Avtoargon.ru

АвтоАргон
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что такое гильза и ее применение в двигателях

Что такое гильза и ее применение в двигателях

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.

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.

Специализированный моторный центр. Нюансы гильзования

Когда при вскрытии двигателя обнаруживаются критические повреждения стенок цилиндров, часто оказывается, что щадящий способ ремонта, растачивание и хониигование цилиндров под установку поршней ремонтного размера, неприменим. Действительно, таким образом восстановить блок удается далеко не всегда.

Подавляющее большинство чугунных блоков современных двигателей имеет так называемую моноблочную конструкцию. В моноблоке гильзы цилиндров (таким термином в общем случае называют стенки цилиндров) составляют с телом блока единое целое. Для таких блоков, как правило, выпускаются поршнекомплекты ремонтного размера. В качестве редкого исключения можно упомянуть отдельные типы дизельных двигателей (к примеру, Isuzu), в которых применяется блок из чугуна с запрессованными в него тонкими стальными гильзами. Они не растачиваются, а заменяются при ремонте. Тем не менее, в последнее время увеличивается доля двигателей с блоками, изготовленными из алюминиевых сплавов. Здесь, как говорится, возможны варианты.

Читать еще:  Датчик давления для дизельного двигателя тойота

Некоторые алюминиевые блоки изготавливаются составными. В них тонкостенные гильзы с толщиной стенки 2—3 мм выполняются из другого материала (чаще — чугуна) и устанавливаются в блок при его отливке. Такая конструкция получила название «блок с сухими чугунными гильзами» и применяется в 5- и 6-цилиндровых двигателях Volvo, 8-цилиндровых двигателях Land Rover, японских моторах Honda, Nissan, Suzuki, Subaru и ряде других. Технологии ремонта блоков с «сухими» гильзами, как правило, предусматривают возможность растачивания и хонингования цилиндров под увеличенный размер поршней, но из этого правила нередко бывают исключения.

Ряд автопроизводителей применяет цельноалюминиевые блоки, в которых поверхность стенок цилиндров подвергается специальной химико-термической обработке. Упрочненная структура поверхности, отличающаяся высокой концентрацией кристаллов кремния, получила название Silumal (по терминологии фирмы Mahle). Такую технологию используют при изготовлении блоков двигателей Mercedes V8 и V12, BMW V12, Audi V8, Porsche V8 и L4, Honda L4. Помимо этого, в некоторых моторах BMW применяются алюминиевые моноблоки, в которых на поверхность цилиндров наносится твердое покрытие Nicasil. Оно представляет собой композицию никеля и частиц карбида кремния. Для алюминиевых моноблоков типа Silumal производятся ремонтные поршнекомплекты с увеличением размера цилиндра на 0,5 мм и даже на 1,0 мм. Напротив, для алюминиевых моноблоков с покрытием Nicasil ремонтных поршней не существует.

Из сказанного следует, что первое ограничение на применение метода ремонта растачиванием под увеличенный размер поршня накладывается конструкцией блока. Возможности ремонта блока методом растачивания также ограничиваются величиной и характером повреждений. Степень износа стенок или глубина рисок и задиров могут достигать таких значений, что удалить эти дефекты нельзя даже при расточке цилиндра в максимально возможный ремонтный размер, Указанный способ ремонта тем более неприменим в случаях, когда в стенке образовалась трещина или обширная пробоина, или в месте заливки «сухой» гильзы появилась течь, в результате которой в цилиндр и картер поступает антифриз. Бывает, что ремонт, предусматривающий последующую установку комплекта ремонтных поршней, может оказаться просто нецелесообразным ввиду их высокой стоимости или дефицита.

Практически во всех случаях, когда растачивать цилиндры бесполезно или неэффективно, спасти ситуацию можно установкой в блок ремонтных гильз. Технология гильзования универсальна, ее можно применять для блоков любой конструкции.

