Гильзовка блока цилиндров

Цилиндрическая гильза

Если с артиллерийской и гильзой стрелкового оружия все более или менее понятно, то гильза цилиндра может повергнуть некоторых людей в ступор. И неудивительно, ведь те граждане, которые не имеют дела с автомобильными двигателями, тепловозами или паровыми турбинами могут и не знать, что такое цилиндрическая гильза. Значение слова данной детали следующее – это специальная вставка, которую можно менять и которая устанавливается в блок-картер поршневого теплового двигателя. Предназначается такая деталь для того, чтобы снизить износ трущихся поверхностей. Кроме того, данная деталь может значительно облегчить ремонт двигателя.

В современном автомобилестроении используются две основные группы гильз:

• «мокрые» (изготовлены и встроены таким образом, чтобы иметь возможность соприкасаться с охладительной жидкостью двигателя);
• «сухие» (соответственно не могут соприкасаться с охладительной жидкостью двигателя).

Вне зависимости от типа гильзы, она должна иметь отличную износостойкость, прочность, а также антикоррозийную стойкость. Кроме того, цилиндрическая гильза – это та деталь, которая должна обеспечивать надежность уплотнений в местах стыка между головкой и блоком цилиндров двигателя.

Классификация патронов

Используемые в современном стрелковом оружии боеприпасы можно разделить на несколько условных классов, главным образом по калибру. Рассматривая патроны для боевого оружия, можно вывести несколько условных классов:

• Боеприпас для пистолетов имеет калибр от 4,5 до 12 мм;
• Боеприпас для револьверов имеет калибр от 5 до 12 мм;
• Боеприпас для штурмовых винтовок имеет калибр от 5,45 до 7,62 мм;
• Боеприпас для снайперских винтовок имеет калибр от 7,62 до 9 мм;
• Специальный «антиматериальный» боеприпас имеет калибр от 12,7 до 20 мм.

Патрон состоит из следующих частей – метательный снаряд (пуля), метательный заряд (порох), металлическая гильза и воспламенитель пороха (капсюль). Схематический рисунок пули и гильзы прилагается ниже.

Назначение устройство и принцип действия патронов

По назначению патроны бывают и специального назначения:Трассирующие боеприпасы применяются для коррекции огня одного стрелка или в составе подразделения. Пуля имеет одну или несколько ёмкостей, оставляющих видимый след, демонстрирующий направление полёта пули.

Зажигательные боеприпасы предназначены для поджигания конструкций, легко поддающихся воспламенению – дерево, ёмкости с горючим. Конструкция пули такого патрона содержит некоторое количество зажигательной смеси (белый фосфор, термитная смесь), которые сгорая, поджигали всё, что находится вокруг.

Бронебойные патроны в зависимости от калибра, применяются против целей защищённых бронелистами – бронежилеты, лёгкая бронетехника.

Экспансивные пули в основном применяются на охоте, за счёт увеличенного поражающего действия.

Признаки и последствия

Последствия и симптомы трещины в головке или блоке сильно зависят от зоны ее возникновения. Если говорить о наиболее распространенных случаях, то трещины между масляным каналом и рубашкой системы охлаждения приводят к смешиванию жидкостей. В расширительном бачке образовывается налет коричневого цвета, а масло на щупе имеет молочный оттенок. И в том и в другом случае речь идет об эмульсии, которая появляется при смешивании моторного масла и охлаждающей жидкости.

Трещина в верхней части гильзы приводит к обильному попаданию выхлопных газов в систему охлаждения двигателя. На поверхности охлаждающей жидкости в расширительном бачке может появиться маслянистая пленка. Появляющиеся в таком случае воздушные пробки нарушают циркуляцию ОЖ, как следствие, двигатель перегревается. За время простоя автомобиля в дефектном цилиндре будет скапливаться антифриз, из-за чего двигатель тяжело запускается, а в первые минуты работы из выхлопной трубы будет идти густой белый дым.

Если трещина в блоке цилиндров по нижней части гильзы, в момент опускания поршня давление в цилиндре снижается, из-за чего выхлопные газы практически не прорываются в водяную рубашку двигателя. При этом за время стоянки автомобиля через негерметичность гильзы ОЖ попадает в поддон и образовывает эмульсию на масляном щупе. В обоих описанных выше случаях наблюдается повышенный расход антифриза.

