Гильзы в двигателе


Мат.часть мокрые и сухие гильзы — DRIVE2

«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.

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 цилиндро поршневой группы. Например, некоторые модели двигатели HONDA, Lend 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.

Справочная и техническая информация о деталях двигателей

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.

Назначение гильз цилиндров двигателя

Основной деталью автомобильного двигателя автомобиля является блок цилиндров двигателя автомобиля. Рабочий цикл происходит в цилиндрах блока двигателя, и цилиндры являются направляющими для поршней. В целях повышения износостойкости и ремонтопригодности в блок двигателя запрессовываются гильзы цилиндров, что существенно упрощает ремонт гильз цилиндров.

Гильзы цилиндров дизельного двигателя бывают мокрого и сухого типа.   В дизельном двигателе ЯМЗ гильзы цилиндров отливаются из легированного серого чугуна (согласно технических условий завода-изготовителя), обеспечивающих повышенную прочность.

Изготовление гильз цилиндров. Как уже говорилось выше, гильзы цилиндров изготавливаются из серого чугуна с добавочными элементами: никель, медь, титан в небольшом процентном соотношении для улучшения качества поверхности металла.

Рабочая часть гильзы цилиндров подвергается закалке токами высокой частоты, после чего подвергаются шлифовке и полировке. Для установки в блоке на гильзе цилиндров имеются специальные посадочные пояски гильзы – верхний и нижний. После установки гильзы в посадочные пояски с небольшим давлением, она центрируется.

В канавке нижнего центрирующего пояска устанавливаются специальные резиновые кольца, которые не дают протекать воде в картер.

Пространство между стенками блока цилиндров и гильзами цилиндров называется рубашкой охлаждения. По рубашке охлаждения циркулирует охлаждающая жидкость для охлаждения нагреваемых деталей.

Устройство гильзы цилиндров:

1 - рабочая поверхность гильзы; 2 и 3 - верхний и нижний шлифованные пояски; 4 - канавки для резиновых уплотняющих колец; 5 - кольцевой поясок верхнего торца гильзы.

Гильза цилиндра двигателя

Кольцевой пояс, который обозначен на рисунке под номером 5, расположен  в верхнем торце гильзы и немного выступает над плоскостью блока. К кольцевому пояску прижимается прокладка блока цилиндров, что не дает охлаждающей жидкости попадать внутрь.

Основные причины износа гильз цилиндров:
  • Газовая коррозия;
  • Воздействие трением поршневых колец;
  • Взрыв рабочей смеси;
  • Плохое качество смазки;
  • Высокая рабочая температура.

Гильзы цилиндров

Гильзы цилиндров (сухие и мокрые).

Внутреннюю тщательно отполированную поверхность 2 (рис. 1, а) цилиндра называют зеркалом цилиндра. Точная обработка этой поверхности (ее овальность и конусность должны быть не более 0,02 мм) обеспечивает легкость движения поршня и плотное прилегание его к цилиндру.

Блок-картеры выполняются со вставными гильзами из легированных чугунов, обладающих большой износостойкостью и высокими механическими качествами. Применение вставных гильз позволяет увеличить срок службы блок-картера (путем замены изношенных гильз новыми) и упрощает его отливку.

Гильзы называются мокрыми (рис. 1, б), если они омываются охлаждающей жидкостью с наружной стороны, или сухими (рис. 1, в), если они установлены в предварительно расточенный цилиндр блок-картера. Мокрые гильзы цилиндров применяются в большинстве автотракторных двигателей: А-41 (рис. 42), Д-240 (рис. 1, а ) , 24Д (рис. 1, г). Сухие гильзы применяются при ремонте цилиндров. Толщина стенок мокрых гильз составляет 6—8 мм, а сухих—2—4 мм.

Наибольший износ наблюдается в верхней части цилиндра, находящейся под воздействием высоких температур и коррозионного влияния отработавших газов. Для уменьшения износа в верхнюю часть цилиндров двигателей ГАЗ-52 и гильзы 7 (рис. 1, г) цилиндров двигателей 24Д, ГАЗ-53 и ЗИЛ-130 запрессованы короткие вставки 10, изготовленные из антикоррозионного (кислотоупорного) чугуна.

