В двигателе внутреннего сгорания блок двигателя представляет собой структуру, содержащую цилиндры и другие компоненты. Блок двигателя в раннем автомобильном двигателе состоял только из блока цилиндров, к которому был прикреплен отдельный картер . Современные блоки двигателя обычно имеют картер, интегрированный с блоком цилиндров как единый компонент. Блоки двигателя часто также включают такие элементы, как каналы охлаждающей жидкости и масляные каналы.
Термин «блок цилиндров» часто используется взаимозаменяемо с «блоком двигателя». Однако технически блок современного двигателя (т. е. несколько цилиндров, интегрированных с другим компонентом) можно было бы классифицировать как моноблок .
Основная структура двигателя обычно состоит из цилиндров , каналов охлаждающей жидкости, масляных каналов, картера и головки(ок) цилиндров . Первые серийные двигатели 1880-1920-х годов обычно использовали отдельные компоненты для каждого элемента, которые были скреплены болтами во время сборки двигателя. 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-го века. Интеграция элементов опиралась на развитие литейных и механических технологий. Например, практичный, недорогой двигатель V8 был невозможен, пока Ford не разработал методы, используемые для создания его двигателя V8 с плоской головкой . Другие производители затем применили эти технологии к своим двигателям.
Блок цилиндров — это структура, которая содержит цилиндр , а также любые гильзы цилиндров и каналы охлаждающей жидкости. В первые десятилетия развития двигателей внутреннего сгорания цилиндры обычно отливались по отдельности, поэтому блоки цилиндров обычно изготавливались отдельно для каждого цилиндра. После этого двигатели начали объединять два или три цилиндра в одноцилиндровый блок, а двигатель объединял несколько таких блоков цилиндров.
В ранних двигателях с несколькими рядами цилиндров — например, двигателях V6 , V8 или 6-цилиндровых — 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.
Блоки цилиндров с мокрыми гильзами используют стенки цилиндров, которые полностью съемные и устанавливаются в блок с помощью специальных прокладок. Их называют «мокрыми гильзами», потому что их внешние стороны напрямую контактируют с охлаждающей жидкостью двигателя. Другими словами, гильза — это вся стенка цилиндра, а не просто втулка.
Преимущества мокрых гильз заключаются в меньшей массе, уменьшении занимаемого пространства, более быстром нагреве охлаждающей жидкости при холодном пуске, что снижает расход топлива при запуске и ускоряет прогрев салона автомобиля.
Блоки цилиндров с сухими гильзами используют либо материал блока, либо дискретную гильзу, вставленную в блок, чтобы сформировать костяк стенки цилиндра. Дополнительные гильзы вставляются внутрь, которые остаются «сухими» снаружи, окруженные материалом блока.
Для конструкций с мокрыми или сухими гильзами гильзы (или рукава) можно заменить, что потенциально позволяет провести капитальный ремонт или переборку двигателя без замены самого блока. Однако существуют и более практичные варианты ремонта.
Картер — это структура, в которой размещается коленчатый вал . Как и блоки цилиндров, это в первую очередь интегрированный компонент в современных двигателях.
Блоки двигателя 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 меньшее тепловое расширение .
Снижение веса за счет выбора материала . В настоящее время большинство блоков двигателей в массовом производстве представляют собой серые отливки. Снижение веса привело к более частому использованию алюминиево-кремниевых сплавов для блока двигателя в двигателях с малым рабочим объемом. Блоки двигателей сопоставимой конструкции, но с использованием сплавов Al-Si, не легче чугунных блоков двигателей в том же соотношении, что и для удельного веса материалов.
В блоках цилиндров из серого чугуна вес может быть снижен за счет оптимизации структуры и тонкостенного литья. При использовании этой технологии литья обычно возможна толщина стенки всего около 3 мм. Для сравнения, стенки чугунных блоков цилиндров обычно имеют толщину от 4,0 до 5,5 мм.