Этапы обжима

Для выполнения опрессовки с помощью гильз нужно придерживаться следующих этапов:

1. Первым делом определитесь, какой именно тип гильз вы планируете использовать. Материал провода должен полностью соответствовать материалу гильзы. Медные соединительные средства использовать для кабелей, которые изготовлены из алюминия не рекомендуется, так как может произойти химическое взаимодействие.
2. Внутреннюю часть гильзы нужно обработать с помощью кварцево-вазелиновых паст.
3. Теперь пришло время подготовить жилы соединяемых проводов. На этом этапе нужно снять изоляцию с проводов.
4. После удаления изоляции жилы нужно зачистить. В конце этого этапа поверхность провода должна приобрести металлический блеск.
5. Наденьте на подготовленные провода соединительную гильзу. При выполнении этой работы нужно следить, чтобы концы соединяемых проводов состыковывались между собой в центре гильзы.
6. Выполните опрессовывание специального инструмента. Действие необходимо выполнять до полного соприкосновения матриц.
7. Заизолируйте место соединения. Для этого можно воспользоваться изолентой или термоусадочной трубкой. Чтобы запаять трубку следует использовать строительный фен.

Это основные этапы, которые потребуется выполнить для организации качественной опрессовки. Технологию можно использовать для соединения проводов с большим сечением или для проводов в линии с высокой нагрузкой.

Типы закраин

Основная статья: Фланец (гильзы)

Закраина служит для извлечения гильзы из патронника

Закраина (тж. выступающая закраина фланец, рант, шляпка) — кольцевой выступ у основания гильзы (например, гильза винтовочного патрона 7,62×54 R, патронов к револьверам и гладкоствольным ружьям) или нижняя часть гильзы, образованная кольцевой проточкой (например, в большинстве современных патронов к автоматическому оружию). Служит для извлечения (экстрагирования) гильзы из патронника.

Существуют также гильзы, закраина которых образована выступом и проточкой (например, гильза винтовочного патрона Арисака калибра 6,5 мм, револьверные патроны .38 Smith & Wesson Special, .357 Smith & Wesson Magnum и др.).

Гильзы с выступающей закраиной в виде кольцевого выступа называются фланцевыми.

Гильзы с невыступающей закраиной, образованной кольцевой проточкой, называются бесфланцевыми.

Гильзы с частично выступающей закраиной, образованной выступом и проточкой, называются полуфланцевыми.

Диаметр закраины гильзы часто называют диаметром «фланца», в том числе и для бесфланцевых гильз. Сравнивая диаметр фланца с диаметром основания гильзы, можно легко определить тип закраины.

Термин «закраина» используется оружейниками, термин «фланец» применяется пользователями оружия, хотя фланец — это часть закраины, выступающая за основание гильзы.

Гильзы с выступающей закраиной (фланцевые)

7,62×54 мм R

Гильзы с выступающей закраиной используются в патронах к револьверам и гладкоствольному охотничьему оружию, кроме того, в патронах ко многим винтовкам, разработанным в XIX веке, таким как винтовка Мосина или британский Ли-Энфилд. Гильзы с закраиной помечаются буквой R (англ. rimmed — окаймлённый, с ободком). По соображениям больших затрат на производство и снабжение армии патронами нового образца, автоматическое оружие зачастую создавалось под ранее принятый на вооружение патрон (например, британский Брен)

Коробчатые магазины под такие патроны громоздки, и к тому же заряжание магазина требует осторожности, поскольку закраина каждого верхнего патрона должны находиться впереди закраины нижнего патрона, иначе патрон будет заклинен в магазине.

Гильзы с невыступающей закраиной (бесфланцевые)

.223 Remington

У основания таких гильз имеется кольцевая проточка для экстракции гильз из патронника. Гильзы без выступа закраины (англ. rimless — без ободка) в настоящее время наиболее популярны для применения в автоматическом оружии, так как они обеспечивают плотное заполнение магазина и надежность боепитания. Для использования в револьверах (например, Кольт М1917) патроны без выступающей закраины используются с пачками, либо патронная камора делается с уступом, в который упирается дульце гильзы.

