Глава 4

ЦИЛИНДРОВАЯ ГРУППА И КАРТЕРЫ

Корпус двигателя является комплексом базовых элементов, на которых монтируются его основные механизмы и системы, а также устройства, с помощью которых обеспечивается установка ДВС на транспортном средстве. Корпус формируется совокупностью следу­ющих элементов: цилиндров или блока цилиндров, головки цилиндров и картера, обычно состоящего из двух разъемных частей. Нижняя часть в двигателях с мокрым картером является емкостью для масла и называется масляным поддоном.

В автотракторных ДВС внутршдалиндровые пространства фор­мируются съемной головкой цилиндров, которая с помощью анкер­ных (силовых) шпилек (болтов) фиксируется на блоке, а стык между ними, называемый газовым стыком, уплотняется прокладкой. Име­ются конструкции с моноблочным корпусом, в которых блок и го­ловка цилиндров выполняются в виде единой отливки.

В двигателях разного назначения указанные элементы могут иметь различную конструкцию в зависимости от количества, раз­меров и способа компоновки цилиндров. В автотракторных ДВС наибольшее распространение получили компоновочные схемы с расположением цилиндров в один ряд — линейные (однорядные, рядные) и два ряда — У-образные (двухрядные). Компоновка кор­пуса и конструкция отдельных его элементов во многом определя­ются типом системы охлаждения двигателя. Так, для двигателей с жидкостным охлаждением возможно объединение цилиндров в единый узел, называемый блоком цилиндров. В двигателях с воз­душным охлаждением используются индивидуальные оребренные цилиндры, что определяется технологическими сложностями отлив­ки их в виде единого блока. В ряде случаев цилиндры оснащаются съемными элементами, называемыми гильзами (втулками) цилинд­ров. В практике двигателестроения при наличии технологических возможностей предпочтение отдается блочным конструкциям кор­пусных элементов, что позволяет обеспечить наибольшую жест­кость корпуса без существенного увеличения его материалоемкости. В связи с этим в автотракторных двигателях с жидкостным охла­ждением блок цилиндров и верхнюю половину картера обычно (при

102

количестве цилиндров в ряду менее шести) выполняют в виде единой отливки, называемой блок-картером.

На конструкцию корпуса ДВС в ряде случаев решающее влияние оказывают условия его работы, такие, как:

• большие циклические нагрузки от газовых и инерционных сил;

• высокие температура, давление и скорость движения во

внутрицилиндровом пространстве рабочего тела, содержащего кор­розионно-активные элементы;

• значительные относительные скорости перемещения сопря­женных элементов цилиндропоршневой группы и подшипниковых узлов при больших удельных давлениях между ними;

• большие градиенты температур по объему элементов при высокой степени их нагрева;

• коррозионное и эрозионное воздействие на наружные элемен­ты корпуса со стороны окружающей среды.

Функциональное назначение и условия работы корпуса двига­теля и отдельных его элементов формируют ряд фундаментальных требований к его конструкции, таких, как:

• максимальная жесткость конструкции, что необходимо для ограничения деформаций, которые могли бы привести к изменению взаимного расположения сопряженных подвижных элементов с ча­стичной (повышенный износ) или полной (заклинивание или полом­ка) потерей их работоспособности;

• минимально возможная масса (в современных автотрактор­ных двигателях масса корпуса составляет 25...35% от массы всего двигателя).

Удовлетворение этих двух в значительной мере противоречивых требований является ключевой проблемой конструирования кор­пуса двигателя.

1. КОРПУСНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ ДВИГАТЕЛЕЙ ЖИДКОСТНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ

Блоки и картеры. Блок цилиндров состоит из следующих элемен­тов: боковых и торцевых стенок, цилиндров, межцилиндровых пере­мычек (в некоторых конструкциях может отсутствовать) и верхней горизонтальной плиты, объединенных термином «водяная рубаш­ка». При отливке цилиндров совместно с водяной рубашкой и при отсутствии установленных в них тонкостенных гильз, сухих гильз, Плок называется негильзованным блоком цилиндров. Если цилиндры съемные и омываются охлаждающей жидкостью, то их называют мокрыми гильзами.