Цилиндры двигателей с воздушным охлаждением (Д-21А1 и Д-37Е) крепятся на шпильках к картеру и гильз не имеют.

У многих двигателей для повышения износостойкости внутреннюю поверхность гильз подвергают закалке на глубину 1,5—3 мм с нагревом токами высокой частоты.

Мокрую гильзу в гнездо блок-картера 8 (рис. 44, б и г) устанавливают так, чтобы предотвратить утечку жидкости из водяной рубашки в гильзу и поддон картера. Кроме того, гильзе должна быть обеспечена возможность изменения длины при нагревании и охлаждении. На рисунке 1, б показана установка мокрой гильзы цилиндра в блок-картер двигателя Д-240. Нижним пояском буртик 4 опирается на основание

Цилиндрической выемки в верхней плоскости блок-картера 8. На нижнем поясе блок-картера сделана кольцевая канавка, в которую закладывают уплотняющее резиновое кольцо 9. Это кольцо несколько выступает над поверхностью пояса блок-картера. При установке гильзы в блок-картер резиновое кольцо обжимается и, заполняя все пространство кольцевой канавки, создает надежное уплотнение между гильзой и блок-картером. Торец гильзы несколько выступает над верхней плоскостью блок-картера, что обеспечивает лучшее обжатие прокладки 6 и создает надежное уплотнение от прорыва газов из цилиндра. На верхней плоскости торца гильзы имеется узкий выступающий поясок.

Усилия от затяжки шпилек головки цилиндров передаются через этот поясок на основание цилиндрической выемки блок-картера, в результате чего уменьшается деформация гильзы. После установки гильзы цилиндрические поверхности ее буртика 4 и выемки на верхней плоскости блок-картера не должны соприкасаться.

В двигателе 24Д (рис. 1, г) гильза цилиндра не имеет верхнего опорного буртика, а между основанием нижнего выступа блок-картера

И опорной поверхностью нижнего буртика гильзы цилиндра устанавливается медная кольцевая прокладка 11.

Рис. 1. Гильзы цилиндров:

А — гильза цилиндра двигателя Д-240: б — установка мокрой гильзы цилиндра двигателя Д-240 в блок-картер; в — установка сухой гильзы цилиндра в блок-картере; г — установка мокрой гильзы цилиндра двигателя 24Д в блок-картер; 1 и 3 — установочные пояса гильзы; 2 — зеркало гильзы цилиндра; 4 —буртик; 5 — водяная рубашка блок-картера; 6 — прокладка головки цилиндров: 7— гильза цилиндра; 8— блок-картер; 9 — уплотняющее резиновое кольцо; 10 — вставка; 11 — уплотняющая медная прокладка.

Нюансы гильзования

АЛЕКСАНДР ХРУЛЕВ, кандидат технических наукСЕРГЕЙ САМОХИН

Способ ремонта блоков двигателей установкой чугунных гильз хорошо известен и широко используется автеремонтниками с незапамятных времен. Применяя технологию гильзования при ремонте зарубежных двигателей, отличающихся большим конструктивным разнообразием, нужно учитывать ряд нюансов. Иначе можно легко нажить себе неприятности.

Когда при вскрытии двигателя обнаруживаются критические повреждения стенок цилиндров, часто оказывается, что щадящий способ ремонта, растачивание и хониигование цилиндров под установку поршней ремонтного размера, неприменим. Действительно, таким образом восстановить блок удается далеко не всегда.

Подавляющее большинство чугунных блоков современных двигателей имеет так называемую моноблочную конструкцию. В моноблоке гильзы цилиндров (таким термином в общем случае называют стенки цилиндров) составляют с телом блока единое целое. Для таких блоков, как правило, выпускаются поршнекомплекты ремонтного размера. В качестве редкого исключения можно упомянуть отдельные типы дизельных двигателей (к примеру, Isuzu), в которых применяется блок из чугуна с запрессованными в него тонкими стальными гильзами. Они не растачиваются, а заменяются при ремонте. Тем не менее, в последнее время увеличивается доля двигателей с блоками, изготовленными из алюминиевых сплавов. Здесь, как говорится, возможны варианты.