Известны также гильзы без закраины (5-мм и 6,5-мм патроны к первым пистолетам Бергмана).

Гильзы с уменьшенной закраиной

Это гильзы с кольцевой проточкой и диаметром закраины меньшим, чем диаметр основания гильзы. (англ. RB — Rebated Rim (напр. 8×59 мм RB Breda) Такие гильзы встречаются редко (например, .50 Action Express для пистолета Desert Eagle). Это гильзы с увеличенным размером для использования более мощного патрона без замены боевой личинки в существующем затворе.

Гильзы с частично выступающей закраиной (полуфланцевые)

.38 Super

Закраина таких гильз образована кольцевым выступом и проточкой (англ. SR — Semi Rimmed — полуокаймлённый, с полуободком), например, гильзы к патронам .25ACP или .32ACP. Патроны с такими гильзами имеют тот же, хотя и менее выраженный, недостаток, что и патроны с выступающей закраиной: неправильно заряженный магазин может заклинить в самый неподходящий момент. Однако теоретически они пригодны для применения в револьверах.

Гильзы с пояском

.375 Н&Н Magnum

Гильза без закраины. Диаметр фланца равен диаметру основания (30-378 Weatherby Magnum)

Гильзы с пояском (англ. belted) появились в начале 20-го века когда был разработан мощный патрон .375 Н&Н Magnum. Гильза получила поверх основания особый поясок-утолщение, игравший двойную роль — во-первых несколько усиливалась прочность конструкции, а главное, поясок обеспечивал точную фиксацию гильзы в патроннике и надёжный накол капсюля. Диаметр фланца может быть равен диаметру пояска или же основания гильзы. Такие гильзы постепенно теряют былую популярность из-за популяризации патронов высокой мощности с гильзами без закраины.

Возможные дефекты гильз цилиндра

Трещины

С учетом того, что наиболее распространенным металлом, из которого изготавливаются гильзы цилиндров, является хрупкий чугун, нет ничего удивительного в том, что под воздействием высокой температуры и поперечных динамических нагрузок в гильзах могут образовываться трещины. 

Кроме того, среди причин возникновения растрескиваний металла значатся: ударные нагрузки или сотрясения, замерзание охлаждающей жидкости, перетяжка болтов блока цилиндров, перекосы при запрессовке самих гильз и многие другие.

Но чаще всего трещины возникают из-за температурных перепадов: сильного нагрева и стремительного охлаждения (например, в условиях крайнего севера).

Износ наружной поверхности гильз цилиндров

В «мокрых» гильзах их внешняя поверхность постоянно контактирует с охлаждающей жидкостью. Поэтому повреждения здесь могут происходить из-за кавитационного изнашивания либо коррозии. Чтобы не допускать последнего указанного фактора, следует заливать в систему охлаждения инертный антифриз, который к тому же имеет дополнительные противопенные и другие защитные присадки.

На первый взгляд кажется, что главное – это не допускать дефектов на внутренней поверхности гильзы, но повреждения на внешней также приводят к разрушению детали, к образованию протечек охлаждающей жидкости внутрь картера, смешению антифриза с маслом и повреждению всех смазываемых трущихся частей. Кроме того, масло тоже может попасть в систему охлаждения ДВС, что чревато регулярными перегревами мотора.

Излом бурта

Причинами такой поломки могут стать:

• посторонние частицы, которые не были удалены при запрессовке гильзы;
• перекос седла буртика в блоке цилиндров;
• некондиционная или просто неподходящая прокладка головки блока;
• неаккуратное следование технологическим требованиям при восстановлении ресурса двигателя, в результате чего бурт может быть поврежден.

Очень важно вовремя заметить такой дефект. Если запустить двигатель со сломанным буртом, то такая гильза может провалиться в сторону коленчатого вала

И как только излом окажется выше первого поршневого кольца, оно просто выскочит из места излома. Во время обратного хода поршня произойдет вдавливание гильзы, а коленвал, скорей всего, разобьет ее на части. В итоге будут повреждены: сама гильза (полностью), поршень (полностью), коленвал (частично), шатун (полностью). И хорошо, если не разрушатся элементы других цилиндров.