Картер состоит из боковых и торцевых стенок, перегородок коренных опор и двух плит: верхней — в месте стыковки цилиндров

103

и картера и нижней, на которой фиксируется масляный поддон. Последний может быть выполнен как в виде тонкостенной штампованной конструкции, предназначенной только для сбора и размещения масла, так и в виде монолитного несущего элемен­та, объединяющего в единый блок крышки коренных подшип­ников.

По тому, какие элементы корпуса двигателей с жидкостным охлаждением воспринимают нагрузку от газовых сил, различают следующие их силовые схемы.

1. С несущим блоком цилиндров (рис. 4.1, а), когда силы давления газов нагружают элементы блока цилиндров. Разновидностью дан­ной силовой схемы при мокрых гильзах является схема «с несущей рубашкой» (рис. 4.1, б). В этом случае газовые силы нагружают (растягивают) только стенки водяной рубашки.

2. С несущими силовыми шпильками (рис. 4.1, в). При этом элементы блока цилиндров в результате предварительной затяжки шпилек находятся в сжатом состоянии и газовые силы разгружают их. Блок-картеры, выполненные по данной схеме, в силу их меньшей нагруженности могут отливаться из алюминиевого сплава.

Практика двигателестроения выработала ряд типовых конструк­тивных приемов, позволяющих повысить жесткость корпусов ДВС без существенного увеличения их металлоемкости:

• выполнение корпуса двигателя в виде единой отливки;

• использование полноопорных коленчатых валов. При этом из-за большего количества перегородок коренных опор конструкция блок-картера получается более жесткой (рис. 4.2, а);

• оребрение перегородок коренных опор и боковых стенок бло­ка цилиндров и картера (рис. 4.2, б);

Рже. 4.1. Силовые схемы ДВС с жидкостным охлаждением:

а — с несущим блоком цилиндров; б — с несущей рубашкой; в — с несущими еяловыми шпиль­ками

104

Гис. 4.2. Основные конструктивные мероприятия по повышению жесткости блок-

картера:

а переход от неполгюопорвого к полноопорному коленчатому валу; 6 — оребрение перегоро­док коренных опор и боковых стенок; в — понижение плоскости разъема картера; г — туннель­ный картер; д — объединение крышек коренных опор в единую конструкцию; е — «арочная» форма боковых элементов блок-картера; ж — совмещение осей анкерных шпилек с осями болтов крепления крышек коренных подшипников

• усиление боковых стенок блока цилиндров и картера за счет придания им «арочной» формы (рис. 4.2, е);

• выполнение плоскости крепления масляного поддона ниже плоскости разъема коренных опор, вследствие чего силы и момен- ■ ы, передаваемые на корпусные элементы, воспринимаются боль­шим объемом металла (рис. 4.2, в);

• применение горизонтальных стяжных болтов или шпилек для дополнительной связи крышек коренных опор с картером (рис. 4.2, не). Это особенно важно для блок-картеров двигателей V-образной компоновки;

• объединение крышек коренных опор коленчатого вала в одну монолитную конструкцию в вцде специальной нижней коробчатой части картера («постельная плита» коренных подшипников), кото­

105

рая изготовляется из алюминиевого сплава литьем под давлением или рамы (рис. 4.2, д)\

• использование туннельного картера, не имеющего разъема по коренным опорам (рис. 4.2, г).

Для уменьшения деформаций блок-картера оси анкерных бол­тов (шпилек) целесообразно совмещать с осями болтов крепления крышек коренных подшипников (рис. 4.2, ж), что позволит избе­жать появления дополнительных моментов, нагружающих его элементы.

Цилиндры. Применение негильзованного блока цилиндров ру­башки обеспечивает высокую прочность и жесткость блок-картера. Такая конструкция способствует уменьшению габаритов и массы корпуса и сокращает объем его механической обработки.

Однако при этом технологически сложно получить качественную отливку со стабильными геометрическими параметрами. Кроме того, при изготовлении блока необходимо предусмотреть комплекс технологических мероприятий по повышению износостойкости по­верхности цилиндра (по этой причине в таких конструкциях затруд­нено применение алюминиевых сплавов). При выходе же из строя одного из цилиндров требуется замена всего блока.

Блоки цилиндров с мокрыми вставными и сухими гильзами в большей или меньшей степени лишены указанных недостатков. Однако мокрые гильзы могут дополнительно деформироваться при нарушении технологии монтажа.

