Прокладки — это уплотнительный материал, зажимаемый между двумя сопрягаемыми деталями и предотвращающий утечку через это соединение жидкостей и газов. Большинство прокладок можно использовать только один раз. Они изготавливаются из мягкого материала, такого как пробка, резина, нитрил, бумага, жаростойкие материалы или графит, или мягких сплавов и металлов, например латуни, меди, алюминия или мягкой листовой стали. Эти материалы могут использоваться по отдельности или в сочетании с другими материалами для получения требуемого уплотнения. Выбор материала и конструкции прокладки зависит от материала, из которого изготовлены сопрягаемые детали, и их формы, а также от давления и температуры. Прокладка головки цилиндров уплотняет стык головки и блока цилиндров и предотвращает утечку давления из камер сгорания. К прокладкам головок цилиндров современных двигателей предъявляются такие требования, как стойкость к воздействию высоких температур и детонации. Такие прокладки называют анизотропными. Их конструкция обеспечивает быстрый отвод тепла от двигателя к охлаждающей жидкости. Основой прокладок служит стальной каркас, который с двух сторон покрыт специальным материалом, обеспечивающим необходимую степень уплотнения при различных значениях крутящего момента двигателя. Кроме того, в конструкцию некоторых прокладок входят жаропрочные кольца из нержавеющей стали, уплотняющие камеры сгорания, предотвращая утечку тепла и давления. На обе стороны многих прокладок также наносится специальное покрытие на основе силикона для дополнительного уплотнения при запуске и прогреве двигателя в холодную погоду. Прокладка головки цилиндров уплотняет также масляные каналы и направляет поток охлаждающей жидкости между блоком цилиндров и головкой блока. Для предотвращения утечек и коррозии прокладки имеют буртики и кольца.
Жидкий герметик
Сальник
Масляный поддон картера
Блок цилиндров
Комплект прокладок и уплотнителей двигателя
Жаропрочные кольца
Прокладка головки цилиндров
Головка цилиндров
Некоторые материалы могут разбухать, улучшая тем самым уплотнение. Например, если масло под крышкой головки цилиндров попадает на край прокладки, она увеличивается в размерах примерно на 30%, что повышает усилие герметизации между головкой цилиндров и крышкой и позволяет избежать утечек. Вращающие детали прокладками не уплотняются — в этом случае они износились бы очень быстро. Для герметизации таких деталей применяются сальники. Наиболее распространены кромочные сальники, представляющие собой резиновые кольца, которые прижимаются к уплотняемому валу цилиндрической винтовой пружиной, называемой пружинными кольцом. По такому же принципу сконструирован сальник, уплотняющий стержень клапана, чтобы масло не попало в камеру сгорания. Вращающиеся или скользящие валы допускается также уплотнять кольцевыми уплотнениями, однако они не отличаются такой долговечностью, как сальники. Современные сальники изготавливаются из различных материалов. Некоторые из них дополнительно пропитываются специальными веществами, повышающими их уплотняющие способности на валах, подверженных износу. При капитальном ремонте узлов и механизмов сальники заменяют новыми.
