Из чего состоит гильза цилиндра (3 видео)

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.

Содержание

Материал для изготовления гильз блока цилиндров
Чугун как основной материал для изготовления гильз блока цилиндров
Деталь гильза цилиндра
Из чего состоит деталь гильза цилиндра
Строение автомобиля
Назначение гильз цилиндров двигателя
Устройство гильзы цилиндров:
Гильза цилиндра двигателя
Из чего состоит гильза цилиндра
🎥 Видео

Видео:Гении маркетинга или мифы о гильзовке.Скачать

Материал для изготовления гильз блока цилиндров

Видео:Цилиндры / гильзы двигателя Kia Hyundai расточка или гильзовкаСкачать

Чугун как основной 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.

Читайте также: Прибор для хона в цилиндрах

— 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.

Видео:Гильзовка Блока! Как Делается и Зачем!Скачать

Деталь гильза цилиндра

Видео:Изготовление гильз для двигателяСкачать

Из чего состоит деталь гильза цилиндра

Внутри втулки или гильзы изделия, находится зеркало цилиндра. Часть механизма индивидуально обрабатывается: хонингуется, хромируется, азотируется с идеальной филигранностью и имеет отличную частоту. Зачастую на основание зеркала накладывают отдельный микрорельеф, нередко высота такого рельефа доходит до десятков микрометров. Поверхность превосходно сдерживает масляное вещество и снижает износ торцевого клапана и кольца о зеркало цилиндра.

В свое время гильзы цилиндра производились на основе стали с гальваническим покрытием, а затем хромировались. Но со временем себя хорошо зарекомендовала чугунная гильза цилиндра, которая активно используется в промышленном производстве. Не редко её выбирают в качестве основного компонента для многих видов двигателей различных марок авто. Однако стоит заметить, что стальные гильзы тоже имеют право на жизнь, но в основном их используют для оснастки мощных двигателей, в которых зеркала отличаются особой повышенной стойкостью к износу и трениям. Твердотельный азотированный слой препятствует стиранию, а также неприхотлив к коррозии и повышенным температурам. Более того длительность использования повышается, поскольку процесс трения колец азотированной поверхности относительно низок.

Цилиндр — клапанного (поршневого) двигателя для внутреннего сгорания подразумевает под собой производственный корпус для объемного вытеснения. Существуют внутренние и наружные отдельные части для цилиндров, которые подвергаются высоким температурам в процессе использования. Места между ними называют зарубашечными, где внутри водяных двигателей протекает вещество для охлаждения. На примере разберем гильзы цилиндров, и какой материал гильзы цилиндра лучше использовать в основе этих изделий.

Не стоит также забывать, что в практическом использовании рубашки цилиндра можно встретить определенный тип отливки для целого класса цилиндра, именуемого блоком или корпусом цилиндра, где высокую роль играет чугунная гильза цилиндра. Рубашку блока производят, как правило, из тех же составляющих, что и основание двигателя.

В исполнении материал гильзы цилиндра наиболее часто предстает из особо прочного чугуна или отдельных видов стали. В 2-хтактных системах двигателей деталь гильза цилиндра, в отличии от конструктивного исполнения четырехтактной системы, преобладает продувочными или выпуклыми окнами. Помимо всего прочего деталь гильза цилиндра у данного типа двухтактных двигателей двойного значения присутствует нижняя крышка, которая в свою очередь образует рабочую полость под клапаном.

В заключении взглянем на основные типы и основную конструктивную составляющую особенность гильз цилиндров использующихся в наше время в транспортных двигателях, разделим ее на три класса:

— гильзы, предназначенные для двигателей воздушного охлаждения.

Во всех выше описанных разновидностях гильз используются либо сталь либо чугун.

Стоит отметить, что внутренняя поверхность как стали, так и чугуна тщательно хонингуются, чтобы обеспечить должный слой масла для смазывания клапанных колец. Частое распространение получили также цилиндры на основе биметаллических материалов в частности основания таких изделий залито или навито алюминиевыми ребрышками. Данный тип используется по большей части в строительной технике.

Видео:Почему нежелательно гильзовать чугунный блок? (гильзовка - крайний метод ремонта)Скачать

Строение автомобиля

Видео:Производство гильзы. Хонингование и контроль качестваСкачать

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.

Читайте также: Ремкомплект рабочего цилиндра сцепления газель 405

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.

Видео:Производство гильзы. Литейное производствоСкачать

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.

Видео:Расточка гильзовка и хонинговка блока цилиндровСкачать

Из чего состоит гильза цилиндра

Цилиндр работает в условиях резко переменных давлений в надпоршневой полости. Стенки ее соприкасаются с пламенем и горячими газами, раскаленными до температуры 1500…2500°С, а средняя скорость скольжения поршня по стенкам достигает 11…17 м/с. Кроме того, в этой зоне происходит перекладка поршня, сопровождаемая ударными нагрузками на стенки цилиндра. Под действием высокого радиального давления колец происходит разрыв масляной пленки на стенках цилиндра – резко повышается трение, что приводит к интенсивному изнашиванию цилиндра и колец.