Универсальная технология

Для ряда конструкций блоков заводы-изготовители допускают ремонт методом гильзования. В таком случае предусматривается поставка в запасные части к двигателю ремонтных гильз. Например, они поставляются для некоторых цельноалюминиевых блоков, изготовленных с применением технологии Silumal. Гильзы для таких блоков изготавливаются из алюминиевого сплава, структура их материала соответствует материалу блока. Безусловно, применение «фирменных» гильз дает наилучшие результаты с точки зрения восстановления работоспособности двигателя, но в наших условиях ограничивается их высокой стоимостью <более 100—120 Евро за гильзу>, а потому экономически оправдано лишь тогда, когда гильзуется один или несколько цилиндров.

Напротив, на некоторые типы блоков ремонтные гильзы не выпускаются. Такая ситуация характерна для алюминиевых моноблоков с покрытием Nicasil, а также и для многих моделей чугунных блоков. Означает ли это, что поврежденный блок ремонту не подлежит и его остается лишь выбросить? Отнюдь, отечественная практика показывает, что даже в тех случаях, когда ремонт гильзованием официально не одобрен заводом-изготовителем двигателя, его можно успешно применять. Правда, непременным условием является точный расчет и полное владение технологией установки гильз.

Опыт использования технологии ремонта отечественных моторов установкой ремонтных гильз, изготовленных из чугуна, насчитывает не один десяток лет. Ее особенности хорошо известны, и на них нет смысла останавливаться. В то же время, ввиду большого конструктивного разнообразия двигателей зарубежного производства, единых рекомендаций, касающихся процедуры их гильзования, не существует. Для успешного выполнения работы в каждом конкретном случае нужно учитывать два основных момента.

Во-первых, для правильного определения геометрических параметров ремонтной гильзы необходимо тщательно изучить конструкцию блока. После растачивания цилиндров под установку ремонтных гильз толщина их стенок должна быть достаточной для сохранения механической прочности блока. Во-вторых, материал, из которого изготавливается гильза, должен быть работоспособным в паре с материалом (или покрытием) поршней и поршневых колец. Работоспособность материала гильз можно считать достаточной, если ресурс отремонтированного блока достигает, как минимум, 150 000 км пробега автомобиля.

Проверено, что, используя гильзы, изготовленные из серого чугуна, обеспечить такой ресурс более чем реально. Их можно применять не только для ремонта чугунных моноблоков или алюминиевых блоков с «сухими» гильзами, но и для восстановления всех типов цельноалюминиевых блоков. В последнем случае установка чугунных гильз означает серьезное изменение конструкции, которое нельзя не принимать во внимание. Прежде всего учитывается разное тепловое расширение алюминиевого блока и ремонтной гильзы.

Чтобы в процессе работы не нарушался тепловой контакт между гильзой и блоком, гильза должна устанавливаться с натягом не менее 0,05—0,07 мм. В противном случае возможна потеря натяга гильзы при работе двигателя, перегрев и разрушение поршня, тепло от которого в основном отводится в стенки цилиндра через кольца. Помимо этого, необходимо внести изменения в тепловой зазор между поршнем и гильзой. В алюминиевом моноблоке он обычно составляет 0,01—0,02 мм. При использовании чугунной гильзы его следует увеличить в 2, а то и в 3 раза. Установлено, что долговечность вновь образующихся пар трения «чугун-сталь» и «чугун-хром» в местах контакта гильзы с поршнем и кольцами не намного ниже в сравнении с вариантом, когда цилиндры обработаны по заводским технологиям.

Однако не все так безоблачно. При выборочном пользовании отдельных цилиндров алюминиевых блоков чугунными гильзами часто наблюдается деформация цилиндров, соседствующих с ремонтируемыми. Искажения формы цилиндров в виде эллипсности возникают из-за двух факторов: вынужденно большой величины натяга ремонтной гильзы и недостаточно большой прочности алюминиевого сплава. Если эллипсность не превышает величины в 0,02—0,03 мм, это не так страшно. Такие отклонения могут быть компенсированы податливостью тонких поршневых колец, которые применяются в моторах зарубежного производства. И все же более правильным в этой ситуации будет либо гильзовать весь блок (одну сторону в случае V-образного двигателя), либо провести последующую обработку всех цилиндров под установку поршней ремонтного размера, если таковые предусмотрены. Именно по этой причине использование упоминавшихся «фирменных» алюминиевых гильз при ремонте отдельных цилиндров цельноалюминиевых блоков предлочтительнее. Они устанавливаются с меньшим натягом (около 0,02 мм) и потому не вызывают деформацию соседних цилиндров.

