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.
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.
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
Дефекты устраняются такими методами обработки как: шлифовка, фрезировка, напыление, наплавка, хонингование.
ХонингованиеХонингование — 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.
Цилиндры двигателя внутреннего сгорания | ЖЕЛЕЗНЫЙ-КОНЬ.РФ
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.
Рис. 1. Поперечный разрез тракторного двигателя Д-144 воздушного охлаждения.
1) – Головка цилиндра;
2) – Форсунка;
3) – Впускной трубопровод;
4) – Выпускной трубопровод;
5) – Цилиндр;
6) – Картер маховика;
7) – Топливный фильтр;
8) – Картер двигателя;
9) – Щуп-масломер;
10) – Поддон картера;
11) – Коленчатый вал;
12) – Распределительный вал;
13) – Шатун;
14) – Поршень.
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].
Рис. 2. Разрез тракторного двигателя Д-240 жидкостного охлаждения.
1) – Шатун;
2) – Маслосъёмные кольца;
3) – Уплотняющая часть поршня с компрессионными кольцами;
4) – Камера сгорания и днище поршня;
5) – Валик коромысел;
6) – Клапан;
7) – Тарелка клапана;
8) – Сухари;
9) – Пружина клапана;
10) – Направляющая втулка клапана;
11) – Гильза цилиндра;
12) – Стойка валика коромысел;
13) – Регулировочный винт;
14) – Контргайка;
15) – Коромысло;
16) – Штанга;
17) – Головка цилиндров;
18) – Прокладка;
19) – Вентилятор;
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;
28) – Маслоприёмник;
29) – Распределительный вал;
30) – Толкатель;
31) – Уплотняющее резиновое кольцо;
32) – Поршневой палец;
33) – Поддон картера;
34) – Коленчатый вал;
35) – Вкладыш для коренного подшипника;
36) – Прилив для коренного подшипника;
37) – Маховик;
38) – Блок-картер;
39) – Крышка;
40) – Колпак.
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.
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;
4) – Буртик;
5) – Жидкостная рубашка блок-картера;
6) – Прокладка головки цилиндров;
7) – Гильза цилиндров;
8) – Блок-картер;
9) – Уплотняющее резиновое кольцо;
10) – Вставка;
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.
17*
Основные параметры поршня и цилиндра двигателя – x-engineer.
orgЧтобы охарактеризовать основные характеристики двигателя внутреннего сгорания во всем его рабочем диапазоне, мы можем использовать некоторые параметры и геометрические соотношения поршня и камеры сгорания. Характеристики двигателя связаны как с эффективностью использования топлива, так и с динамической отдачей (мощностью и крутящим моментом), на которые напрямую влияют основные параметры двигателя.
Чтобы вспомнить принцип работы двигателя внутреннего сгорания, прочитайте статью Как работает двигатель внутреннего сгорания.
Основные геометрические параметры цилиндра, поршня, шатуна и коленчатого вала изображены на изображении ниже.
Изображение: Основные параметры геометрии поршня и цилиндра двигателей внутреннего сгорания
где:
IV – впускной клапан
EV – выпускной клапан
ВМТ – верхняя мертвая точка
НМТ – нижняя мертвая точка
B – отверстие цилиндра
S – поршень ход
r – длина шатуна
a – радиус кривошипа (вылет)
x – расстояние между осью кривошипа и осью поршневого пальца
θ – угол поворота коленчатого вала
V d – рабочий (рабочий) объем
V c – рабочий объем
Поршень движется внутри цилиндра между ВМТ и НМТ.
Для завершения полного цикла сгорания поршень совершает четыре хода, а коленчатый вал делает два полных оборота. Смещенный объем — это объем, в котором движется поршень, а зазор — это объем, остающийся в цилиндре, когда поршень достигает ВМТ.
