Уплотнение газового стыка гильзы цилиндров ДВС
15 январь 2017, 19:26

Для одноцилиндрового двигателя, работавшего с относительно малыми давлениями газа, уплотнение стыка между цилиндром и головкой не являлось большой проблемой.

Ситуация усложнилась с появлением многоцилиндровых двигателей. Отдельные или попарно сблокированные цилиндры и соответствовавшие им отдельные на каждый цилиндр или пару цилиндров головки - стремление обеспечить надежный газовый стык. Поскольку нарушение этого стыка опасно не столько из-за утечки рабочего тела, сколько из-за попадания охлаждающей жидкости в цилиндр и картер со всеми вытекающими последствиями. Точно обработать две достаточно большие взаимосоединяющиеся плоскости (блоки и головки) можно, но при прогреве двигателя до рабочей температуры неизбежно возникало коробление указанных поверхностей вследствие тепловых деформаций. При увеличении силы затяжки шпилек или болтов, крепивших головку, тоже возникли деформации. Для увеличения числа шпилек или болтов необходимо было место для их размещения.

Существенное улучшение ситуации возникло с появлением достаточно надежных асбестометаллических прокладок и особенно с началом широкого применения в двигателестроении (по меньшей мере для небольших двигателей автомобильного типа) алюминиевых сплавов.

Легко деформировавшиеся асбестометаллические прокладки при затяжке болтов компенсировали неточность обработки и тепловые деформации головки и блока. Надежному уплотнению стыка способствовали и менее жесткие головки из алюминиевых сплавов. И тем не менее на многих современных двигателях большого литража со сблокированными цилиндрами и вставными гильзами сохранились индивидуальные на каждый цилиндр головки. Не говоря уже о двигателях воздушного охлаждения, в которых самой распространенной конструкцией является индивидуальное крепление цилиндров и головок к картеру. Однако дальнейшее форсирование двигателей, повышение максимального давления газа заставили конструкторов вспомнить о двигателях Бугатти с единой отливкой блока цилиндров и головки.

Гильзы цилиндров

С появлением блок-картера у автомобильных двигателей или блок-рамы на судовых двигателях стали использовать съемные гильзы цилиндров, что делало их более ремонтопригодными и повышало срок службы двигателя. Кроме того, представилась возможность экономить дорогостоящие легированные материалы. Для того чтобы обеспечить износостойкость поверхности (зеркала) цилиндра, необходимо было применять качественный материал на всю отливку двигателя или запрессовать износостойкие гильзы, которые можно было растачивать на ремонтный размер, но трудно заменять на новые.

Но технология изготовления и материалы в принципе оставались прежними - литье черных металлов в земляные формы (малогабаритные гильзы автомобильных и тракторных двигателей отливались на центробежных литейных машинах).

Уже в 50-е гг. появились блок-картеры, отлитые из алюминиевых сплавов. Они позволяли существенно уменьшить массу двигателя. В 60-х гг. освоена новая технология - литье легких сплавов под давлением. Основным достоинством такой технологии является высокая степень автоматизации. Широкому внедрению ее способствовало и то обстоятельство, что автомобильные двигатели стали выпускаться огромными сериями - по 200...400 тыс. шт. в год и более, и применение сложных и дорогостоящих литейных автоматов оказалось вполне рентабельным. Несколько изменилась и конструкция блока: цилиндр стали фиксировать по нижнему пояску (см. рис. 92, а). Американскими инженерами в 70-е гг. были разработаны литейные сплавы и режимы литья, позволяющие создать достаточно износостойкую поверхность цилиндра, отлитого из алюминия как одно целое с блок-картером на автоматической машине (рис. 92, б). Но такие блоки потеряли основное достоинство - жесткость. Кроме того, повысилось изнашивание из-за разности в тепловых расширениях цилиндра и стенки блока и увеличились возникавшие при этом деформации поверхности цилиндра. Конечно, можно применить для таких блоков конструкцию с дополнительной верхней плитой, в гнезда которой устанавливали цилиндры (рис. 92, в). Этим достаточно широко пользовались автоспортсмены при доводке двигателей с алюминиевыми блоками. Сохранились все преимущества автоматизированного литья, цилиндр разгружался от тепловых деформаций в осевом направлении.

Но двигатели со вставными гильзами с фиксацией по верхнему или по нижнему пояску неизбежно увеличивались по длине по сравнению с теми, у которых цилиндры были отлиты как одно целое с блок-картером. В результате снижалась жесткость двигателя и увеличивалось изнашивание подшипников коленчатого вала. Расход металла на увеличение длины двигателя и компенсацию потери жескости возрастал.

В настоящее время наметилась тенденция возврата к конструкции с цельнолитыми блок-картером и цилиндрами.