Эффект искажения формы соседних с ремонтируемыми цилиндров характерен и для чугунных блоков. В зависимости от жесткости стенок он может проявляться в большей или меньшей степени. Поэтому, установив ремонтную гильзу, обязательно нужно проверить, как это отразилось на геометрии расположенных рядом цилиндров и после этого принять оптимальное решение.

Все будет «О’кей»

Несмотря на то, что основные этапы гильзования неплохо отработаны, проблемы все же возникают. Одна из самых распространенных заключается в том, что после непродолжительной эксплуатации в гильзованном блоке может нарушиться герметичность прокладки головки блока. Такой серьезный дефект, перечеркивающий результаты многодневной работы, случается в основном при восстановлении блоков из алюминиевых сплавов и вызывается просадкой гильз. Вскрытие двигателя в таких случаях показывает, что гильзы опускаются от первоначального положения на величину 0,05—0,1 мм. Давление на прокладку ослабевает, что провоцирует появление течи.

Не понаслышке зная о существовании такой проблемы, специалисты моторного центра провели специальное исследование. Оно показало, что причина просадки гильз кроется в самом процессе установки гильзы в блок, В настоящее время редко кто устанавливает гильзы, задавливая их прессом. Такой метод применим только для чугунных блоков, да и то чреват деформацией тонкостенных гильз. Запрессовывать гильзы в алюминиевые блоки и вовсе не рекомендуется. При этом существует большая вероятность «подхвата» мягкого алюминиевого материала и образования обширных задиров. В таких местах нарушается тепловой контакт между гильзой и блоком. К тому же в месте неплотного прилегания к блоку гильза «дышит», что не позволяет выполнить ее качественную механическую обработку.

Разумная альтернатива запрессовке, одинаково пригодная для ремонта как чугунных, так и легкосплавных блоков, — установка гильз «от руки» после создания большой разницы температур между гильзой и блоком, Для этого предварительно нагревают блок или глубоко охлаждают гильзу, либо воздействуют на обе детали одновременно. Один из наиболее удобных способов — охлаждение гильз в жидком азоте. При соблюдении несложных мер безопасности можно быстро довести температуру гильз до такого уровня, когда останется лишь аккуратно опустить их в предварительно расточенные цилиндры.

Для фиксаций положения гильзы в цилиндре чаще используется хорошо себя зарекомендовавшая схема с упорным «буртиком» в верхней ее части (см. рис. 1). Гильза спускается в крайнее нижнее положение до касания буртом поверхности ответной выточки, выполненной при растачивании цилиндра. Обычно касание хорошо ощущается рукой по возникающему легкому стуку. Казалось бы, все очень просто, ничто не предвещает неприятностей, но исследования убедительно показали, что именно на этом этапе допускаются ошибки.

При изготовлении гильзы у большинства специалистов инстинктивно возникает желание минимизировать зазор между наружной поверхностью бурта и выточкой (б). В этом случае после финишной обработки привалочная плоскость блока выглядит абсолютно монолитной. Стремление сделать «как лучше», в соответствие с известной житейской практикой, приводит к обратным последствиям. Дело в том, что на заключительном этапе установки гильзы в полости (А), образующейся между буртом и выточкой, скапливается воздух. Если зазор недостаточен, воздух не успевает полностью покинуть полость. Сжимаясь, он работает аналогично пневмоподвеске — после легкого касания бурта упорной поверхности происходит «отбой». Гильза незаметно для глаза приподнимается и, нагреваясь, в этом положении «схватывается». Нагрев при работе двигателя ослабляет натяг и гильза проваливается.

Читать еще:  Что означает мощность двигателя генератора

Аналогичная картина наблюдается в случае попадания в ту же полость герметика. Герметик применяется при установке гильзы в цилиндр. Он наносится в верхней (всегда) и нижней (если стенки цилиндра имеют трещины или пробоины) зонах расточенного цилиндра для исключения просачивания антифриза в цилиндр и картер. Выполнять эту операцию нужно очень аккуратно, чтобы исключить попадание герметика в выточку.