Сухие гильзы изготовляют двух видов: с верхним опорным бур­том и без него (рис. 4.3, а, б). Толщина стенок таких гильз цилинд­ров составляет 2...4 мм. Гильзы второго типа запрессовывают в блок с некоторым натягом с целью фиксации их для окончатель­ной обработки после установки в блок и при работе двигателя. Гильзы с опорными буртами по завершении механической обработ-

а б в г д

Рис. 4.3. Основные типы гильз цилиндров:

а — сухая без опорного бурта; б — сухая с верхним опорным буртом; а — мокрая с верхним опорным фланцем; г — мокрая с нижним опорным фланцем; д — мокрая со средним опорным фланцем; 1— опорный фланец; 2— направляющие (центрирующие) пояса; 3— уплотнительные кольца; 4— опорный бурт; 5— сухая гильза; 6— мокрая гильза

106

ки запрессовывают в блок (блоки из алюминиевого сплава) или устанавливают в нем по скользящей посадке с зазором 0,01...0,04 мм (чугунные блоки). Разновидностью сухих гильз являются укорочен­ные вставки из аустенитного чугуна в верхней зоне цилиндра, подверженной наибольшему износу.

Особое внимание при использовании сухих гильз уделяют обес­печению хорошего контакта с блоком. В противном случае ухудша­ются условия теплоотдачи от гильзы в охлаждающую жидкость, а радиальное распределение температур становится более нерав­номерным, что вызывает ее нежелательную термическую дефор­мацию.

Мокрая вставная гильза имеет опорный фланец (1), который располагается в верхней, средней или нижней части гильзы в коль­цевых приливах блока (рис. 4.3, в, г, д). Жесткость фланца должна быть достаточной для предотвращения излишней деформации гиль- 1Ы при затяжке силовых болтов (шпилек).

Более низкое расположение опорного фланца способствует улуч­шению охлаждения наиболее термически нагруженных верхней ча­сти гильзы и поршневых колец. Это уменьшает термическое короб- нение верхнего пояса гильзы, позволяет снизить износ и исключить «адиры поверхностей трения элементов цилиндра и поршневой группы.

С целью уменьшения деформации от действия боковой силы N гильзу фиксируют в двух опорных направляющих поясах (2), расположенных в верхней и нижней ее частях.

Для герметизации водяной рубашки в кольцевых канавках ниж­него направляющего пояса гильзы устанавливают уплотнительные кольца (3) из фторкаучука, фторугольно-водородного каучука, фто­росиликонового каучука или резины.

Верхний посадочный пояс гильзы располагают таким образом, чтобы уплотняющий пояс поршня при его положении в ВМТ нахо­дился на уровне жидкости в рубашке охлаждения.

Вследствие высокочастотной вибрации, вызываемой ударами от перекладок поршня, на охлаждаемой поверхности мокрой гильзы происходят кавитационные процессы, приводящие к ее )розии. Снижению их интенсивности способствует комплекс кон­структивных мероприятий, уменьшающих энергию ударов от пе­рекладок поршней, а также: повышение кесткости гильзы, более плотная ее посадка в направляющие пояса, установка специаль­ного демпфирующего кольца в зоне нижнего стыка гильзы и бло­ка (рис. 4.4).

Верхний торец гильзы должен выступать над опорной плоско­стью блока на 0,05...0,15 мм с целью более надежной герметиза­ции газового стыка при затяжке анкерных шпилек.

107

Толщину стенок цилиндра назначают минимально достаточной для ограниче- ния до уровня допустимой его деформа- ции при сборке и работе двигателя (для стенок мокрых чугунных гильз — 5...8 мм). В негильзованных блоках выбор толщины стенки цилиндра производят с учетом воз- можной его «разностенности» при изготов- лении и необходимого припуска на расточку при ремонте.

Длину цилиндра устанавливают мини- мальной из условия обеспечения возможно- сти свободного движения противовесов и шатуна. При этом допускается выход ниж- ней кромки юбки поршня за пределы ци- линдра при его положении в НМТ до вели-

чины 0,2D в случае отсутствия на поршне нижнего маслосъемного кольца на юбке поршня.

Для уменьшения массы блок-картера высота водяной рубашки внизу ограничивается осью поршневого пальца при нахождении поршня в НМТ и составляет около 70% хода поршня S.