Износ посадочных поясков гильзы

Этот износ имеет отношение к кавитационному истиранию. Основной его признак – глубокие раковины на поверхности поясков. Это следствие коррозионного воздействия.

Разумеется, все вибрации, которые возникают при работе ДВС, отражаются и на гильзах цилиндров, причем в первую очередь. Это приводит к постепенному истиранию посадочных поясков.

Чаще всего можно наблюдать овальности посадочных поясков именно из-за кавитационного воздействия. Кроме того, в зазорах поясков может откладываться накипь, что также будет приводить к постепенному изменению формы гильзы в данном месте.

Износ внутренней поверхности цилиндров

Самое неприятное воздействие на зеркало цилиндра производит абразив. Случается это в тех случаях, когда установлен некачественный или бракованный воздушный фильтр или же в воздуховоде образовались дыры. Кроме того, мелкодисперсный абразив неизбежно начнет просачиваться в камеру сгорания при длительной эксплуатации автомобиля в запыленных районах. В качестве причины может выступать и небрежное хранение масла или топлива (в негерметичных емкостях, к примеру).

Гильза цилиндра изнашивается по всей длине неравномерно. В верхней ее части износ всегда больше, потому что именно там находится камера сгорания, где образуются и тысячеградусные температуры, и давление в десятки атмосфер, и всевозможные механические воздействия.

Типы гильз для опрессовки

Качество опрессовки во многом зависит от правильного выбора того или иного типа гильз. Прежде всего, они отличаются материалом исполнения, поскольку медный провод должен обжиматься и соответствующими медными гильзами.

Эти изделия представлены в двух видах и маркируются следующим образом:

• ГМ – гильзы медные, изготовленные из чистой меди, не имеющие никакого покрытия и ничем не обработанные. Своим внешним видом они напоминают обычные отрезки медных трубок.
• ГМЛ – гильзы медные луженые. Их поверхность покрывает специальный слой сплава олова и висмута. За счет этого предотвращается окисление и коррозия.

Ни в коем случае нельзя опрессовывать гильзами ГМЛ алюминиевые провода, как советуют некоторые недобросовестные специалисты. Дело в том, что в процессе опрессовки происходит деформация поверхностного слоя гильзы, что в дальнейшем рано или поздно вызовет коррозийную реакцию между медью и алюминием. Соединение алюминиевых проводов выполняется с помощью специальных изделий, выполненных из такого же металла и обозначенных маркировкой ГА.

Для комбинированного соединения проводов существуют специальные гильзы, обозначенные как ГАМ – гильзы алюминиево-медные. Такая трубка состоит из двух частей и позволяет соединять встык провода из разнородных металлов.

Наиболее современным вариантом считается изделие ГСИ – гильза соединительная изолированная. Основа состоит из обычной луженой трубки, покрытой сверху слоем ПВХ изоляции. Такие гильзы используются для опрессовки медных проводов. Клещи надеваются поверх изоляционного слоя, после чего производится сжатие. Готовый узел после обжатия не требует дополнительной изоляции.

После буквенных обозначений в маркировке присутствуют еще и цифры. Они соответствую сечению провода, на который рассчитана гильза. Например, размеры гильз ГМЛ представлены широким ассортиментом и предназначены для проводников, сечением 2,5-300 мм2. То есть, с увеличением сечения проводника, возрастает и размер самой гильзы. Комбинированные изделия маркируются двумя цифрами через дробь: первая соответствует сечению медного проводника, а вторая – алюминиевого.

Гильзы для опрессовки выпускаются в различном конструктивном исполнении. В основном они изготавливаются в виде полых трубок, полностью гладких изнутри. В некоторых конструкциях внутри устанавливается перегородка, регулирующая глубину захода проводников. Обычно с перегородками выпускаются комбинированные гильзы, где коммутация проводов осуществляется встык.

Виды гильз цилиндра

По типу конструкции гильзы подразделяются на 3 основные группы:

 «Мокрые» гильзы цилиндров

ДВС, работающий с водяным охлаждением, имеет, соответственно, полость в блоке цилиндров, называемую водяной рубашкой. Фактически, гильзы непрерывно омываются охлаждающей жидкостью, чтобы не допустить их перегрева и, как следствие, не произошло заклинивания перегретых поршней в цилиндрах (из-за нерасчетного термического расширения). Такая схема называется «мокрой». Разумеется, в этом случае отвод тепла более эффективен, однако картер с такой схемой крепления цилиндров имеет меньшую жесткость.

Данная схема «сепаратных мокрых» гильз имеет и еще одно преимущество – высокую ремонтопригодность, а потому она чаще всего применяется в двигателях для тракторов, специальной техники и даже танков и других боевых машин.

«Мокрые» гильзы не нуждаются в доработке (например, в обточке) перед установкой. Изношенные гильзы просто заменяют без ремонта, при этом мотор даже не нужно демонтировать.

Поскольку «сепаратные» гильзы крепятся в картере по отдельности, то это автоматически означает наличие зазоров в местах соприкосновения гильз и корпуса блока цилиндров. А значит, потенциально может произойти прорыв газообразных продуктов сгорания топлива в рубашку или же, наоборот, просачивание охлаждающей жидкости в камеру сгорания (особенно если есть проблемы с системой зажигания и топливо на нескольких тактах не воспламеняется и не создает внутреннего давления).

Для предотвращения таких прорывов гильзы комплектуются уплотнительными прокладками. Хонингование внутренней поверхности цилиндра производится еще и затем, чтобы на ней образовывалась и могла стабильно удерживаться масляная пленка для уменьшения трения о стенки поршневых уплотняющих колец. Практически все современные автомобили оснащаются «мокрыми» гильзами.

«Сухие» гильзы

Так называются те гильзы, которые не имеют непосредственного соприкосновения с охлаждающей жидкостью. Это не значит, что двигатели с «сухими» гильзами – это моторы с воздушным охлаждением. Чугунная гильза вставляется в корпус блока цилиндров двигателя, выполненного из более легкого металла. Таковы, например, некоторые двигатели производства HONDA, Volkswagen, Land Rover, VOLVO, AUDI.

«Сухие» гильзы крайне удобны с точки зрения проведения капитального ремонта двигателя. Их можно не менять, а растачивать, причем несколько раз, продлевая тем самым ресурс мотора.

Японский автопроизводитель ISUZU устанавливает в двигатели собственного изготовления тонкостенные стальные гильзы, которые к тому же покрыты изнутри пористым хромом. Механической обработке такие детали подвергать нельзя. Они размещаются в блоке цилиндров без натяга, но с незначительным усилием и фиксируются, во-первых, за счет широкого бурта, которым гильза прижимается к головке блока, а во-вторых, за счет термического расширения металла, в результате чего гильзу распирает в посадочном отверстии.

Поскольку «сухие» гильзы являются пассивными элементами в двигателе с точки зрения обеспечения прочности корпуса силового агрегата (то есть гильзы не несут нагрузки), за них это делает сам корпус. А блок цилиндров при этом может иметь сложное сечение с многочисленными ребрами жесткости. Поэтому конструкция ДВС с «сухими» гильзами потенциально имеет большую прочность.

Гильзы цилиндров для двигателей с воздушным охлаждением

Блок-картерный тип отливки блока цилиндров для «сухих» гильз в данном случае неприменим. Из-за подобного усложнения неизбежно ухудшится теплоотвод от области камеры сгорания. Поэтому в ДВС с воздушным охлаждением используют литые цилиндры с оребрением для лучшей теплоотдачи. Ребра располагаются перпендикулярно оси цилиндра (но параллельно вектору движения мотоцикла, если речь о нем, чтобы обдувающие потоки воздуха эффективнее снимали тепло с ребер).

Гильзы цилиндров с воздушным охлаждением крепятся к верхней части картера ДВС (где располагается коленвал) с помощью анкерных шпилек. Такие гильзы могут быть монометаллическими (то есть изготовлены из металла одного вида) или же биметаллическими (то есть из сплава).