Если гильзуется чугунный блок, после установки допускается «додавить» гильзы до упора. Вероятность их проседания при этом будет исключена. Другое дело, если блок — алюминиевый и особенно V-образный. В этом случае прилагать большие усилия не рекомендуется, так как его можно легко деформировать. Единственное, что можно и даже нужно сделать после установки гильз, — нагрузить («заневолить») их тем или иным способом. Эта мера предотвратит их подъем на этапе выравнивания температур из-за разницы коэффициентов теплового расширения материалов блока и гильз.

Один из способов избежать просадки гильз, установленных в легкосплавный блок, — перейти на другую схему фиксации гильзы. В ней гильза изготавливается без упорного буртика. Упорная поверхность, до которой она досылается, образуется растачиванием цилиндра не «на проход», а на рассчитанную глубину. К сожалению, рекомендовать этот способ к широкому применению нельзя. В такой конструкции, как и в блоках с «мокрыми» чугунными гильзами, последние, установленные «в распор» между прокладкой и выступом блока, постоянно испытывают продольные нагрузки и могут непредсказуемо деформироваться при работе.

В то же время проведенные эксперименты показали, что существует очень простой выход из создавшегося положения. При установке гильзы с верхним упорным буртом достаточно обеспечить радиальный зазор (б) не менее 0,2 мм. При этом условии подъем гильзы в момент установки практически исключается. То, что на привалочной поверхности блока появляются кольцевые щели, никак не отражается на работоспособности блока.

Чтобы полностью исключить возможность ошибки, все этапы процесса установки гильз рекомендуется отражать в технологической карте. На ней можно поместить чертеж зоны посадки. Перед сборкой гильзы и соответствующие им цилиндры маркируются. Затем с точностью до 0,01 мм измеряются высота буртиков и глубина выточек. Для каждой пары деталей рассчитывается теоретическая величина выступания гильзы над плоскостью блока, равная разности измеренных величин (см. рис. 2). Все данные заносятся в карту. После гильзования величина выступания каждой гильзы точно вымеряется и сравнивается с расчетной. Если обнаруживается расхождение, указывающее на неплотную посадку, гильза безжалостно вырезается, и процесс повторяется до полной «виктории».

Соблюдение именно такого комплекса правил гарантирует от неприятностей. По крайней мере, с прокладкой все будет «о’кей».

Ультрапрочные материалы снизят возможность деформации гильз цилиндров

В конце июня компания Federal-Mogul Powertrain провела Media Technology Day, представив профессиональному медиасообществу новейшие технологии компонентов двигателей внутреннего сгорания. Сегодня мы поговорим о гильзах цилиндров. Передовая технология литья деталей из чугуна уменьшает расход масла и трение в цилиндрах, а также позволяет повысить давление в камере сгорания. Вероятность деформации гильз при этом существенно снижается.

Компания Federal-Mogul Powertrain первой запустила серийное производство гильз цилиндров из ультрапрочного чугуна. Что значит ультрапрочного? А вот что. Эти детали, созданные из специального чугуна с вермикулярным графитом. Код материала по стандарту предприятия GOE330.

Собственно говоря, вермикулярный графит в чугуне не новость. Извините за банальность, но чугун – это сплав железа с углеродом. А графит представляет собой наиболее устойчивую кристаллическую модификацию чистого углерода, весьма желательного компонента в специальных марках чугуна. Но важна не только химическая чистота графита, но форма его включений в сплаве. Так вот, вермикулярный графит (от лат. vermiculus – червячок) в пространстве имеет форму изогнутых лепестков. И во многом благодаря им металлурги могут «программировать» механические свойства будущей отливки – прочность, упругость, термостойкость и проч.