Требуемая долговечность цилиндров достигается рациональным подбором материалов гильзы, поршня и поршневых колец, оп­тимизацией микрогеометрии и твердости их рабочих поверхностей, обеспечением стабильности его теплового состояния вне зависимо­сти от режимов работы двигателя, а также подбором характеристик и качества очистки топлива, масла и воздуха.

Гильзы цилиндров изготовляются методом центробежного литья из:

• серых и малолегированных чугунов перлитной структуры со среднепластинчатым неориентированным графитом, с добавками хрома, молибдена, фосфора, меди, ванадия для повышения износо- и коррозионной стойкости поверхности цилиндра;

• азотируемых сталей;

• алюминиевых заэвтектических сплавов с протравливанием ра­бочих поверхностей цилиндра до появления на них вкраплений кремния для повышения износостойкости.

Снижению расхода масла на угар и повышению износостой­кости поверхности цилиндра способствует создание по периметру и по образующей рабочей поверхности цилиндра маслоудержива­ющего рельефа методом накатки или хонингования.,

Коренные подшипники являются одними из наиболее нагружен­ных элементов двигателя (рис. 4.5). Для повышения коэффициента надежности жидкостного трения в подшипниках важно ограничить 108

Рис. 4.4. Уплотнение гиль­зы в нижнем поясе:

1— гильза цилиндра; 2— блок-картер; 3—кольцо для уплотнения стыка; 4— анти- канитационное кольцо; S— центрирующий пояс

Рис. 4.5. Крепление крышек коренных подшипников коленчатого вала:

I основная силовая шпилька; 2— стяжная сквозная шпилька; 3— стяжной болт; 4— фиксиру­ющая поверхность; 5— призоннал втулка; 6— фиксирующие выступы крышки; 7— установочный

штифт

деформации элементов данного узла, а также обеспечить соосность коренных опор двигателя.

При разъемных коренных подшипниках нижняя его часть выпол­нена в виде крышки и фиксируется в перегородке картера болтами или шпильками. Для уменьшения момента, деформирующего крышку, расстояние от оси шпилек до оси коленчатого вала прини­мается минимально возможным. Посадка крышки осуществляется но торцевым плоскостям, выфрезерованным в приливах перегород­ки картера. Увеличению жесткости и прочности картера способст­вует стяжка крышки со стенками картера с помощью болтов (рис. 4.2, ж). От возможных боковых смещений крышки фиксируют » ряде случаев специальными установочными штифтами или при- юнными втулками 5 (см. рис. 4.5).

В алюминиевых конструкциях для фиксации анкерных шпилек применяют бронзовые втулки (футурки) с внутренней резьбой, зали­ваемые в тело блок-картера.

Тонкостенные вкладыши коренных подшипников скольжения устанавливают в опорах с натягом (бблыпим в случае картеров из .алюминиевых сплавов); от проворачивания и осевых перемещений их фиксируют штифтами, запресованными в картер (крышку), или отгибными «усиками», упирающимися в плоскости стыка верхней и нижней частей опоры.

109

В картере обычно располагаются главная масляная магистраль диаметром 10...14 мм и каналы диаметром 3...5 мм для подвода масла под давлением к подшипникам коленчатого вала.

Материалы корпусных деталей. Блок-картеры двигателей в ос­новном изготовляют из чугуна или алюминиевого сплава и пока достаточно редко из магниевого сплава. Алюминиевый сплав по сравнению с чугуном менее износостоек, имеет в 2,5 раза мень­шую плотность, в 1,5 раза меньшую прочность, в 3 раза большую теплопроводность, вдвое больший коэффициент линейного рас­ширения. Для обеспечения требуемой прочности и жесткости элеме­нты конструкции блок-картера из алюминиевых сплавов имеют большие размеры, что частично нивелирует их преимущества по массе по сравнению с чугунными блоками. В целом изготовление блок-картера из алюминиевого сплава позволяет уменьшить его массу до 30% и массу всего двигателя на 12...20%. Алюминиевые сплавы обеспечивают лучший теплоотвод от нагретых зон и, следо­вательно, меньшие величины температурных градиентов и терми­ческих напряжений. Однако большее температурное расширение приводит к необходимости учета этого явления при назначении величин зазоров между элементами сопряжения поршень — ци­линдр. Цилиндры изготовляют из алюминиевого сплава, содер­жащего 30% кремния с оптимизированной структурой кристаллов, и для повышения их износостойкости предусматривают специаль­ные технологические мероприятия.