Головка цилиндров
Распределительный вал впускных клапанов
Распределительный вал выпускных клапанов
Полусферическая
Камеры сгорания дизельных двигателей
Непосредственный впрыск топлива
Предкамерный впрыск топлива
Камеры сгорания бензиновых двигателей
Овальная
Клиновая
Зона завихрения
Завихрение
Выпускной канал
Впускной канал
Типы и конструкция
Головка цилиндров крепится болтами к верхней части блока цилиндров. Ее внутренняя поверхность образует верхнюю часть камеры сгорания. В рядных двигателях для всех цилиндров используется одна головка. В V‑образных и оппозитных двигателях каждый ряд цилиндров имеет отдельную головку. Как и блоки цилиндров, головки изготавливаются из чугуна или алюминиевого сплава. Алюминиевый сплав предпочтительнее, так как в этом случае головка цилиндров получается более легкой. Кроме того, алюминий обладает большей теплопроводностью, чем чугун. Большинство деталей камеры сгорания — клапаны, свечи зажигания и форсунки — располагаются в головке цилиндров. В ней также делаются каналы для прохода топливовоздушной смеси из впускного коллектора к впускным клапанам и отработавших газов от выпускных клапанов к выпускному коллектору, а также каналы для охлаждающей жидкости между головкой и блоком цилиндров. Внутренняя поверхность головки цилиндров, т. е. верхняя часть камеры сгорания, сконструирована таким образом, чтобы улучшить завихрение топливовоздушной смеси и предотвратить оседание части топлива на поверхностях камер сгорания или стенках цилиндров. На такте сжатия между поршнем и головкой цилиндров образуются так называемые «зоны завихрения», улучшающие перемешивание топливовоздушной смеси.
Распределительный вал впускных клапанов
Распределительный вал выпускных клапанов
Полусферическая
Камеры сгорания дизельных двигателей
Непосредственный впрыск топлива
Предкамерный впрыск топлива
Камеры сгорания бензиновых двигателей
Овальная
Клиновая
Зона завихрения
Завихрение
Выпускной канал
Впускной канал
На бензиновых двигателях чаще всего можно встретить камеры сгорания трех форм:
· полусферической;
· овальной;
· клиновой.
В полусферической камере сгорания впускные клапаны располагаются с одной стороны, а выпускные — с другой. Такое решение обеспечивает перекрестный поток: топливовоздушная смесь поступает в цилиндр с одной стороны, а отработавшие газы выходят из цилиндра с другой стороны. Кроме того, такое расположение клапанов позволяет использовать относительно большие клапаны и каналы. Свеча зажигания находится посередине полусферы, благодаря чему обеспечивается меньшее пространство для распространения фронта пламени, чем в камере другой формы, и следовательно, процесс сгорания протекает более быстро и с большим КПД. На большинстве легковых автомобилей устанавливаются двигатели с полусферическими камерами сгорания.
Применяются также цилиндрические овальные камеры сгорания. Клапаны располагаются вертикально в ряд, что упрощает их привод. Свеча зажигания устанавливается с другой стороны, в результате чего укорачивается путь пламени.
В клиновой камере сгорания свеча зажигания располагается в самой высокой ее части. Клапаны установлены вертикально и под углом. По сравнению с камерами сгорания других форм такие камеры сгорания имеют меньшую площадь поверхности и, следовательно, меньше места для конденсации топлива. В результате этого не сгорает лишь малая часть топлива, что снижает содержание углеводорода в отработавших газах.
Распределительный вал впускных клапанов
Распределительный вал выпускных клапанов
Полусферическая
Камеры сгорания дизельных двигателей
Непосредственный впрыск топлива
Предкамерный впрыск топлива
Камеры сгорания бензиновых двигателей
Овальная
Клиновая
Зона завихрения
Завихрение
Выпускной канал
Впускной канал
Камеры сгорания дизельных двигателей бывают двух типов: с непосредственным и предкамерным впрыском. Оба типа камер обеспечивают завихрение впускаемого потока воздуха, что необходимо для тщательного смешивания сжатого воздуха и впрыскиваемого топлива. В двигателях с непосредственным впрыском топлива внутренняя поверхность головки цилиндров плоская, а сама камера сгорания представляет собой углубление в днище поршня.
В двигателях с предкамерным впрыском днище поршня плоское или имеет небольшое углубление. В таких двигателях основная камера сгорания заключена между днищем поршня и поверхностью головки цилиндров, в которой имеется еще одна небольшая камера, называемая вихрекамерой, в которую впрыскивается топливо. Вихрекамера имеет сферическую форму и соединена с основной камерой наклонным каналом. На такте сжатия такая форма камеры обеспечивает завихрение потока воздуха и лучшее перемешивание его с топливом, что повышает КПД процесса сгорания.