Компания Federal-Mogul Powertrain поставляет гильзы цилиндров диаметром от 100 до 190 мм для производства двигателей, предназначенных для установки на внедорожные машины, суда и генераторные установки

В чем же заслуга Federal-Mogul Powertrain? А в том, что она это «программирование» освоила в совершенстве. Разумеется, в компании есть металловедческие лаборатории, оборудование и светлые головы. Но теория теорией, а ее эффективного внедрения добиваются далеко не все производители компонентов ДВС. Здесь же практические результаты применения материала GOE330 впечатляют.

Судите сами: в сравнении с широко используемым сегодня чугуном, новые гильзы показали при максимальном боковом давлении поршней снижение деформации на 27%. К слову, из этого материала производятся гильзы диаметром от 100 до 190 мм. А такие гильзы весьма капризны при изготовлении. Теперь это в прошлом. Уже не капризничают. Что касается эксплуатационных преимуществ новых гильз, предоставим слово производителям.

Модуль упругости GOE330 более чем на 15% выше, чем у высокопрочного чугуна, применяемого в настоящее время для изготовления гильз. А усталостная прочность выше примерно на треть

«Деформация под нагрузкой ухудшает уплотнение между гильзой и поршневыми кольцами, что приводит к повышенному расходу масла и износу, – говорит Жан-Мария Оливетти (Gian Maria Olivetti), директор по технологиям Federal-Mogul Powertrain. – Если повысить растяжение поршневых колец для компенсации, то одновременно с этим повысится трение и расход топлива».

Жан-Мария Оливетти (Gian Maria Olivetti), директор по технологиям Federal-Mogul Powertrain

«Разрабатывая новые материалы для гильз цилиндров, отличающиеся повышенной прочностью и твердостью, мы даем возможность нашим клиентам, производителям тяжелой техники, повысить максимальное давление в цилиндрах и сделать двигатели более эффективными, – продолжает г-н Оливетти. – Кроме того, появляется возможность закладывать в конструкцию более тонкие гильзы, что позволяет уменьшить размеры двигателей».

Продолжим изучение механических свойств нового материала. Модуль упругости материала GOE330 более чем на 15% выше, чем у применяемого в настоящее время высокопрочного чугуна. А усталостная прочность увеличилась примерно на треть. Но разработки на этом не заканчиваются: Federal-Mogul Powertrain планирует продолжить исследования в области повышения прочности и твердости материала.

Специалисты компании накопили огромный опыт разработки материалов для гильз цилиндров. Кроме того, они разработали методику и программное обеспечение для точного моделирования поведения гильз в тех или иных условиях, включая экстремальные. В руках исследователей современный инструмент для анализа информации и последующей оптимизации гильз под перспективные варианты применения с различными термическими и механическими нагрузками.

Одновременно с компьютерным моделированием проводятся испытания на стенде Hydropulser – это собственная разработка компании. С его помощью можно воспроизвести нагрузку от бокового усилия поршней и оценить усталостную прочность гильз. И лишь потом изделия сдают главный экзамен – тест на реальном двигателе.

Детали, созданные из специального чугуна GOE330 с вермикулярным графитом, при максимальном боковом давлении поршней показали снижение деформации на 27% по сравнению с используемым сейчас чугуном

Для гарантии соответствия серийных гильз эталонным образцам (а это очень высокие стандарты), в компании Federal-Mogul Powertrain используется прецизионное оборудование. Именно оно позволяет обеспечивать необходимые допуски – например, при хонинговании. А выходной контроль – это само собой. Он не менее тщательный, поэтому форма и размеры деталей неизменно оказываются в пределах жестких допусков.

Преимущества ультрапрочных гильз цилиндров первыми оценили производители двигателей для внедорожной техники. Это строительные, сельскохозяйственные и промышленные машины. Компания Federal-Mogul Powertrain также ожидает интереса со стороны производителей мощных двигателей для судов, генераторных установок и магистральных грузовых автомобилей. И снова слово представителям компании.