Некоторые алюминиевые блоки изготавливаются составными. В них тонкостенные гильзы с толщиной стенки 2—3 мм выполняются из другого материала (чаще — чугуна) и устанавливаются в блок при его отливке. Такая конструкция получила название «блок с сухими чугунными гильзами» и применяется в и цилиндровых двигателях Volvo, цилиндровых двигателях Land Rover, японских моторах Honda, Nissan, Suzuki, Subaru и ряде других. Технологии ремонта блоков с «сухими» гильзами, как правило, предусматривают возможность растачивания и хонингования цилиндров под увеличенный размер поршней, но из этого правила нередко бывают исключения.

Ряд автопроизводителей применяет цельноалюминиевые блоки, в которых поверхность стенок цилиндров подвергается специальной химико-термической обработке. Упрочненная структура поверхности, отличающаяся высокой концентрацией кристаллов кремния, получила название Silumal (по терминологии фирмы Mahle). Такую технологию используют при изготовлении блоков двигателей Mercedes V8 и V12, BMW V12, Audi V8, Porsche V8 и L4, Honda L4. Помимо этого, в некоторых моторах BMW применяются алюминиевые моноблоки, в которых на поверхность цилиндров наносится твердое покрытие Nicasil. Оно представляет собой композицию никеля и частиц карбида кремния. Для алюминиевых моноблоков типа Silumal производятся ремонтные поршнекомплекты с увеличением размера цилиндра на 0,5 мм и даже на 1,0 мм. Напротив, для алюминиевых моноблоков с покрытием Nicasil ремонтных поршней не существует.

Из сказанного следует, что первое ограничение на применение метода ремонта растачиванием под увеличенный размер поршня накладывается конструкцией блока. Возможности ремонта блока методом растачивания также ограничиваются величиной и характером повреждений. Степень износа стенок или глубина рисок и задиров могут достигать таких значений, что удалить эти дефекты нельзя даже при расточке цилиндра в максимально возможный ремонтный размер, Указанный способ ремонта тем более неприменим в случаях, когда в стенке образовалась трещина или обширная пробоина, или в месте заливки «сухой» гильзы появилась течь, в результате которой в цилиндр и картер поступает антифриз. Бывает, что ремонт, предусматривающий последующую установку комплекта ремонтных поршней, может оказаться просто нецелесообразным ввиду их высокой стоимости или дефицита.

Практически во всех случаях, когда растачивать цилиндры бесполезно или неэффективно, спасти ситуацию можно установкой в блок ремонтных гильз. Технология гильзования универсальна, ее можно применять для блоков любой конструкции.

Универсальная технология

Для ряда конструкций блоков заводы-изготовители допускают ремонт методом гильзования. В таком случае предусматривается поставка в запасные части к двигателю ремонтных гильз. Например, они поставляются для некоторых цельноалюминиевых блоков, изготовленных с применением технологии Silumal. Гильзы для таких блоков изготавливаются из алюминиевого сплава, структура их материала соответствует материалу блока. Безусловно, применение «фирменных» гильз дает наилучшие результаты с точки зрения восстановления работоспособности двигателя, но в наших условиях ограничивается их высокой стоимостью {более 100—120 Евро за гильзу}, а потому экономически оправдано лишь тогда, когда гильзуется один или несколько цилиндров.

Напротив, на некоторые типы блоков ремонтные гильзы не выпускаются. Такая ситуация характерна для алюминиевых моноблоков с покрытием Nicasil, а также и для многих моделей чугунных блоков. Означает ли это, что поврежденный блок ремонту не подлежит и его остается лишь выбросить? Отнюдь, отечественная практика показывает, что даже в тех случаях, когда ремонт гильзованием официально не одобрен заводом-изготовителем двигателя, его можно успешно применять. Правда, непременным условием является точный расчет и полное владение технологией установки гильз.

Опыт использования технологии ремонта отечественных моторов установкой ремонтных гильз, изготовленных из чугуна, насчитывает не один десяток лет. Ее особенности хорошо известны, и на них нет смысла останавливаться. В то же время, ввиду большого конструктивного разнообразия двигателей зарубежного производства, единых рекомендаций, касающихся процедуры их гильзования, не существует. Для успешного выполнения работы в каждом конкретном случае нужно учитывать два основных момента.

Во-первых, для правильного определения геометрических параметров ремонтной гильзы необходимо тщательно изучить конструкцию блока. После растачивания цилиндров под установку ремонтных гильз толщина их стенок должна быть достаточной для сохранения механической прочности блока. Во-вторых, материал, из которого изготавливается гильза, должен быть работоспособным в паре с материалом (или покрытием) поршней и поршневых колец. Работоспособность материала гильз можно считать достаточной, если ресурс отремонтированного блока достигает, как минимум, 150 000 км пробега автомобиля.

Проверено, что, используя гильзы, изготовленные из серого чугуна, обеспечить такой ресурс более чем реально. Их можно применять не только для ремонта чугунных моноблоков или алюминиевых блоков с «сухими» гильзами, но и для восстановления всех типов цельноалюминиевых блоков. В последнем случае установка чугунных гильз означает серьезное изменение конструкции, которое нельзя не принимать во внимание. Прежде всего учитывается разное тепловое расширение алюминиевого блока двигателя и ремонтной гильзы.

Чтобы в процессе работы не нарушался тепловой контакт между гильзой и блоком, гильза должна устанавливаться с натягом не менее 0,05—0,07 мм. В противном случае возможна потеря натяга гильзы при работе двигателя, перегрев и разрушение поршня, тепло от которого в основном отводится в стенки цилиндра через кольца. Помимо этого, необходимо внести изменения в тепловой зазор между поршнем и гильзой. В алюминиевом моноблоке он обычно составляет 0,01—0,02 мм. При использовании чугунной гильзы его следует увеличить в 2, а то и в 3 раза. Установлено, что долговечность вновь образующихся пар трения «чугун-сталь» и «чугун-хром» в местах контакта гильзы с поршнем и кольцами не намного ниже в сравнении с вариантом, когда цилиндры обработаны по заводским технологиям.

Однако не все так безоблачно. При выборочном пользовании отдельных цилиндров алюминиевых блоков чугунными гильзами часто наблюдается деформация цилиндров, соседствующих с ремонтируемыми. Искажения формы цилиндров в виде эллипсности возникают из-за двух факторов: вынужденно большой величины натяга ремонтной гильзы и недостаточно большой прочности алюминиевого сплава. Если эллипсность не превышает величины в 0,02—0,03 мм, это не так страшно. Такие отклонения могут быть компенсированы податливостью тонких поршневых колец, которые применяются в моторах зарубежного производства. И все же более правильным в этой ситуации будет либо гильзовать весь блок (одну сторону в случае V-образного двигателя), либо провести последующую обработку всех цилиндров под установку поршней ремонтного размера, если таковые предусмотрены. Именно по этой причине использование упоминавшихся «фирменных» алюминиевых гильз при ремонте отдельных цилиндров цельноалюминиевых блоков предлочтительнее. Они устанавливаются с меньшим натягом (около 0,02 мм) и потому не вызывают деформацию соседних цилиндров.

Эффект искажения формы соседних с ремонтируемыми цилиндров характерен и для чугунных блоков. В зависимости от жесткости стенок он может проявляться в большей или меньшей степени. Поэтому, установив ремонтную гильзу, обязательно нужно проверить, как это отразилось на геометрии расположенных рядом цилиндров и после этого принять оптимальное решение.

Все будет «О’кей»

Несмотря на то, что основные этапы гильзования неплохо отработаны, проблемы все же возникают. Одна из самых распространенных заключается в том, что после непродолжительной эксплуатации в гильзованном блоке может нарушиться герметичность прокладки головки блока. Такой серьезный дефект, перечеркивающий результаты многодневной работы, случается в основном при восстановлении блоков из алюминиевых сплавов и вызывается просадкой гильз. Вскрытие двигателя в таких случаях показывает, что гильзы опускаются от первоначального положения на величину 0,05—0,1 мм. Давление на прокладку ослабевает, что провоцирует появление течи.

Не понаслышке зная о существовании такой проблемы, специалисты моторного центра фирмы «АБ-Инжиниринг» провели специальное исследование. Оно показало, что причина просадки гильз кроется в самом процессе установки гильзы в блок, В настоящее время редко кто устанавливает гильзы, задавливая их прессом. Такой метод применим только для чугунных блоков, да и то чреват деформацией тонкостенных гильз. Запрессовывать гильзы в алюминиевые блоки и вовсе не рекомендуется. При этом существует большая вероятность «подхвата» мягкого алюминиевого материала и образования обширных задиров. В таких местах нарушается тепловой контакт между гильзой и блоком. К тому же в месте неплотного прилегания к блоку гильза «дышит», что не позволяет выполнить ее качественную механическую обработку.

Разумная альтернатива запрессовке, одинаково пригодная для ремонта как чугунных, так и легкосплавных блоков, — установка гильз «от руки» после создания большой разницы температур между гильзой и блоком, Для этого предварительно нагревают блок или глубоко охлаждают гильзу, либо воздействуют на обе детали одновременно. Один из наиболее удобных способов — охлаждение гильз в жидком азоте. При соблюдении несложных мер безопасности можно быстро довести температуру гильз до такого уровня, когда останется лишь аккуратно опустить их в предварительно расточенные цилиндры.

Для фиксаций положения гильзы в цилиндре чаще используется хорошо себя зарекомендовавшая схема с упорным «буртиком» в верхней ее части (см. рис. 1). Гильза спускается в крайнее нижнее положение до касания буртом поверхности ответной выточки, выполненной при растачивании цилиндра. Обычно касание хорошо ощущается рукой по возникающему легкому стуку. Казалось бы, все очень просто, ничто не предвещает неприятностей, но исследования убедительно показали, что именно на этом этапе допускаются ошибки.

При изготовлении гильзы у большинства специалистов инстинктивно возникает желание минимизировать зазор между наружной поверхностью бурта и выточкой (б). В этом случае после финишной обработки привалочная плоскость блока выглядит абсолютно монолитной. Стремление сделать «как лучше», в соответствие с известной житейской практикой, приводит к обратным последствиям. Дело в том, что на заключительном этапе установки гильзы в полости (А), образующейся между буртом и выточкой, скапливается воздух. Если зазор недостаточен, воздух не успевает полностью покинуть полость. Сжимаясь, он работает аналогично пневмоподвеске — после легкого касания бурта упорной поверхности происходит «отбой». Гильза незаметно для глаза приподнимается и, нагреваясь, в этом положении «схватывается». Нагрев при работе двигателя ослабляет натяг и гильза проваливается.

Аналогичная картина наблюдается в случае попадания в ту же полость герметика. Герметик применяется при установке гильзы в цилиндр. Он наносится в верхней (всегда) и нижней (если стенки цилиндра имеют трещины или пробоины) зонах расточенного цилиндра для исключения просачивания антифриза в цилиндр и картер. Выполнять эту операцию нужно очень аккуратно, чтобы исключить попадание герметика в выточку.

Если гильзуется чугунный блок, после установки допускается «додавить» гильзы до упора. Вероятность их проседания при этом будет исключена. Другое дело, если блок — алюминиевый и особенно V-образный. В этом случае прилагать большие усилия не рекомендуется, так как его можно легко деформировать. Единственное, что можно и даже нужно сделать после установки гильз, — нагрузить («заневолить») их тем или иным способом. Эта мера предотвратит их подъем на этапе выравнивания температур из-за разницы коэффициентов теплового расширения материалов блока и гильз.

Один из способов избежать просадки гильз, установленных в легкосплавный блок, — перейти на другую схему фиксации гильзы. В ней гильза изготавливается без упорного буртика. Упорная поверхность, до которой она досылается, образуется растачиванием цилиндра не «на проход», а на рассчитанную глубину. К сожалению, рекомендовать этот способ к широкому применению нельзя. В такой конструкции, как и в блоках с «мокрыми» чугунными гильзами, последние, установленные «в распор» между прокладкой и выступом блока, постоянно испытывают продольные нагрузки и могут непредсказуемо деформироваться при работе.

В то же время проведенные эксперименты показали, что существует очень простой выход из создавшегося положения. При установке гильзы с верхним упорным буртом достаточно обеспечить радиальный зазор (б) не менее 0,2 мм. При этом условии подъем гильзы в момент установки практически исключается. То, что на привалочной поверхности блока появляются кольцевые щели, никак не отражается на работоспособности блока.

Чтобы полностью исключить возможность ошибки, все этапы процесса установки гильз рекомендуется отражать в технологической карте. На ней можно поместить чертеж зоны посадки. Перед сборкой гильзы и соответствующие им цилиндры маркируются. Затем с точностью до 0,01 мм измеряются высота буртиков и глубина выточек. Для каждой пары деталей рассчитывается теоретическая величина выступания гильзы над плоскостью блока, равная разности измеренных величин (см. рис. 2). Все данные заносятся в карту. После гильзования величина выступания каждой гильзы точно вымеряется и сравнивается с расчетной. Если обнаруживается расхождение, указывающее на неплотную посадку, гильза безжалостно вырезается, и процесс повторяется до полной «виктории».

Соблюдение именно такого комплекса правил гарантирует от неприятностей. По крайней мере, с прокладкой все будет «о’кей».

При недостаточной величине радиального зазора (б) между упорным «буртиком» и выточкой воздух, находящийся в полости «A», в момент установки гильзы работает аналогично пневмоподвеске. В результате после касания упорной поверхности гильза успевает приподняться на 0,05—0,1 мм.

Теоретическая величина выступания гильзы над плоскостью блока определяется как разность высоты бурта и глубины выточки.

Изготовленные гильзы маркируются в соответствие с номерами цилиндров и тщательно обмеряются с занесением результатов в технологическую карту. Наружный диаметр упорного бурта должен быть таким, чтобы радиальный зазор (б) был не менее 0,2 мм.

После растачивания цилиндра глубина выточки измеряется с точностью по 0,01 мм. Для этого удобно использовать глубиномер с индикаторной головкой.

С такой же точностью необходимо измерить высоту упорного буртика.

Необходимый перепад температур между блоком и гильзой можно создать, охладив гильзы в жидком азоте. Такой способ требует минимальных затрат времени и не снижает работоспособности деталей.

Для надежности на верхнюю область стенки цилиндра наносится специальный герметик. Если выявлена негерметичность стенки, делать это нужно обязательно, причем нужно также покрыть герметиком и нижнюю часть цилиндра.

Установленные гильзы обязательно нагружаются. Для этого лучше применять резьбовые шпильки с подходящими по размерам шайбами.

После выравнивания температуры деталей блока измеряется выступание гильзы и сравнивается с расчетной величиной, отмеченной. в технологической карте. Если значения совпадают, можно двигаться дальше.

На обработанной привалочной плоскости блока по периметру гильзы хорошо заметна кольцевая щель. На работоспособность двигателя она никакого влияния не оказывает.

Гильзы цилиндров c огневым кольцом - Устройство, функция и указания по монтажу

Чтобы увеличить ресурс двигателей грузовых автомобилей и снизить уровень вредных выбросов, некоторые производители всё чаще используют гильзы цилиндров с нагаросъёмным кольцом.

Нагаросъёмные кольца размещаются в верхней части гильз цилиндров, в прямоугольной выемке. Нагаросъёмное кольцо свободно вставляется в предусмотренную для него выемку при монтаже. В дальнейшем оно удерживается на месте головкой блока цилиндров.

Нагаросъёмное или огневое кольцо предотвращает образование твердых отложений масляного нагара на жаровом поясе поршня. Это достигается за счет того, что внутренний диаметр нагаросъёмного кольца меньше внутреннего диаметра цилиндра. При прохождении поршнем верхней мертвой точки нагаросъёмное кольцо соскребает с него нежелательные отложения масляного нагара и, соответственно, препятствует образованию отложений на жаровом поясе.

При использовании нагаросъёмного кольца, поршень также модифицируется. Диаметр жарового пояса такого поршня меньше, чем у поршня обычной конструкции.