В этом уроке мы рассмотрим, как рассчитать 93\]
Рабочий объем современных двигателей внутреннего сгорания колеблется от 1,0 л до примерно 6,0 л, в среднем около 1,5 – 2 л. Наблюдается четкая тенденция уменьшения объемного объема двигателя (уменьшение габаритов) для для выполнения более строгих стандартов выбросов топлива.
Основная геометрия поршневого (поршневого) двигателя внутреннего сгорания определяется следующими параметрами:
- степень сжатия
- отношение диаметра цилиндра к ходу поршня
- отношение длины шатуна к радиусу кривошипа (смещение)
Степень сжатия рассчитывается как отношение между максимальным (полным) объемом цилиндра (когда поршень находится в НМТ) и минимальным (зазором) объем (когда поршень находится в ВМТ).
В технической литературе греческая буква эпсилон ε используется для определения степени сжатия двигателя.
\[\varepsilon = \frac{V_{max}}{V_{min}}= \frac{V_c + V_d}{V_c}\]
Большинство современных двигателей с искровым зажиганием (бензиновых) имеют степень сжатия от 8 до 11, а двигатели с воспламенением от сжатия (дизельные) имеют степень сжатия от 12 до 24.
Обычно двигатели внутреннего сгорания с наддувом или турбонаддувом имеют степень сжатия более низкая степень сжатия, чем у двигателей без наддува.
Чем выше степень сжатия, тем выше давление сгорания в цилиндре. Максимальное значение степени сжатия зависит главным образом от материалов двигателя, технологии и качества топлива.
Поскольку это зависит от геометрии двигателя, степень сжатия является фиксированной. Существуют различные попытки разработать двигатели с переменной степенью сжатия, которые должны иметь более высокий общий КПД.
Отношение диаметра цилиндра к ходу поршня в большинстве случаев определяется греческой буквой zeta ζ :
\[ \zeta = \frac{B}{S} \]
Для легковых автомобилей отношение диаметра цилиндра к ходу обычно составляет от 0,8 до 1,2.
Когда отверстие равно ходу, B = S , двигатель называется квадратный двигатель . Если ход поршня больше диаметра цилиндра, двигатель имеет под квадратом . Если длина хода меньше диаметра цилиндра, двигатель называется по площади . В нашем примере отношение диаметра цилиндра к ходу составляет 0,87.
Отношение длины шатуна к радиусу кривошипа обычно определяется как R :
\[R = \frac{r}{a}\]
Для малых двигателей R находится между 3 и 4, для больших двигателей запусков от 5 до 10.
При фиксированном объемном объеме двигателя более длинный ход позволяет использовать меньший диаметр (под квадрат). Преимуществом является меньшая площадь поверхности в камере сгорания и, соответственно, меньшие потери тепла. Это повысит тепловой КПД в камере сгорания. Недостатком является то, что чем длиннее ход, тем выше скорость поршня и выше потери на трение, что снижает эффективную мощность двигателя.
Если уменьшить ход, диаметр отверстия необходимо увеличить, и двигатель будет неквадратным. Это приводит к меньшим потерям на трение, но увеличивает потери теплопередачи. Большинство современных автомобильных двигателей имеют почти квадратную форму, некоторые немного больше квадратной формы, а некоторые чуть меньше квадратной.
В таблице ниже приведены несколько примеров двигателей внутреннего сгорания с их основными геометрическими параметрами.