Распределение температуры по смазываемой части гильзы цилиндра Моделирование деформации гильзы по стандарту FEA

«Мы понимаем, что приоритеты для конкретных вариантов применения, а также рынков сбыта могут различаться. Поэтому предлагаем альтернативные решения, – сказал доктор Фолькер Шерер (Volker Scherer), руководитель подразделения Liners компании Federal Mogul Powertrain. – Для некоторых ключевыми качествами гильзы являются стоимость и доступность на рынке. Для других при проектировании сложных конструкций с большими нагрузками важны механические качества – как в случае с материалом GOE330. Мы же в любом случае можем предложить нашим клиентам комплект, включающий гильзу, поршень и поршневые кольца, оптимизированный под их требования».

В заключение отметим, что образцы новых гильз можно будет увидеть на Международной выставке коммерческого транспорта в Ганновере (Германия).

Гильзованный двигатель, его плюсы и минусы

Двигатели ТС со временем изнашиваются и требуют от мастеров определиться с методом проведения капитального ремонта. Один из способов, это гильзование силовых агрегатов. Если стенки в блоке цилиндров не позволяют из-за сильных дефектов производить расточку применяют гильзовку. Этой процедурой восстанавливают ремонтные размеры втулок.

В чем суть гильзования моторов

Проводят гильзование только, когда необходим капитальный ремонт двигателя и нельзя проводить расточку.

Читать еще:  Что такое двухвальный и четырехвальный двигатель

В блоке цилиндров есть специальная вставка для поршня – гильза. Ремонт мокрых гильз более простой. Здесь есть каналы, которые предназначены для отвода тепла и охлаждения движка.

Установка сухих гильз сложная процедура. Исправление деформаций проводят на специальном оборудовании. Перед гильзованием необходима полноценная диагностика для определения:

  1. Степени износа деталей.
  2. Методов их обновления.

Подготавливают блок к установке гильз:

  1. Проточкой цилиндров.
  2. Шлифовкой поверхностей.

Сухие гильзы обрабатывают поэтапно:

  1. Нагревают блок до + 150 град.
  2. Охлаждают втулки.
  3. Покрывают герметиком посадочные гнезда.
  4. Запрессовывают гильзы.

Обработку поверхностей выполняют для избавления от конденсата. Охлаждение проводят жидким азотом. Разницей температур и клеящим составом добиваются максимальной стыковки с надежным прилеганием элементов. Когда температура блока станет одинаковой с гильзой:

  1. Элементы становятся неразъемными частями.
  2. Восстанавливается компрессия двигателя.
  3. Рабочий режим нормализуется.

На стенки цилиндра действуют сильные нагрузочные силы, отчего деформируются поверхности, они вместо круглых превращаются в овальные. Кольца поршней перестают плотно прилегать, а газ с горючей смесью начинает проникать в картер. Увеличивается расход масла, двигатель снижает свою мощность. Гильзовка для некоторых моторов является единственным вариантом для возвращения их работоспособности.

Положительные моменты гильзования

Гильзы берут на себя функции стенок цилиндра благодаря стойкости:

  • К коррозии.
  • К механической и термической нагрузке.
  • Качественных материалов.

Гильзование позволяет восстановить двигатели, если:

  1. Вышли из строя цилиндры.
  2. Нельзя провести расточку.
  3. Изношены стенки.
  4. Ремонт проводился ранее по максимальным размерам.

Гильзировкой продлевают и улучшают эксплуатацию автомобиля, когда стенки цилиндров вышли из строя по причине:

  1. Нагрузок, созданных поршневыми кольцами и горячими газами.
  2. Отсутствовала смазка элементов.
  3. Сопряженные детали изготовлены из некачественного материала.
  4. Износ произошел по времени и пробегу.

Исправная работа двигателя после гильзовки гарантирована при условии:

  1. Авто пройдет обкатку, чтобы детали осуществили притирку между собой. Для этого необходимо соблюдение скоростного режима до прохождения конкретного пробега.
  2. Нельзя ездить на превышенных оборотах – только на средних.
  3. Скорость резко не увеличивать на первых километрах.
  4. Периодически проводить смену масла в соответствии с рекомендациями автомеханика.

Сухие втулки наделены преимуществом в отношении своих размеров, их диаметр и длина позволяет выполнять запрессовку после последних расточек. Изделия, изготовленные по «мокрой» технологии, внешней стороной касаются с жидкостью, которая охлаждает втулку и отводит тепло.

