В двигателе внутреннего сгорания блок двигателя представляет собой конструкцию, содержащую цилиндры и другие компоненты. Блок цилиндров в ранних автомобильных двигателях состоял только из блока цилиндров, к которому был прикреплен отдельный картер . Современные блоки двигателей обычно имеют картер, интегрированный с блоком цилиндров как единый компонент. Блоки двигателей часто также включают в себя такие элементы, как каналы для охлаждающей жидкости и масляные каналы.
Термин «блок цилиндров» часто используется как взаимозаменяемый термин «блок двигателя». Однако технически блок современного двигателя (то есть несколько цилиндров, объединенных с другим компонентом) можно классифицировать как моноблок .
Основная конструкция двигателя обычно состоит из цилиндров , каналов охлаждающей жидкости, масляных каналов, картера и головки блока цилиндров . В первых серийных двигателях 1880-1920-х годов обычно для каждого элемента использовались отдельные компоненты, которые при сборке двигателя соединялись болтами. Однако современные двигатели часто объединяют множество элементов в один компонент для снижения производственных затрат.
Эволюция от отдельных компонентов к моноблочным блокам двигателя постепенно прогрессировала с начала 20 века. Интеграция элементов опиралась на развитие технологий литейного производства и механической обработки . Например, практичный и недорогой двигатель V8 был невозможен до тех пор, пока компания Ford не разработала методы, используемые для создания двигателя V8 с плоской головкой . Затем другие производители применили эти методы к своим двигателям.
Блок цилиндров — это конструкция, содержащая цилиндр , а также гильзы цилиндров и каналы для охлаждающей жидкости. В первые десятилетия развития двигателей внутреннего сгорания цилиндры обычно отливались индивидуально, поэтому блоки цилиндров обычно производились отдельно для каждого цилиндра. Вслед за этим двигатели стали объединять два или три цилиндра в одноцилиндровый блок, причем двигатель объединял несколько таких блоков цилиндров.
В ранних двигателях с несколькими рядами цилиндров, таких как двигатели V6 , V8 или шестицилиндровые двигатели, каждый ряд обычно состоял из одного или нескольких отдельных блоков цилиндров. С 1930-х годов были разработаны методы массового производства, позволяющие интегрировать оба ряда цилиндров в один и тот же блок цилиндров.
В блоках цилиндров с мокрыми гильзами используются полностью съемные стенки цилиндров, которые устанавливаются в блок с помощью специальных прокладок. Их называют «мокрыми гильзами», потому что их внешние стороны непосредственно контактируют с охлаждающей жидкостью двигателя. Другими словами, гильза представляет собой всю стенку цилиндра, а не просто гильзу.
Преимуществами мокрых гильз являются меньшая масса, меньшие занимаемые площади, а также более быстрый нагрев охлаждающей жидкости при холодном запуске, что снижает пусковой расход топлива и ускоряет прогрев салона автомобиля.
В блоках цилиндров с сухой гильзой используется либо материал блока, либо отдельная гильза, вставленная в блок, образующая основу стенки цилиндра. Внутри вставляются дополнительные втулки, которые остаются «сухими» снаружи, окруженные материалом блока.
Как для мокрых, так и для сухих гильз гильзы (или втулки) можно заменить, что потенциально позволяет провести капитальный ремонт или восстановление двигателя без замены самого блока. Однако есть и более практичные варианты ремонта.
Картер – это конструкция, в которой находится коленчатый вал . Как и блоки цилиндров, это прежде всего встроенный компонент современных двигателей.
Блоки двигателей обычно отливаются из чугуна или алюминиевого сплава . Алюминиевые блоки намного легче и эффективнее передают тепло охлаждающей жидкости, но железные блоки сохраняют некоторые преимущества, такие как долговечность и уменьшенное тепловое расширение .
Снижение веса за счет выбора материала . В настоящее время большинство блоков двигателей, выпускаемых серийно, представляют собой серые отливки. Снижение веса привело к более частому использованию алюминиево-кремниевых сплавов для блока цилиндров двигателей малого объема. Блоки двигателей аналогичной конструкции, но с использованием сплавов Al-Si, не легче чугунных блоков двигателя в том же соотношении, что и удельный вес материалов.
В блоках двигателей из серого чугуна вес можно снизить за счет оптимизации конструкции и тонкостенного литья. При использовании этой технологии литья обычно возможна толщина стенки всего около 3 мм. Для сравнения, стенки чугунных блоков двигателей обычно имеют толщину от 4,0 до 5,5 мм.
