилиндрами).

На заре автомобилизма могли также использоваться бронзовые блоки цилиндров, что обусловлено высокой технологичностью этого сплава при литье.

См. также

• Конфигурация двигателя внутреннего сгорания — это инженерный термин, обозначающий расположение главных компонентов поршневого двигателя внутреннего сгорания (ПДВС).
• Картер является основной корпусной деталью двигателя. Изолированное внутреннее пространство картера образует самую большую полость в двигателе, содержащую коленчатый вал. Верхняя часть картера содержит блок цилиндров

Ссылки

• [autodoki.com/node/465 Автомобили, ремонт и эксплуатация]

Отрывок, характеризующий Блок цилиндров

На бумаге поперег ее, карандашом, без заглавных букв, без орфографии, без знаков препинания, было написано: «неосновательно составлено понеже как подражание списано с французского военного устава и от воинского артикула без нужды отступающего».
– В какой же комитет передана записка? – спросил князь Андрей.
– В комитет о воинском уставе, и мною представлено о зачислении вашего благородия в члены. Только без жалованья.
Князь Андрей улыбнулся.
– Я и не желаю.
– Без жалованья членом, – повторил Аракчеев. – Имею честь. Эй, зови! Кто еще? – крикнул он, кланяясь князю Андрею.


Ожидая уведомления о зачислении его в члены комитета, князь Андрей возобновил старые знакомства особенно с теми лицами, которые, он знал, были в силе и могли быть нужны ему. Он испытывал теперь в Петербурге чувство, подобное тому, какое он испытывал накануне сражения, когда его томило беспокойное любопытство и непреодолимо тянуло в высшие сферы, туда, где готовилось будущее, от которого зависели судьбы миллионов. Он чувствовал по озлоблению стариков, по любопытству непосвященных, по сдержанности посвященных, по торопливости, озабоченности всех, по бесчисленному количеству комитетов, комиссий, о существовании которых он вновь узнавал каждый день, что теперь, в 1809 м году, готовилось здесь, в Петербурге, какое то огромное гражданское сражение, которого главнокомандующим было неизвестное ему, таинственное и представлявшееся ему гениальным, лицо – Сперанский. И самое ему смутно известное дело преобразования, и Сперанский – главный деятель, начинали так страстно интересовать его, что дело воинского устава очень скоро стало переходить в сознании его на второстепенное место.
Князь Андрей находился в одном из самых выгодных положений для того, чтобы быть хорошо принятым во все самые разнообразные и высшие круги тогдашнего петербургского общества. Партия преобразователей радушно принимала и заманивала его, во первых потому, что он имел репутацию ума и большой начитанности, во вторых потому, что он своим отпущением крестьян на волю сделал уже себе репутацию либерала. Партия стариков недовольных, прямо как к сыну своего отца, обращалась к нему за сочувствием, осуждая преобразования. Женское общество, свет , радушно принимали его, потому что он был жених, богатый и знатный, и почти новое лицо с ореолом романической истории о его мнимой смерти и трагической кончине жены. Кроме того, общий голос о нем всех, которые знали его прежде, был тот, что он много переменился к лучшему в эти пять лет, смягчился и возмужал, что не было в нем прежнего притворства, гордости и насмешливости, и было то спокойствие, которое приобретается годами. О нем заговорили, им интересовались и все желали его видеть.
На другой день после посещения графа Аракчеева князь Андрей был вечером у графа Кочубея. Он рассказал графу свое свидание с Силой Андреичем (Кочубей так называл Аракчеева с той же неопределенной над чем то насмешкой, которую заметил князь Андрей в приемной военного министра).
– Mon cher, [Дорогой мой,] даже в этом деле вы не минуете Михаил Михайловича. C'est le grand faiseur. [Всё делается им.] Я скажу ему. Он обещался приехать вечером…
– Какое же дело Сперанскому до военных уставов? – спросил князь Андрей.
Кочубей, улыбнувшись, покачал головой, как бы удивляясь наивности Болконского.