Новые автомобили имеют гильзованные моторы, которые просто поддаются ремонту, их даже не нужно снимать. Основным преимуществом гильзования является возможность замены только изношенных или поврежденных втулок, не затрагивая остальных.

Отрицательные показатели

Процедура гильзования сложная и трудоемкая работа, которую возможно провести:

  1. В мастерской со специальным оборудованием.
  2. Технологию подбирают в зависимости от конструкции силового агрегата.
  3. Гильзы должны соответствовать определенным требованиям в отношении материалов, размеров, форм, быть устойчивыми к нагрузкам.
  4. Ремонтопригодность зависит от типа изделий.
  5. Операции выполняют только опытные специалисты.

Чтобы от гильзования был эффект нужно знать правила проведения поэтапных мероприятий и четко соблюдать все требования с технологическими особенностями.

Вывод рекомендательного характера

При гильзовании учитывают ряд важных моментов:

  1. Блок цилиндров (БЦ) бывает алюминиевым или чугунным, цельным и гильзованным на заводе.
  2. Алюминиевые блоки не всегда предназначены для использования ремонтных поршней.
  3. Стенки чугунных цельных БЦ покрывают коном.
  4. В редких двигателях с чугунным блоком происходит установка стальных гильз.
  5. В алюминиевых ЦБ иногда устанавливают цельнолитый вариант.
  6. Если в качестве дополнения в сборке идут сухие гильзы, стенки должны быть обработаны специальным твердым покрытием, с которым будет контактировать поршень.
  7. Учитывают применение вида покрытия для использования ремонтных поршней при проведении гильзовки, в продаже есть алюминиевые втулки.
  8. Когда установку колец с увеличенными поршнями в алюминиевый блок нельзя выполнить, так как у производителя отсутствует ремкомплект, такое изделие подлежит гильзованию.
  9. Обработка чугунных агрегатов выполняется проще по сравнению с ремонтом алюминиевых БЦ. Причиной служит высокая стоимость заводских деталей, поэтому часто ремонтируют только 1 цилиндр.
  10. В алюминиевые БЦ ставят чугунные втулки как альтернативный способ для восстановления двигателя, механики активно используют взаимозаменяемость материалов.
  11. При ремонте учитывают, если гильзуют 1 цилиндр, что будет нарушена геометрия соседних элементов.

В любом случае, если правильно проведены работы, чугунные втулки продлевают работоспособность алюминиевых блоков до 160 тыс. км. Гильзование, как считают мастера автомастерских – это метод борьбы против заговора производителей. Чтобы чаще покупались машины, они ставят не долговечные ДВС. А на станциях технического обслуживания жизнь двигателей продлевают гильзованием.

Гильзовка блока цилиндров — технологический процесс гильзования

Доброго времени суток, уважаемые автолюбители! Суть технологической операции «ремонт двигателя» можно классифицировать на два типа: текущий ремонт двигателя и капитальный ремонт двигателя.

В текущий ремонт двигателя, смело относим такие операции, как например, замена прокладки ГБЦ или регулировка теплового зазора клапанов. Этот тип ремонта не требует демонтажа двигателя, и может быть выполнен в гаражных условиях своими руками.

С капитальным ремонтом двигателя дело обстоит чуть сложнее. В этом случае своими руками мы можем лишь произвести снятие и установку ГБЦ или блока цилиндров. А такие операции, как: расточка, хонингование или гильзовка блока цилиндров, уже нужно выполнять на специализированном оборудовании, которое вряд ли у вас завалялось в гараже.

  1. Что собой представляет гильза цилиндра
  2. Как происходит ремонт гильз цилиндров
  3. Технология гильзовки блока цилиндров

Что собой представляет гильза цилиндра

Гильза в переводе с немецкого языка – оболочка. В нашем случае гильза блока цилиндров – это съёмная металлическая вставка в блоке цилиндров. В ней перемещается поршень двигателя, и она же определяет рабочий объём цилиндра двигателя.