| Manufacturer | Fuel | # of cylinders | Engine capacity [cm 3 ] | Bore [mm] | Stroke [mm] | ζ [-] | ε [-] | |
| Фиат | Gasoline | 2 | 875 | 80.5 | 86 | 0.94 | 10:1 | |
| Renault | Gasoline | 3 | 898 | 72. 2 | 73.1 | 0.99 | 9.5: 1 | |
| Audi | Diesel | 3 | 1422 | 79.5 | 95.5 | 0.83 | 19.5:1 | |
| Renault | Gasoline | 4 | 1149 | 69 | 76.8 | 0.9 | 9.8:1 | |
| Mazda | Gasoline | 4 | 1496 | 74.5 | 85.8 | 0.87 | 14: 1 | |
| VW | Diesel | 4 | 1598 | 79.5 | 80.5 | 0.99 | 16.5:1 | |
| Renault | Diesel | 4 | 1598 | 80 | 79.5 | 1.01 | 15.4:1 | |
| Honda | Gasoline | 4 | 2157 | 87 | 90.7 | 0.96 | 11. 1: 1 | |
| Mazda | Diesel | 4 | 2184 | 86 | 94 | 0.91 | 14:1 | |
| Porsche | Gasoline | 6 | 2893 | 89 | 77.5 | 1.15 | 11.5:1 | |
| BMW | Diesel | 6 | 2993 | 84 | 90 | 0.93 | 16.5:1 | |
| Ford | Gasoline | 8 | 4951 | 92.2 | 92.7 | 0.99 | 11:1 | |
| VW | Diesel | 10 | 4921 | 81 | 95,5 | 0,85 | 18:1 | 18:1 |
Не забудьте поставить лайк, поделиться и подписаться!
Почему 0,5-литровые цилиндры скоро будут доминировать в конструкции автомобильных двигателей – Статья – Автомобиль и водитель
Из номера журнала за февраль 2015 г.
на 500 кубических сантиметров как идеальный рабочий объем на цилиндр для двигателей внутреннего сгорания. Эти забытые пионеры пришли к выводу, что 500-кубовый цилиндр с длиной хода поршня больше диаметра его цилиндра улучшает процесс сгорания, сводя к минимуму отношение внутренней поверхности двигателя к объему, когда поршень приближается к верхней мертвой точке. Стремясь оптимизировать мощность и эффективность использования топлива при одновременном снижении выбросов, три местных производителя — BMW Group, Mercedes-Benz и Volkswagen Group — быстро присоединились к клубу 500 с форсированными двигателями с непосредственным впрыском и длинным ходом поршня. Fiat Chrysler, Jaguar Land Rover и Volvo также подают заявки на членство. Несомненно, последуют и другие бренды, отчасти потому, что интервалы между двигателями объемом 500 куб. В то время как гибриды и электромобили помогут перейти к увеличению пробега и снижению выбросов, обновленные версии 139 Николауса Оттолетний двигатель — многие с 500-кубовыми цилиндрами — будет продолжать делать тяжелую работу.
Важен не только 500-кубовый рабочий объем, но и размеры, обеспечивающие такой объем. В то время как цилиндр с меньшим диаметром цилиндра, чем ход поршня (так называемая конструкция под квадратом) противоречит классическому подходу к максимальной мощности при стратосферных оборотах [см.
Энтузиасты должны вынести одну трудность — чуть более низкие красные линии. Взамен мы получаем лучший пробег (когда мы можем сопротивляться желанию нажать на газ) и повышенную гибкость, связанную с более широким разбросом между пиками крутящего момента и мощности. Принимая во внимание действующие глобальные законы, требующие более высокой эффективности, мы рады, что у двигателя Otto осталось больше жизни.
Вот два разных подхода к созданию силы. 6,2-литровый двигатель AMG V-8 от Mercedes-Benz — это последний вздох старой модели, но он вряд ли доживет до 2025 года.
Его заменит 4,0-литровый двигатель V-8 новой волны с двойным турбонаддувом, распространяющийся по всему модельному ряду AMG.
- Volkswagen Golf R 2016 года с ручным приводом: по горячим следам, теперь с ручкой
- Mercedes-AMG GT S 2016 года с приводом: AMG Halo уходит на нижний рынок — это был неплохой ход
- Долгосрочные испытания: BMW 328d xDrive Diesel Sports Wagon
При этом 20 форсированных двигателей на базе малогабаритных длинноходных 500-кубовых цилиндров:
-четыре FIAT CHRYSLER 3.0-liter diesel V-6 JAGUAR LAND ROVER 2.0-liter diesel inline-four | MERCEDES-BENZ 2. |