– Мы с ним говорили про вас на днях, – продолжал Кочубей, – о ваших вольных хлебопашцах…
– Да, это вы, князь, отпустили своих мужиков? – сказал Екатерининский старик, презрительно обернувшись на Болконского.
– Маленькое именье ничего не приносило дохода, – отвечал Болконский, чтобы напрасно не раздражать старика, стараясь смягчить перед ним свой поступок.
– Vous craignez d'etre en retard, [Боитесь опоздать,] – сказал старик, глядя на Кочубея.
– Я одного не понимаю, – продолжал старик – кто будет землю пахать, коли им волю дать? Легко законы писать, а управлять трудно. Всё равно как теперь, я вас спрашиваю, граф, кто будет начальником палат, когда всем экзамены держать?
– Те, кто выдержат экзамены, я думаю, – отвечал Кочубей, закидывая ногу на ногу и оглядываясь.
– Вот у меня служит Пряничников, славный человек, золото человек, а ему 60 лет, разве он пойдет на экзамены?…
– Да, это затруднительно, понеже образование весьма мало распространено, но… – Граф Кочубей не договорил, он поднялся и, взяв за руку князя Андрея, пошел навстречу входящему высокому, лысому, белокурому человеку, лет сорока, с большим открытым лбом и необычайной, странной белизной продолговатого лица. На вошедшем был синий фрак, крест на шее и звезда на левой стороне груди. Это был Сперанский. Князь Андрей тотчас узнал его и в душе его что то дрогнуло, как это бывает в важные минуты жизни. Было ли это уважение, зависть, ожидание – он не знал. Вся фигура Сперанского имела особенный тип, по которому сейчас можно было узнать его. Ни у кого из того общества, в котором жил князь Андрей, он не видал этого спокойствия и самоуверенности неловких и тупых движений, ни у кого он не видал такого твердого и вместе мягкого взгляда полузакрытых и несколько влажных глаз, не видал такой твердости ничего незначащей улыбки, такого тонкого, ровного, тихого голоса, и, главное, такой нежной белизны лица и особенно рук, несколько широких, но необыкновенно пухлых, нежных и белых. Такую белизну и нежность лица князь Андрей видал только у солдат, долго пробывших в госпитале. Это был Сперанский, государственный секретарь, докладчик государя и спутник его в Эрфурте, где он не раз виделся и говорил с Наполеоном.
Сперанский не перебегал глазами с одного лица на другое, как это невольно делается при входе в большое общество, и не торопился говорить. Он говорил тихо, с уверенностью, что будут слушать его, и смотрел только на то лицо, с которым говорил.
Князь Андрей особенно внимательно следил за каждым словом и движением Сперанского. Как это бывает с людьми, особенно с теми, которые строго судят своих ближних, князь Андрей, встречаясь с новым лицом, особенно с таким, как Сперанский, которого он знал по репутации, всегда ждал найти в нем полное совершенство человеческих достоинств.
Сперанский сказал Кочубею, что жалеет о том, что не мог приехать раньше, потому что его задержали во дворце. Он не сказал, что его задержал государь. И эту аффектацию скромности заметил князь Андрей. Когда Кочубей назвал ему князя Андрея, Сперанский медленно перевел свои глаза на Болконского с той же улыбкой и молча стал смотреть на него.
– Я очень рад с вами познакомиться, я слышал о вас, как и все, – сказал он.
Кочубей сказал несколько слов о приеме, сделанном Болконскому Аракчеевым. Сперанский больше улыбнулся.
– Директором комиссии военных уставов мой хороший приятель – господин Магницкий, – сказал он, договаривая каждый слог и каждое слово, – и ежели вы того пожелаете, я могу свести вас с ним. (Он помолчал на точке.) Я надеюсь, что вы найдете в нем сочувствие и желание содействовать всему разумному.
Около Сперанского тотчас же составился кружок и тот старик, который говорил о своем чиновнике, Пряничникове, тоже с вопросом обратился к Сперанскому.