Ремонт гильзы цилиндра называется «гильзование» и является достаточно сложным технологическим процессом. Ремонт гильзы цилиндра производится либо по рекомендации производителя в определенные сроки (пробег), либо в случае износа цилиндров. Здесь учитываются и марка блока и модель двигателя, и, соответственно, износ цилиндра.

В современном автомобиле применяется два типа гильз:

  • «мокрые» гильзы – наиболее ремонтопригодные гильзы. Гильзы конструктивно взаимодействуют внешней стороной с охлаждающей жидкостью двигателя. Комплектуются уплотнительными прокладками, исключающими попадание жидкости или наоборот газов в охлаждающую жидкость.
  • «сухие» гильзы – этот тип гильз вмонтирован непосредственно в сам блок цилиндров при изготовлении

Типичными требованиями, которые предъявляются к эксплуатационным свойствам гильз цилиндров, являются: актикоррозийная устойчивость, высокая износостойкость металла, прочность. Надёжность уплотнений ремонтных гильз при гильзовании блока цилиндров должна обеспечиваться высокая надёжность уплотнений в месте стыка гильзы и блока.

К ремонтным гильзам предъявляются определенные требования, о которых должны знать не только специалисты, но и мы, автолюбители. Особенно, если приобретаем их самостоятельно.

  • Форма гильзы – её эллипсность и конусность не должны превышать 0,02 мм. а разность толщины стенки 0,01 мм.
  • Поверхность гильзы должна быть выполнена в соответствии 8-10 классу точности.
  • Выбор ремонтной гильзы блока производится по соответствующему каталогу. При выборе необходимо учитывать припуск для проведения последующей расточки.

Как происходит ремонт гильз цилиндров

Начнем с того, что уточним – ремонт гильз цилиндров не обязательно должен проводиться с заменой всех гильз. Для этого существует диагностика гильз цилиндров при помощи нутромера, после которой и принимается решение о замене гильз.

Технология ремонта гильз цилиндра отличается в зависимости от типа гильз. «Мокрые» гильзы более просты для ремонтных операций. Их замена производится вручную.

С «сухими» гильзами процесс замены более сложен, и требует применения оборудования и участия специалистов.

Технология гильзования цилиндров блока, практически подходит для ремонта любого двигателя. Блоки цилиндров из чугуна гильзуются чугунными втулками, изготовленными из легированного чугуна. Для алюминиевых блоков применяются гильзы из сплава алюминия с содержанием присадок для разных видов покрытия поверхности цилиндров.

Технология гильзовки блока цилиндров

В первую очередь производится расточка цилиндров. Процедура важная, так как здесь должна быть соблюдена правильная геометрия гнёзд под гильзы. Эллипс гнезда впоследствии передастся гильзе, что повлечет за собой неправильную работу поршня и… остальные вытекающие последствии.

После расточки под необходимый ремонтный размер, производится хонинговка гнёзд для точности поверхности. И, переходим к непосредственно процедуре гильзования блока цилиндров.

Гильзовка «сухих» гильз

Метод горячего гильзования имеет в основе своей учёт разницы температур блока и втулки. Блок нагревают до температуры 150 0 , затем в гнездо вставляется охлаждённая в жидком азоте гильза.

Предварительно гильза обрабатывается спецсоставом для того, чтобы избавить её от водяного конденсата при монтаже. Метод горячего гильзования считается наиболее качественным, т.к достигается наиболее оптимальный натяг в соединении материалов.

В случаях, когда цилиндры выполнены из галникала, они не поддаются предварительной расточке. Тогда гильзование алюминиевых втулок производится методом запрессовки.

Метод запрессовки состоит из следующих этапов:

  • нагрев ответной детали (в нашем случае – блока);
  • охлаждение втулки в азоте;
  • нанесение в отверстие гнезда герметика;
  • установка (запрессовка) втулки в гнездо.

Таким вот образом производится один из видов капитального ремонта двигателя – гильзование цилиндров блока. При грамотном выполнении этой операции, и при соблюдении всех рекомендуемых параметров, отремонтированный двигатель «пробежит» ещё не один десяток тысяч км.

Успехов вам в поиске классных специалистов для гильзования блока цилиндров двигателя.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector