Циліндр

Циліндр двигуна - оброблене отвір в блоці циліндрів, всередині якого рухається поршень. У випадку, якщо блок циліндрів виконаний з алюмінію, всередину циліндра впрессовивается вставка-гільза з тугоплавкого матеріалу.

Класичний приклад циліндра - збройовий стовбур. Куля, як поршень, що рухається уздовж його стінок під впливом енергії розширюються газів

Двигуни, засновані на застосуванні поршня, що рухається всередині закритого ложа циліндричної форми, відомі з давніх пір. На цьому принципі ще два століття тому будувалися «двигуни гарячого повітря», наприклад, двигун Стірлінга, або ще більш старі теплові машини. Стосовно до автомобіля ми знайомі з циліндром як з частиною двигуна внутрішнього згоряння. Однак і таких двигунів різних конструкцій набереться не менше двох десятків. Але, незважаючи на явні відмінності в зовнішньому вигляді і конструкції, їх об'єднує одна загальна вихідна деталь – циліндр. Вона може бути різної форми, і навіть не циліндричної. Тим не менш, вона є завжди.

Циліндр як основа двигуна

У циліндрі відбуваються всі найважливіші процеси отримання і перетворення енергії, необхідної для руху автомобіля. Циліндр, по суті, сполучна ланка двох енергій: в ньому енергія згоряння палива переходить в енергію руху, обертального колінчастий вал.

Поршень та циліндр

Циліндр під час роботи відчуває величезні навантаження. З одного боку це висока температура і тиск газів, що розширюються, з іншого боку висока швидкість руху поршня, яка досягає 8 метрів в секунду.

При згорянні палива в циліндрах утворюється така величезна кількість теплової енергії, що двигун доводиться охолоджувати навіть коли на вулиці -25 градусів

Цей процес можна порівняти з бойовим пострілом, де порохові гази штовхають кулю, разгоняющуюся в стовбурі, (до речі, теж має форму циліндра) до дульної швидкості від 300 до 1000 метрів в секунду, в залежності від довжини ствола. До того ж з величезною частотою, як, наприклад, в пістолеті-кулеметі "Венус", до 2500 пострілів в хвилину.

І якщо на спортивному автомобілі група циліндрів повинна витримати один рекордний заїзд, то в звичайному легковому автомобілі від циліндрів потрібна робота протягом багатьох років, без втрати потужності, динаміки та інших показників.

Тому інженери автомобільних компаній змушені постійно вирішувати дві основні проблеми, пов'язані з надійністю циліндрів – відвід тепла і змазування поверхні, вздовж якої рухається поршень.

Конструкція циліндра

У перших двигунах внутрішнього згоряння кожен циліндр знаходився всередині окремого корпусу. Така конструкція збереглася і в наші дні і використовується, наприклад, при створенні мотоциклетних двигунів. У цьому випадку вона не втратила актуальності, тому що для охолодження відкритих зі всіх сторін двигунів мотоциклів застосовується повітря. В автомобільних двигунах всі циліндри об'єднані в єдиний міцний корпус, який називається блоком циліндрів.

Для того, щоб циліндр двигуна міг витримувати високі навантаження він виконується з міцного матеріалу - чавуну чи спеціальної сталі з різними присадками. Заради зниження ваги сучасні блоки часто роблять з алюмінію. У цьому випадку внутрішня частина циліндра виконується у вигляді міцної сталевої гільзи, запресованої в блок.

Внутрішня поверхня циліндра, що безпосередньо контактує з рухомим поршнем, виконується з металу зі спеціальними добавками для підвищення міцності.

Зовнішня частина циліндра, що становить єдине ціле з корпусом блоку, називається сорочкою. Всередині сорочки по каналах циркулює охолоджуюча рідина.

Щоб полегшити ковзання поршня усередині циліндра, розробники BMW запропонували покривати стінки циліндрів Никасилом - спеціальним сплавом, що дозволяє обходитися без гільз в алюмінієвому блоці

У двотактних двигунах циліндри мають дещо іншу конструкцію і відрізняються від циліндрів чотиритактних двигунів наявністю вікон – впускних і продувних. Крім цього в нижній частині циліндра двотактного двигуна є пластина для створення нижнього робочого простору під поршнем.

Системи охолодження циліндрів

Для відводу надлишкового тепла від циліндра двигуна передбачена система охолодження, яка може бути або повітряним, або рідинною.

Повітряне охолодження

Циліндри двигуна з повітряним охолодженням зовні покриті безліччю ребер, які обдуваються зустрічним або створені штучно за допомогою повітрязабірників потоком повітря, що відводить тепло від циліндра.

Химерний малюнок на внутрішній поверхні циліндра називається хоном, тому що для його нанесення використовується хонинговальный верстат

Рідинне охолодження

При рідинному (частіше званому водяним) охолодженні циліндри зовні омиваються циркулюючої в товщі блоку охолоджувальною рідиною. Нагріті циліндри віддають частину тепла рідини, яка в подальшому потрапляє в радіатор, охолоджується і знову подається до циліндрів.

Система змащення циліндрів

Якісне змащування стінок – друга за значимістю проблема відводу тепла. Якщо циліндр не змащувати зсередини, поршень просто заклинить, що призведе до негайного руйнування двигуна.

Для утримання стабільної масляної плівки на дзеркалі (внутрішньої поверхні) циліндрів, він піддається хонінгування – нанесення мікросітки на внутрішню стінку. Завдяки наявності такої сітки на стінках завжди присутній шар масла, що знижує тертя (поршень-циліндр), виводить надлишки тепла і збільшує в рази пробіг до капітального ремонту.

Нестандартні покриття циліндра

Розробники застосовують новітні технології і матеріали для зміцнення дзеркала циліндра і його зносостійкості.

Найбільший обсяг автомобільного двигуна – 117 літрів. Такий величезний обсяг реалізований у двигуні кар'єрного самоскида з 24 циліндрами

Так впровадження кристалів кремнію в дзеркало циліндра багаторазово підняло ресурс двигуна, але одночасно і підвищило вимоги до якості масла та дотримання температурного режиму. Перші двигуни, створені із застосуванням цієї технології, були непридатними для ремонту і занадто дорогими. Подальші розробки в цій області дозволили трохи поліпшити ситуацію в плані ремонтопридатності. Замість того, щоб покривати спеціальним складом поверхня циліндрів, виточених в товщі металу, блок почали встановлювати підлягають заміні гільзи з напиленням кремнію.

Типові технічні характеристики циліндрів автомобільних двигунів

  • Діаметр циліндра
  • Висота циліндра
  • Робочий об'єм – об'єм циліндра від верхньої мертвої точки до нижньої мертвої точки руху поршня.
  • Повний об'єм циліндра – об'єм камери згоряння і робочого об'єму разом.
  • Ступінь стиснення - визначається діленням повного об'єму циліндра на обсяг камери згоряння. Цей критерій показує, в скільки разів стиснута горюча суміш в циліндрі. Від збільшення ступеня стиснення в циліндрі збільшується тиск на поршень при згорянні палива, а значить, зростає потужність силової установки в цілому. Збільшення цього параметра дуже вигідно, так як від такої ж кількості суміші можна отримати більший ККД.

Recommended to read
Recommended to read
Recommended to read
Recommended to read