Использование чугуна с вермикулярным графитом (GGV), литейного материала с высокой прочностью, позволяет снизить вес примерно на 30 % по сравнению с обычными литейными материалами, такими как GG 25. Снижение веса в такой степени требует проектирования блока двигателя, принимая во внимание особые потребности материала. [1]
.jpg/1280px-De_Dion-Bouton_engine_(Rankin_Kennedy,_Modern_Engines,_Vol_III).jpg)
.jpg/1280px-Cylinder_block_and_head_of_sidevalve_engine_(Autocar_Handbook,_Ninth_edition).jpg)
Двигатель, в котором все цилиндры имеют общий блок, называется моноблочным . Большинство современных двигателей имеют моноблочную конструкцию, и лишь немногие имеют отдельный блок для каждого цилиндра. Это привело к появлению термина «блок двигателя», который обычно подразумевает моноблочную конструкцию, причем термин «моноблок» используется редко.
В первые годы существования двигателя внутреннего сгорания технология литья не могла производить крупные отливки со сложными внутренними сердечниками (для водяных рубашек и т. д.). В большинстве ранних двигателей, особенно с числом цилиндров более четырех, цилиндры отливались парами или тройками, а затем прикреплялись болтами к отдельному картеру.
По мере совершенствования технологий литья весь блок цилиндров из 4, 6 или 8 цилиндров можно было производить целиком. Эта моноблочная конструкция была более простой и экономичной в производстве. Для двигателей с прямой компоновкой цилиндров все цилиндры и картер могли быть изготовлены из одного компонента . Одним из первых двигателей, произведенных с использованием этого метода, является 4-цилиндровый двигатель Ford Model T , представленный в 1908 году. Этот метод распространился на рядные шестицилиндровые двигатели и широко использовался к середине 1920-х годов.
Вплоть до 1930-х годов большинство V-образных двигателей сохраняли отдельную отливку блока для каждого ряда цилиндров, причем оба блока были прикреплены болтами к общему картеру (который сам по себе представлял собой отдельную отливку). В целях экономии в некоторых двигателях использовались одинаковые отливки для каждого ряда, левого и правого. [3] : 120 Редким исключением была Lancia с узким углом обзора 22½° V12 1919 года, в которой использовалась единая отливка блока, объединяющая оба ряда. [3] : 50–53 Ford V8 с плоской головкой , представленный в 1932 году, представлял собой значительное достижение в производстве доступных V-образных двигателей. Это был первый двигатель V8 с одномоторным литым блоком, впервые позволивший использовать V8 в доступном автомобиле. [4]
Общая водяная рубашка моноблочной конструкции позволяла уменьшить расстояние между цилиндрами. Подход к моноблочной конструкции также улучшил жесткость двигателей на кручение за счет увеличения числа цилиндров, длины двигателя и номинальной мощности.
Сегодня в большинстве блоков двигателей, за исключением некоторых необычных V- или радиальных двигателей и больших судовых двигателей, используется моноблочная конструкция с одним блоком для всех цилиндров и встроенным картером. В таких случаях юбки блоков цилиндров образуют своего рода область картера, которую до сих пор часто называют картером, несмотря на то, что она больше не является отдельной частью.
Использование стальных гильз цилиндров и вкладышей подшипников сводит к минимуму влияние относительной мягкости алюминия. В некоторых конструкциях двигателей для дальнейшего снижения веса вместо гильз цилиндров используется плазменно-дуговое термическое напыление . Эти типы двигателей также могут быть изготовлены из чугуна с уплотненным графитом , как, например, в некоторых дизельных двигателях. [5]
Некоторые современные малые двигатели потребительского класса имеют моноблочную конструкцию, в которой головка блока цилиндров, блок и половина картера имеют одну и ту же отливку. Помимо стоимости, одной из причин этого является снижение общей высоты двигателя. [ нужна цитация ] Основным недостатком может быть то, что ремонт становится более трудоемким и непрактичным.
Примером двигателей со встроенными головками цилиндров являются двигатели Honda серий GC и GXV, которые Honda иногда называет «Uniblock». [6]
В некоторых автомобилях с поперечным расположением двигателей использовался блок цилиндров, состоящий из интегрированной трансмиссии и картера. К автомобилям, которые использовали эту схему, относятся Lamborghini Miura 1966-1973 годов [7] и автомобили с двигателями BMC A-серии и E-серии . [8] [9] Такая конструкция часто приводит к тому, что в двигателе и трансмиссии используется одно и то же масло.
Мотоциклы, такие как Honda CB750, имеют аналогичную компоновку: блок цилиндров и картер интегрированы с частью трансмиссии.
Многие конструкции сельскохозяйственных тракторов объединяют блок цилиндров, картер, трансмиссию и задний мост в единый блок. Ранним примером является трактор Fordson .