В двигателях с гильзами цилиндров без нагаросъёмного кольца при неблагоприятных условиях эксплуатации на жаровом поясе поршней может образовываться твердый слой масляного нагара (Рис. 4 слева). К неблагоприятным условиям эксплуатации относятся:

  • частые поездки на короткие дистанции
  • продолжительная работа на режиме холостого хода
  • использование топлива и масла неудовлетворительного качества
  • несвоевременное техническое обслуживание транспортного средства

При использовании гильз цилиндров без нагаросъёмного кольца слой масляного нагара на жаровом поясе поршня после относительно недолгой эксплуатации вызывает абразивный износ (Рис. 4 справа). Этот нежелательный преждевременный износ гильз цилиндров – в сочетании с чрезмерным расходом масла – можно предотвратить, используя гильзы с нагаросъёмным кольцом.

Рис. 4. Слой масляного нагара на жаровом поясе и абразивный износ на рабочей поверхности цилиндра Рис. 5

Демонтаж поршня возможен только после удаления нагаросъёмного кольца из гильзы цилиндра. Для гильз цилиндров, бывших в эксплуатации, сделать это быстро вручную достаточно сложно. Нагаросъёмное кольцо плотно сидит в выемке из-за отложений, скопившихся между ним и гильзой цилиндра. Для демонтажа дефектной гильзы нагаросъёмное кольцо приходится ломать, вставляя зубило между кольцом и гильзой (Рис. 5).

Рис. 6

Если же гильза цилиндра и нагаросъёмное кольцо пригодны для дальнейшей эксплуатации, вначале проворачиванием коленчатого вала, поршень опускают немного вниз, что обеспечивает доступ к нагаросъёмному кольцу. Затем в цилиндр под нагаросъёмное кольцо вставляют бывшее в употреблении поршневое кольцо, соответствующее диаметру цилиндра (Рис. 6).

За счет проворачивания коленчатого вала поршень выталкивает нагаросъёмное кольцо из гильзы цилиндра (Рис. 8). Чтобы поршневое кольцо, используемое в качестве проставки для демонтажа, не сжималось и не проскальзывало по внутренней поверхности нагаросъёмного кольца, в момент выдавливания нагаросъёмного кольца, тепловой зазор должен быть плотно заблокирован щупом (Рис. 7).

Если требуется вынуть только поршень, гильзу цилиндра необходимо зафиксировать, т. е. прижать к ее посадочному месту. В противном случае поршень выдавит нагаросъёмное кольцо из блока цилиндров двигателя вместе с гильзой цилиндра.

Рис. 7 Рис. 8

Сначала в блок цилиндров двигателя вставляется гильза цилиндра без нагаросъёмного кольца. Затем поршень вместе с шатуном вводится в цилиндр и надлежащим образом соединяется с коленчатым валом. При введении поршня необходимо убедиться, что стяжная оправка достаточно глубоко опущена в выемку нагаросъёмного кольца (Рис. 10). Это гарантирует, что поршневые кольца не разожмутся в выемке нагаросъёмного кольца и не получат повреждения. После установки поршня нагаросъёмное кольцо вставляется в выемку вручную. В случае использования бывших в употреблении деталей, нагаросъёмное кольцо с тугой посадкой можно аккуратно забить в гильзу цилиндра с помощью молотка и деревянного бруска (Рис. 9).

Рис. 9 Рис. 10
  • Для исключения проблем с величиной рабочих зазоров между юбкой поршня и стенкой цилиндра и/или неправильной комбинацией деталей, поршни и гильзы цилиндров с нагаросъёмным кольцом следует приобретать в виде готовых комплектов.
  • Если замене подлежит только поршень, необходимо убедиться в том, что он разработан для исполь- зования с данным нагаросъёмным кольцом (следует сравнить диаметр его жарового пояса с бывшей в употреблении деталью).
  • Если замене подлежит только гильза цилиндра, необходимо, чтобы высота нагаросъёмного кольца была меньше высоты жарового пояса на поршне.
  • Отказ от установки нагаросъёмного кольца не допускается. Его установка является обязательной для обеспечения заданной степени сжатия и максимальной мощности двигателя.
  • Нагаросъёмные кольца изготавливаются симметричными, т. е. кольцо не имеет заданного направления для установки.
  • При обработке привалочной поверхности блока цилиндров двигателя необходимо не только обеспечить предписанный размер выступа поршня, но и дополнительно принять меры, исключающие возможность столкновения первого компрессионного поршневого кольца с нагаросъёмным кольцом гильзы.
  • Нагаросъёмные кольца не хонингуются по внутреннему диаметру.
  • Запрещается устанавливать гильзы цилиндров с нагаросъёмными кольцами, если это не допускается производителем.