Кривошипно-шатунный механизм

Гильзы цилиндров

Гильза цилиндра является направляющей втулкой движущегося поршня и образует вместе с головкой цилиндра полость, в которой осуществляется рабочий цикл.
Это одна из наиболее нагруженных деталей двигателя – гильза цилиндра испытывает и высокие температурные нагрузки, и колоссальное давление со стороны сгорающей смеси топлива и газов, и воздействие изнашивающих сил трения, а также противостоит интенсивным коррозионным воздействиям.

Поршень, перемещаясь внутри гильзы возвратно-поступательно, оказывает на ее рабочую поверхность значительное давление. В верхней части гильзы из-за изменения направления движения поршня происходит разрыв масляной пленки и возникает граничное трение.
Кроме того, верхний пояс гильзы в результате воздействия продуктов сгорания высокой температуры подвергается электрохимической коррозии. В результате переменного давления со стороны рабочей полости цилиндра стенки гильзы, особенно при недостаточной толщине, могут совершать колебания в радиальном направлении. Это сопровождается изнашиванием и даже разрушением как самой гильзы, так и стенок блока.

С учетом вышеизложенного к гильзам цилиндров предъявляются следующие требования:

• большая жесткость и высокая прочность стенок и посадочных поясков;
• высокая износостойкость;
• полная герметизация стыков и сопряжений;
• простота конструкции и технологичность.

Для плотного прилегания поршня и поршневых колец к цилиндру и уменьшения сил трения между ними внутреннюю полость цилиндров обрабатывают с большой степенью точности и высоким значением шероховатости, поэтому она называется зеркалом цилиндра.

В качестве материала для изготовления гильзы цилиндра чаще всего используется серый чугун, который хорошо удерживает масляную пленку, отличается высокой износоустойчивостью и коррозийной стойкостью, а также имеет относительно низкую стоимость. Для повышения износостойкости чугуна в его сплав добавляют хром, молибден, фосфор, ванадий, медь.

***

На рисунке 1 представлены гильзы различной конструкции.

Применение гильз упрощает требования к изготовлению самого блока цилиндров. Кроме того, при выходе из строя одного из цилиндров не требуется замена всего блок-картера.

«Сухие» гильзы изготавливаются двух видов: с верхним опорным буртиком (рис. 1, б) и без него. Толщина стенок «сухих» гильз от 2 до 4 мм. «Сухие» гильзы могут также выполняться в виде короткой вставки в верхней части цилиндра, которая подвержена наибольшему изнашиванию и максимально напряжена. Такие вставки изготовляют из кислотоупорного высоколегированного чугуна, обладающего высокой износостойкостью.

При установке «мокрых» гильзы ее бурт (рис. 1, в) выступает над привалочной плоскостью блока на 0,05…0,15 мм. Это позволяет эффективно уплотнять ее, зажимая бурт через прокладку между блоком и головкой блока цилиндров.

Герметизация рубашки охлаждения в кольцевых канавках нижнего направляющего пояса осуществляется специальными уплотняющими кольцами из резины или каучука, либо медными прокладками. Эти же прокладки используются для регулировки положения гильзы по высоте.

Необходимая жесткость гильзы достигается выбором толщины ее стенок (5…8 мм), а также плотной посадкой гильзы в зоне ее центрирующих поясков в верхней и нижней плоскостях.

***

Учебные дисциплины

• Инженерная графика
• МДК.01.01. «Устройство автомобилей»
•    Карта раздела
•       Общее устройство автомобиля
•       Автомобильный двигатель
•       Трансмиссия автомобиля
•       Рулевое управление
•       Тормозная система
•       Подвеска
•       Колеса
•       Кузов
•       Электрооборудование автомобиля
•       Основы теории автомобиля
•       Основы технической диагностики
• Основы гидравлики и теплотехники
• Метрология и стандартизация
• Сельскохозяйственные машины
• Основы агрономии
• Перевозка опасных грузов
• Материаловедение
• Менеджмент
• Техническая механика
• Советы дипломнику

Олимпиады и тесты

• «Инженерная графика»
• «Техническая механика»
• «Двигатель и его системы»
• «Шасси автомобиля»
• «Электрооборудование автомобиля»