Использование чугуна с вермикулярным графитом (GGV), литейного материала с большой 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 с учетом особых потребностей 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 двигателем . Большинство современных двигателей используют моноблочную конструкцию, и лишь немногие имеют отдельный блок для каждого цилиндра. Это привело к появлению термина «блок двигателя», который обычно подразумевает моноблочную конструкцию, а «моноблок» используется редко.
В ранние годы развития двигателей внутреннего сгорания технология литья не позволяла производить крупные отливки со сложными внутренними сердечниками (для водяных рубашек и т. д.). В большинстве ранних двигателей, особенно с более чем четырьмя цилиндрами, цилиндры отливались парами или тройками, а затем прикручивались к отдельному картеру.
По мере совершенствования методов литья весь блок цилиндров из 4, 6 или 8 цилиндров мог быть изготовлен как единое целое. Такая моноблочная конструкция была более простой и более экономичной в производстве. Все цилиндры и картер могли быть изготовлены как единый компонент для прямоугольных двигателей . Одним из первых двигателей, произведенных с использованием этого метода, был 4-цилиндровый двигатель Ford Model T , представленный в 1908 году. Эта технология распространилась на рядные шестицилиндровые двигатели и стала широко использоваться к середине 1920-х годов.
Вплоть до 1930-х годов большинство двигателей V сохраняли отдельную отливку блока для каждого ряда цилиндров, при этом оба прикручивались к общему картеру (который сам по себе был отдельной отливкой). Для экономии некоторые двигатели были спроектированы так, чтобы использовать одинаковые отливки для каждого ряда, левого и правого. [3] : 120 Редким исключением был Lancia 22½° narrow-angle V12 1919 года, в котором использовалась одна отливка блока, объединяющая оба ряда. [3] : 50–53 Ford Flathead V8 , представленный в 1932 году, представлял собой значительный шаг вперед в производстве доступных двигателей V. Это был первый двигатель V8 с одноцилиндровым литым блоком, впервые поместивший V8 в доступный автомобиль. [4]
Общая водяная рубашка моноблочных конструкций позволила уменьшить расстояние между цилиндрами. Подход к моноблочной конструкции также улучшил жесткость двигателей на кручение по мере увеличения числа цилиндров, длины двигателя и мощности.
Большинство блоков двигателей сегодня, за исключением некоторых необычных V-образных или радиальных двигателей и больших морских двигателей, используют моноблочную конструкцию с одним блоком для всех цилиндров плюс интегрированный картер. В таких случаях юбки рядов цилиндров образуют своего рода область картера, которая по-прежнему часто называется картером, несмотря на то, что больше не является отдельной частью.
Использование стальных гильз цилиндров и вкладышей подшипников минимизирует эффект относительной мягкости алюминия. Некоторые конструкции двигателей используют плазменное напыление с переносом проволоки , вместо гильз цилиндров, чтобы еще больше снизить вес. Эти типы двигателей также могут быть изготовлены из чугуна с уплотненным графитом , например, в некоторых дизельных двигателях. [5]
Некоторые современные малогабаритные двигатели потребительского класса используют моноблочную конструкцию, в которой головка цилиндра, блок и половина картера имеют одну и ту же отливку. Помимо стоимости, одной из причин этого является необходимость уменьшить общую высоту двигателя. [ необходима цитата ] Основным недостатком может быть то, что ремонт становится более трудоемким и непрактичным.
Примером двигателей с интегрированными головками цилиндров являются двигатели Honda серий GC и GXV, которые Honda иногда называет «Uniblock». [6]
Несколько автомобилей с поперечным расположением двигателей использовали блок двигателя, состоящий из интегрированной трансмиссии и картера. Автомобили, которые использовали эту компоновку, включают Lamborghini Miura 1966-1973 годов [7] и автомобили, использующие двигатели BMC A-серии и E-серии . [8] [9] Такая конструкция часто приводит к тому, что двигатель и трансмиссия используют одно и то же масло.
В таких мотоциклах, как Honda CB750, используется похожая компоновка: блок цилиндров и картер объединены с частью трансмиссии.
Многие конструкции сельскохозяйственных тракторов объединяют блок цилиндров, картер, трансмиссию и заднюю ось в единый блок. Ранним примером является трактор Fordson .