Гильзы цилиндров Kolbenschmidt всегда поставляются в виде готового комплекта, т. е. включают нагаросъёмное кольцо и уплотнительные кольца. В качестве отдельной запасной части нагаросъёмные кольца не поставляются!

Материал для изготовления гильз блока цилиндров

Сегодня принято использовать для производства гильз цилиндров заготовки из чугуна. Этот материал для производства гильз блока цилиндров отвечает всем современным требованиям к деталям для автомобильного двигателя. Серый чугун хорошо себя зарекомендовал в показателях прочности, надежности и износостойкости. Существует 4 основные сплавы гильзы цилиндра из чугуна. Детально смотрите таблицу, приведенную в конце статьи.

Материал для изготовления гильз блока цилиндров из нелегированного чугуна плохо подходит для достаточно долгой работы двигателя, особенно если это проходит в трудных условиях эксплуатирования. В такой ситуации происходит сильное трение и воздействие высокой температуры на внешнюю стенку детали гильзы цилиндра и седло клапана. Чтобы повысить износостойкость к гильзе из чугуна присоединяют нирезистовые термовставки. Их производят из чугуна, сильнолегированного большим объемом никеля (Ni). Это приводит к возрастанию показателей износостойкости деталей гильзы цилиндров, но существует ряд обстоятельств, из-за которых ограничивают использование такого способа, а именно: 1) термовставки можно использовать только вверху  гильзы цилиндров из чугуна; 2) он нетехнологичный при металлообработке; 3) применение чугуна для детали гильзы цилиндра с большим содержимым Ni во многих случаях неэкономично. Поэтому наша компания отказалась от применения термовставок. Теперь мы изготавливаем гильзы цилиндров из фосфористого высоколегированного чугуна по низким ценам.

Гильзы из фосфористого чугуна различаются большим (0,4–1,5%) содержимым фосфора. Наши лабораторные исследования и большой опыт показывают, что высокая износостойкость характерна для гильз, сделанных из фосфористого чугуна. Наши лабораторные испытания показали как влияет различные добавки к сплаву чугуна на его износостойкость.

Полученные результаты:

— при легировании материала для изготовления гильз блока цилиндров из чугуна его металлическая матрица становится прочнее, а деформация детали гильзы цилиндра в процессе трения становится меньше;

— эластичность и прочность деталей также зависит от свойств его металлического основания;

— поэтому добавление графита как бы служит характерным индикатором легированого чугуна, с его помощью мы делаем выводы о годности к эксплуатации;

— увеличивает надёжность работы детали гильзы цилиндра легирование материала для изготовления гильз блока цилиндров из чугуна такими элементами как: Cr, Cu, Р, Ni, C, Si, Mn, S, Ti, V в приемлемом соответствии с другими элементами.

Все эти действия создают дополнительные защитные слоя на поверхности детали гильзы блока цилиндра в результате трения. Комбинируя все эти методы мы достигли высокого качества нашей продукции, которая соответствует всем современным требованиям и стандартам. Также хотим отметить, что проведенные нами опыты показывают, что прочность, эластичность, и свойства деформации материала для изготовления гильз блока цилиндров из серого чугуна, значительно не различаются, а то и наоборот, превосходят оригинальную продукцию фирм производителей.

Химический состав материала для изготовления гильзы блока цилиндров

Легирование чугунаC(%)Si(%)Mn(%)P(%)S(%)Cr(%)Ni(%)Cu(%)Ti(%)V(%)
Нелегированные и низколегированный3,28 2,17 0,76 0.08 0.12 0.30 0.27 0.41 0.350.04
Среднелегированные3,30 2,24 0,72 0,16 0.12 0.380.33 0.590.19 0.15
Низколегированные фосфористые3,30 2,04 0,77 0,49 0.10 0.36 0.350.34--
Среднелегированные фосфористые3,55 1,94 0,59 1,39 0.05 0.40 0.46 0.51 0.08 -
Данная таблица показывает химический состав материала для изготовления гильзы блока цилиндров в зависимости от легирования чугуна


Смотрите также