Перспективным материалом корпусных элементов является чу­гун с вермикулярным графитом, имеющий в 2 раза большую про­чность по сравнению с серым чугуном с пластинчатым графитом. Его применение позволяет снизить массу конструкции и прибли­зиться по этому параметру к блок-картерам из алюминиевых спла­вов.

При окончательном выборе материала для корпусных деталей ДВС исходят из совокупной стоимости всех этапов их жизненного цикла, в том числе изготовления (стоимости материала, отливки и обработки) и эксплуатации (затрат на перемещение дополнитель­ной массы, надежности и долговечности).

Головки цилиндров. В соответствии с функциональным назначе­нием конструкция головки цилиндров должна:

• создавать объем камеры сгорания в соответствии с требовани­ями, предъявляемыми к ее форме способом организации рабочего процесса;

• обеспечивать оптимальную конструкцию впускных и выпуск­ных каналов;

• создавать надежное уплотнение газового стыка; -

• осуществлять режим циркуляции охлаждающей жидкости, обеспечивающий наименьшую тепловую напряженность элементов головки на всех режимах работы;

110

• обеспечивать рациональное размещение необходимых деталей двигателя (свеч/форсунок, опор распределительного вала и т. д.), монтируемых на головке цилиндров.

Головки цилиндров выполняют в виде единой отливки для одного ряда цилиндров или индивидуально для каждого цилиндра.

Индивидуальные головки позволяют минимизировать их терми­ческие деформации, что позволяет повысить эксплуатационную на­дежность газового стыка, облегчить монтажно-демонтажные рабо­ты при производстве, ремонте и эксплуатации двигателя. Головки данного типа обычно используют в двигателях, форсированных наддувом.

Ввиду высоких газовых и термических нагрузок для обеспечения необходимой жесткости головки ее нижнюю опорную стенку со стороны привалочной плоскости делают достаточно массивной. При этом снижается вероятность коробления седел клапанов и по­вышается надежность газового стыка. Опорная стенка в головках из алюминиевого сплава имеет приблизительно в 1,5 раза большую толщину, чем в чугунных.

В головки из алюминиевого сплава двигателей с искровым зажиганием свечи ввертывают в бронзовые втулки бобышек, кото­рые со всех сторон омываются охлаждающей жидкостью.

В дизелях с разделенными камерами сгорания вихревые камеры и предкамеры располагают в головке и выполняют составными. Верхняя часть вихревой камеры располагается в теле головки, а ни­жняя изготовляется из жаростойкой стали и монтируется с внутрен­ней стороны головки заподлицо с привалочной ее плоскостью. Предкамеры устанавливают в специальную полость головки с на­ружной ее стороны.

При жидкостном охлаждении для снижения тепловой нагружен- ности головки в ней создают системы каналов и полостей для циркуляции охлаждающей жидкости. В дизелях жидкость поступает в головку из блока цилиндров к наиболее ее нагретым зонам к форсунке/свече, к седлу и приливам направляющей втулки выпуск­ного клапана, к перемычкам между клапанами, к выпускным пат­рубкам, к вихревой камере или предкамере. В ДсИЗ охлаждающая жидкость в головку подается насосом непосредственно из ради­атора. Для интенсификации охлаждения наиболее термонагружен­ных зон организуют направленное движение жидкости с помощью специальных запрессованных распределительных трубок, направля­ющих ребер и т. п.

Головка цилиндров является одним из наиболее нагруженных элементов двигателя. Она нагружается усилиями от предваритель­ной затяжки, воспринимает и передает на анкерные связи усилия от давления газов. Характерной особенностью условий работы головки цилиндров являются высокие термические напряжения,

ill

по величине значительно превышающие механические. Это является следствием высоких температур и больших их градиентов между отдельными элементами ее конструкции. При неудачно организо­ванном охлаждении в перемычках между клапанами могут образо­вываться трещины вплоть до появления прогаров. При больших термических деформациях головки может наблюдаться разгермети­зация клапанов и газового стыка.

В головках из чугуна температура поверхности камеры сгорания достигает 350 °С, перепады температур между отдельными точками доходят до 150 °С, а градиенты температур составляют 6... 10 К/мм. В головках из алюминиевых сплавов, обладающих лучшей тепло­проводностью, максимальные температуры не превышают 300 °С, перепады температур достигают 60 °С, а градиенты температур

5. .2 К/мм. Более благоприятное тепловое состояние головок из алюминиевых сплавов позволяет успешно использовать их в двига­телях, форсированных над дувом.

Уплотнение газового стыка (рис. 4.6). Для предотвращения про­рыва газов и охлаждающей жидкости между головкой и блоком цилиндров их стыковочная зона уплотняется прокладками. К их конструкции предъявляются следующие требования:

• сохранять работоспособность в течение длительного периода эксплуатации при воздействии на них высоких температур, а также коррозионно-активных элементов;

• обладать достаточной пластичностью для заполнения неров­ностей на опорных поверхностях головки и блока цилиндров;

• иметь необходимую упругость для обеспечения герметично­сти газового стыка при высокой ее усталостной прочности.

Упругость и толщину прокладки определяют величинами неров­ностей уплотняемых поверхностей* жесткостями, упругомеханичес­кими свойствами стягиваемых деталей и характеристиками матери­ала прокладки.

а — с уплотняющей прокладкой и плоским торцом гильзы; 6 — с прокладкой и выступающим буртиком верхнего торца гильзы; в — с прокладкой и уплотняющим кольцом; г — с уплот­няющим кольцом; 1— опорная плоскость; 2— центрирующий пояс; 3—- прокладка; 4— уплот­няющее кольцо; 5— резиновое кольцо уплотнения жидкостного стыка

5 4

з-

1

2

Рис. 4.6. Уплотнение газового стыка:

112

В автотракторных двигателях в основном используют проклад­ки следующих конструкций:

• цельнометаллические в виде листа из мягкой стали, меди или алюминия;

• наборно-металлические, представляющие собой набор (пакет) нескольких тонких листов мягкого металла;

• прокладки с основой в виде сетки или перфорированного листа из стали или алюминия с наполнителем из листов графитизирован- ного термостойкого картона. Для повышения прочности картон пропитывают резиной или специальными связующими жаростой­кими материалами.

Металлическая окантовка отверстия прокладки в зоне камеры сгорания позволяет защитить ее от действия газов, повысить ее упругость, прочность и надежность. Для создания больших удель­ных давлений в зоне окантовки толщину прокладки здесь несколько увеличивают.

В ряде конструкций на каждом цилиндре устанавливаются уп­лотняющие кольца из красной меди или алюминия, заполняющие кольцевые канавки торца гильзы при затяжке анкерных шпилек (болтов). В высокофорсированных двигателях аналогичным обра­зом могут использоваться прокладки из мягкой стали.

Для уплотнения водо- и маслопроводящих каналов в прокладке устанавливают резиновые кольца.

Нижняя половина картера выполняет роль резервуара для сбора и хранения масла и изготовляется либо штамповкой из листовой стали толщиной 1... 1,5 мм, либо отливается из алюминиевого спла­ва. Для повышения жесткости и интенсификации охлаждения его внутреннюю и наружную поверхности в ряде случаев оребряют, а в зоне стыка с верхней половиной картера приваривают пластину из листовой стали. Для герметизации и снижения шумоизлучения поддона его изолируют от верхней части картера с помощью специ­альных прокладок.

В практике современного двигателестроения все большее рас­пространение получают цельнолитые конструкции нижней части картера, в которых крышки коренных опор и масляный поддон объединены в одном блоке. При этом существенно повышается жесткость корпуса, уменьшаются деформации и повышается соос­ность коренных опор.

2. ЦИЛИНДРЫ И КАРТЕРЫ ДВИГАТЕЛЕЙ С ВОЗДУШНЫМ ОХЛАЖДЕНИЕМ

Корпус двигателя с воздушным охлаждением обычно состоит из картера с установленными на нем отдельными цилиндрами.

В целях интенсификации отвода теплоты от деталей, форми­рующих камеру сгорания, наружную поверхность цилиндров и го­

113

ловок цилиндров оребряют. Обычно коэффициент оребрения — отношение площади контакта с охлаждающим воздухом наружной поверхности цилиндров к величине контакта внутренней поверх­ности цилиндров составляет в автотракторных ДВС 15...23.

Доля теплоты, которая отводится через систему охлаждения и приходится на головку цилиндра, составляет для дизелей 45...60% и для ДсИЗ 60...75%. В таком же соотношении находятся и площади их оребрения.

По способу фиксации цилиндров на картере различают следу­ющие силовые схемы корпусов ДВС (рис. 4.7):

• с несущими цилиндрами, когда силы давления газов вос­принимаются стенками цилиндра; при этом головка к цилиндру, а также цилиндр к опорному фланцу картера крепятся короткими шпильками;

• с несущими силовыми шпильками, когда головка цилиндра и цилиндр фиксируются на картере с помощью длинных шпилек; при этом головка и цилиндр сжимаются усилиями предварительной затяжки шпилек.

Оребренные цилиндры ДВС воздушного охлаждения изготовляют отливкой из чугуна или алюминиевых сплавов. В ряде случаев используют биметаллические цилиндры, представляющий собой чу­гунную гильзу с напрессованной (залитой) на нее алюминиевой оребренной втулкой (рис. 4.8). Во втором случае обеспечивается лучшая теплопередача от цилиндра к оребренной втулке вследствие более качественного контакта металла гильзы и элементов оребре­ния цилиндра.

В цилиндрах из алюминиевых сплавов на внутреннюю рабочую поверхность наносят специальное противоизносное антикоррозион­ное покрытие (в простейшем случае слой пористого хрома).

Рис. 4.7. Силовые схемы ДВС с воздуш­ным охлаждением:

а — с несущими цилиндрами; б — с несущими силовыми шпильками

Рис. 4.8. Цилиндры ДВС с воздушным охлаждением:

а — монометаллические; б — биметал-

114

Оребренная часть цилиндра, составляющая 45...55% всей его длины, начинается непосредственно от стыка с головкой и доходит до зоны расположения поршневых колец при положении поршня в НМТ.

Геометрические параметры ребер и их количество определяются величиной площади поверхности охлаждения цилиндра и техноло­гическими возможностями производства. Наиболее рациональной формой поперечного сечения ребра является трапециевидная. Стен­ки цилиндра с ребрами соединяют плавными переходами в виде дуг окружностей. На интенсивность теплоотвода от ребер существенно влияет шаг между ними. Около ¹/₃ шага приходится на толщину ребра. Если шаг недостаточен, то у основания в промежутке между ребрами образуются застойные «мертвые» зоны и эффективная поверхность охлаждения уменьшается. В практических конструкци­ях величина шага находится в пределах от 8 до 3,5 мм.

Высота ребер цилиндров обычно не превышает 14...18 мм; ее рациональная величина зависит от теплопроводности материала цилиндра, а практическая — определяется технологическими воз­можностями литейного производства. Для обеспечения одинаковой радиальной жесткости оребренного цилиндра при невозможности обеспечить одинаковую высоту ребра по всему его периметру их делают разрезными. При применении высоких ребер с целью сниже­ния их вибрации и шумоизлучения между ними устанавливают специальные демпфирующие элементы.

Температура подогрева воздуха при прохождении между реб­рами может достигать 60...70°С, а его скорость между ребрами доходит до 50 м/с.

Головка цилиндра в двигателях с воздушным охлаждением явля­ется одним из наиболее теплонагруженных элементов. Вследствие >того ее, как правило, изготовляют из алюминиевых сплавов, об- падающих хорошей теплопроводностью, отливкой в металлические формы. Допустимая температура в ее наиболее нагретых зонах н этом случае должна ограничиваться 215...230°С и лишь кратко­временно может доходить до 260 °С. При конструировании головки большое внимание уделяют обеспечению равномерности темпера-

1. урного поля с целью уменьшения термических деформаций голов­ки и верхней части цилиндра. При изготовлении головки вследствие сложной ее конфигурации высоту рсбер охлаждения нельзя сделать более 50...60 мм. При изготовлении ребер фрезерованием удается несколько скомпенсировать этот недостаток за счет доведения тол­щины ребра до 1,5 мм при шаге 3,5...4,0 мм.

Герметизацию газового стыка при изготовлении головок из алюминиевого сплава возможно обеспечить без применения про­кладок за счет деформации элементов стыка при затяжке силовых шпилек.

115