Князь Андрей, не вступая в разговор, наблюдал все движения Сперанского, этого человека, недавно ничтожного семинариста и теперь в руках своих, – этих белых, пухлых руках, имевшего судьбу России, как думал Болконский. Князя Андрея поразило необычайное, презрительное спокойствие, с которым Сперанский отвечал старику. Он, казалось, с неизмеримой высоты обращал к нему свое снисходительное слово. Когда старик стал говорить слишком громко, Сперанский улыбнулся и сказал, что он не может судить о выгоде или невыгоде того, что угодно было государю.
Поговорив несколько времени в общем кругу, Сперанский встал и, подойдя к князю Андрею, отозвал его с собой на другой конец комнаты. Видно было, что он считал нужным заняться Болконским.
– Я не успел поговорить с вами, князь, среди того одушевленного разговора, в который был вовлечен этим почтенным старцем, – сказал он, кротко презрительно улыбаясь и этой улыбкой как бы признавая, что он вместе с князем Андреем понимает ничтожность тех людей, с которыми он только что говорил. Это обращение польстило князю Андрею. – Я вас знаю давно: во первых, по делу вашему о ваших крестьянах, это наш первый пример, которому так желательно бы было больше последователей; а во вторых, потому что вы один из тех камергеров, которые не сочли себя обиженными новым указом о придворных чинах, вызывающим такие толки и пересуды.
– Да, – сказал князь Андрей, – отец не хотел, чтобы я пользовался этим правом; я начал службу с нижних чинов.
– Ваш батюшка, человек старого века, очевидно стоит выше наших современников, которые так осуждают эту меру, восстановляющую только естественную справедливость.
– Я думаю однако, что есть основание и в этих осуждениях… – сказал князь Андрей, стараясь бороться с влиянием Сперанского, которое он начинал чувствовать. Ему неприятно было во всем соглашаться с ним: он хотел противоречить. Князь Андрей, обыкновенно говоривший легко и хорошо, чувствовал теперь затруднение выражаться, говоря с Сперанским. Его слишком занимали наблюдения над личностью знаменитого человека.
– Основание для личного честолюбия может быть, – тихо вставил свое слово Сперанский.
– Отчасти и для государства, – сказал князь Андрей.
– Как вы разумеете?… – сказал Сперанский, тихо опустив глаза.
– Я почитатель Montesquieu, – сказал князь Андрей. – И его мысль о том, что le рrincipe des monarchies est l'honneur, me parait incontestable. Certains droits еt privileges de la noblesse me paraissent etre des moyens de soutenir ce sentiment. [основа монархий есть честь, мне кажется несомненной. Некоторые права и привилегии дворянства мне кажутся средствами для поддержания этого чувства.]
Улыбка исчезла на белом лице Сперанского и физиономия его много выиграла от этого. Вероятно мысль князя Андрея показалась ему занимательною.
– Si vous envisagez la question sous ce point de vue, [Если вы так смотрите на предмет,] – начал он, с очевидным затруднением выговаривая по французски и говоря еще медленнее, чем по русски, но совершенно спокойно. Он сказал, что честь, l'honneur, не может поддерживаться преимуществами вредными для хода службы, что честь, l'honneur, есть или: отрицательное понятие неделанья предосудительных поступков, или известный источник соревнования для получения одобрения и наград, выражающих его.
Доводы его были сжаты, просты и ясны.
Институт, поддерживающий эту честь, источник соревнования, есть институт, подобный Legion d'honneur [Ордену почетного легиона] великого императора Наполеона, не вредящий, а содействующий успеху службы, а не сословное или придворное преимущество.
– Я не спорю, но нельзя отрицать, что придворное преимущество достигло той же цели, – сказал князь Андрей: – всякий придворный считает себя обязанным достойно нести свое положение.
– Но вы им не хотели воспользоваться, князь, – сказал Сперанский, улыбкой показывая, что он, неловкий для своего собеседника спор, желает прекратить любезностью. – Ежели вы мне сделаете честь пожаловать ко мне в среду, – прибавил он, – то я, переговорив с Магницким, сообщу вам то, что может вас интересовать, и кроме того буду иметь удовольствие подробнее побеседовать с вами. – Он, закрыв глаза, поклонился, и a la francaise, [на французский манер,] не прощаясь, стараясь быть незамеченным, вышел из залы.