Продукты неполного сгорания, в первую очередь оксиды азота, вместе с водяными парами образуют агрессивную среду, являющуюся причиной коррозионного изнашивания. Интенсивность коррозионного изнашивания увеличивается при эксплуатации двигателя с пониженным температурным режимом (320…330 К). Износ цилиндров, колец и поршней увеличивается при наличии в масле абразивных частиц, поступающих в цилиндр двигателя вместе с воздухом при его некачественной очистке в воздухоочистителе, с топливом и маслом при некачественной заправке и фильтрации. Темпы абразивного изнашивания на 60…80 % превосходят темпы коррозионного, поэтому необходимо применять специальные меры для пылезащиты двигателя. Металл цилиндров должен обладать хорошими литейными свойствами и легко обрабатываться на станках.

В соответствии с этими требованиями основным материалом для цилиндров служит перлитный серый чугун с небольшими добавками легирующих элементов (никель, хром и др.), а также высоколегированный чугун, сталь и алюминиевые сплавы с хромовыми и другими покрытиями внутренних стенок. Поверхности последних подвергают закалке ТВЧ и тщательно обрабатывают, получая после шлифовки зеркальную поверхность — зеркало цилиндра. В случае изготовления блока цилиндров совместно с гильзами из алюминиевого сплава на внутреннюю поверхность гильз производится плазменное напыление стали и молибдена (рис.1).

Высокая температура газов в надпоршневой полости и большое количество теплоты, выделяющейся при трении поршня и поршневых колец о зеркало цилиндра, вызывают интенсивный нагрев стенок, вследствие чего возникает необходимость в постоянном отводе от них теплоты. Достигают это непрерывным охлаждением стенок цилиндров жидкостью или воздухом. Даже кратковременное прекращение такого охлаждения приводит к аварии и выходу из строя двигателя. На прогретом двигателе температуру стенок поддерживают в пределах 100…150°С. Более высокую температуру имеют при этом стенки верхней зоны цилиндров, омываемые наиболее горячими газами. В двигателях с воздушным охлаждением отдельные участки верхней зоны цилиндров нагреваются до 170…180°С, а средняя температура их стенок всегда бывает выше, чем при жидкостном охлаждении. В зависимости от способа охлаждения конструкция цилиндров и всего двигателя приобретает свои характерные особенности.

Цилиндры двигателей воздушного охлаждения отливают индивидуально, а для увеличения теплоотвода наружную поверхность их снабжают ребрами треугольного и реже прямоугольного сечения (рис.2).

Следовательно, при воздушном охлаждении цилиндр, строго говоря, состоит из двух конструктивных элементов: гильзы, или, как ее называют иногда, втулки и оребрения. Размер ребер и межреберных промежутков выбирают из условий, чтобы оребрение оказывало возможно меньшее сопротивление потоку охлаждающего воздуха и в то же время было достаточно развитым и обеспечивало нужную интенсивность теплоотвода. В существующих конструкциях площадь поверхности оребрения цилиндра примерно в 10 раз превышает площадь его зеркала в зоне оребрения.

В ДВС с воздушным охлаждением применяют как монолитные, так и комбинированные цилиндры. Первые из них отливают из чугуна, реже делают стальными, а в малых двигателях применяют также алюминиевые сплавы с хромированной поверхностью зеркала. Ребра отливают вместе с гильзой и механически не обрабатывают или нарезают на станках. Известен также способ навивки ребер из тонкой ленты (с развальцовыванием ее у основания). Чаще используют первый, наиболее простой и экономически выгодный метод. Комбинированные цилиндры представляют собой алюминиевую оребренную основу с запрессованной в нее, например, чугунной гильзой (рис.3). В таких цилиндрах высокая износостойкость сочетается с хорошим теплоотводом, так как теплопроводность алюминиевых сплавов в три-четыре раза выше теплопроводности чугуна.

Читайте также: Рабочий цилиндр сцепления все марки

Цилиндры двигателей с жидкостным охлаждением в отличие от рассмотренных оребренных изготовляют с полостью под охлаждающую жидкость, что значительно усложняет их конструкцию. Внутренние стенки образуют гильзу цилиндра, а внешние, более тонкие, стенки – его рубашку. Стенки рубашки охватывают гильзовую часть цилиндра так, что между ними образуется полость для циркуляции охлаждающей жидкости. Из соображений облегчения ремонта и увеличения срока службы цилиндров с жидкостным охлаждением их часто изготовляют комбинированными, со вставками на всю длину зеркала цилиндра и с легкосъемными гильзами. В 50…60-х годах прошлого века широко применяли также короткие вставки (около 50 мм длины), изготовлявшиеся из аустенитного износостойкого чугуна нирезист. Их запрессовывали в верхнюю наиболее изнашиваемую зону цилиндра и обрабатывали совместно с зеркалом цилиндра (гильзы). Срок службы цилиндров с такими вставками увеличивался в 2,5…3 раза. В настоящее время в связи с резким улучшением качества горюче-смазочных материалов и совершенствованием фильтров для воздуха и масла дорогостоящие нирезистовые вставки утратили свое значение. Вставки, запрессовываемые на всю длину цилиндра не соприкасаются с охлаждающей жидкостью, вследствие чего их называют сухими гильзами (рис.4).

Сухие гильзы не ослабляют общую жесткость цилиндра, но несколько усложняют его конструкцию и удорожают производство, поэтому в двигателях автомобилей с жидкостным охлаждением их используют сравнительно редко. При ремонтах двигателя, связанных с расточкой цилиндров, сухие гильзы сохраняют до тех пор, пока их ремонтный размер находится в допускаемых пределах.

Легкосъемные гильзы устанавливают в цилиндры свободно с гарантированным зазором (≈ 0,08 мм). Это большое их достоинство. В случае износа их легко заменяют новыми или другими, заранее отремонтированными. Легкосъемные гильзы непосредственно омываются охлаждающей жидкостью, циркулирующей в рубашке охлаждения, в связи с чем их называют мокрыми гильзами (рис.5).

Они имеют, как правило, опорный пояс или фланец и один или два установочных пояса с наружной стороны гильзы. С помощью установочных хорошо обрабатываемых поясов гильзу центрируют в соответствующих гнездах цилиндра, а опорный фланец фиксирует их положение по высоте цилиндра. Нижний установочный пояс гильз уплотняют с помощью резиновых или медных колец. Резиновые кольца чаще всего круглые, примерно 4-миллиметровые в количестве 2…3 шт. ставят с натягом обычно на нижнем утолщенном установочном поясе гильзы в специально сделанные для этой цели проточки (рис. 6,а).

1 – блок-картер; 2 – рубашка охлаждения; 3 – вставка; 4 – гильза цилиндра; 5 — уплотнительные кольца (резиновые или медные, устанавливаемые под бурт); 6 – антикавитационное кольцо; 7 – медная прокладка

Если резиновые кольца не ставят на гильзу, то ее нижний установочный пояс изготовляют без утолщения (рис. 6,б). Глубину проточек делают меньше сечения резинового кольца, поэтому последние несколько выступают из канавок, а при установке гильзы в гнездо деформируются и надежно уплотняют стык. При использовании резиновых колец прямоугольного сечения нижний установочный пояс снабжают буртиком. Уплотнительное кольцо надевают с натягом непосредственно на нижний установочный пояс гильзы, а в центрирующем гнезде цилиндра делают соответствующий уступ, к которому резиновое кольцо плотно прижимается буртиком гильзы (рис. 6,в). Применение медного уплотнительного кольца показано на рис. 6,г. Легкосъемные гильзы при этом имеют только один удлиненный нижний установочный пояс, к которому вплотную примыкает опорный фланец гильзы. Между этим опорным фланцем и уступом в центрирующем гнезде цилиндра и зажимают уплотнительное кольцо. Это же кольцо используется для регулирования положения гильзы по высоте. В верхней зоне цилиндра такая гильза совсем не соприкасается со стенками рубашки охлаждения, а имеет только небольшое утолщение, которое улучшает уплотнение, ее газового стыка, достигаемого с помощью прокладки, которую устанавливают между цилиндром и его головкой. Однако данная конструкция гильзы приводит к некоторому короблению ее при затяжке головки цилиндров.

Для обеспечения уплотнения газового стыка верхняя торцовая плоскость гильзы выступает над плоскостью блока на 0,05…0,15 мм.

В дизелях под действием значительных динамических нагрузок при перекладке поршня стенки гильзы могут совершать колебания в радиальном направлении. Так как стенки гильзы окружены жидкостью, то в ней может начаться кавитация, что приводит к износу, а иногда и разрушению внешней поверхности гильзы и блока.

Для предотвращения кавитационного разрушения на гильзах некоторых двигателей протачивают специальную канавку, в которую вставляют антикавитационное кольцо 6 (рис.6,а) прямоугольного сечения. Оно расположено между гильзой и отверстием в блоке цилиндров и, кроме того, через него нижний пояс гильзы опирается на кромку отверстия блока. В сборе с гильзой кольцо устанавливают в блок с натягом, что уменьшает амплитуду колебаний гильзы цилиндров.

В бензиновых двигателях, вследствие меньших максимальных нагрузок и более плавной перекладки поршня, явления кавитации практически не наблюдается.