Почему у автомобилей нет головки блока цилиндров с отдельными цилиндрами?

Раздельные головки цилиндров довольно часто встречаются в двигателях грузовых автомобилей, морских судов и промышленных установок. На это есть несколько причин, но основные из них следующие:

• Модульная конструкция позволяет производителю просто удлинить блок и добавить одну или несколько головок блока цилиндров и поршней. Это избавляет от необходимости использовать разные инструменты, запасы и производственные линии. Экономия на инструментах и производстве является важной задачей, поскольку эти двигатели производятся в относительно небольших количествах по сравнению с автомобильными двигателями. Учитывая, что стоимость инструментов для одного двигателя может составлять сотни тысяч, если не миллионы фунтов стерлингов / долларов США, сумма, затрачиваемая на один двигатель, значительна.




• Простота обслуживания и ремонта. Ожидается, что эти двигатели прослужат миллионы километров или часов, несмотря на небрежное отношение со стороны водителя и оператора, а также на суровые условия эксплуатации. Могут выйти из строя такие детали, как клапаны, поршневые кольца/гильзы и подшипники. Время — деньги, поэтому возможность просто снять головку блока цилиндров и заменить поршень и гильзу или саму головку крайне важна.

Однако у них есть недостатки, из-за которых в двигателях, выпускаемых в больших объёмах, и в высокопроизводительных двигателях не используются отдельные головки:

• На самом деле они подходят только для двигателей с толкателями, так как для шестицилиндрового двигателя потребовалось бы 24 сальника распределительного вала, если бы в нём использовались распределительные валы в головке блока цилиндров, а также потребовалось бы снять все крышки коромысел и поднять всю верхнюю часть двигателя, чтобы снять одну головку.




• При крупносерийном производстве это будет стоить дороже, так как в какой-то момент стоимость дополнительных деталей превысит экономию на оснастке.




• В этом нет необходимости, легковые автомобили и малотоннажные грузовики редко сталкиваются с внутренними проблемами, такими как повреждение прокладки головки блока цилиндров и поршней, поэтому дополнительные расходы не оправданы, так как они, вероятно, будут расходовать лишь 1/8 часть топлива большого грузовика.

Отдельные головки цилиндров являются нормой для радиальных двигателей, используемых в авиации, поскольку их совместное литьё или механическая обработка не дают никаких преимуществ. Обычно в таких случаях соотношение мощности и веса важнее стоимости. Кроме того, такие головки обычно имеют воздушное охлаждение и, следовательно, устроены проще, поскольку в них нет системы охлаждения.

Для автомобилей стоимость является важным фактором. До недавнего времени таким фактором не был вес. Одним из самых затратных факторов является время, затрачиваемое на производство. Конструктивным фактором является необходимость в жидкостном охлаждении, которое теперь практически обязательно для соблюдения норм выбросов.

Многоцилиндровая головка блока цилиндров позволяет многократно выполнять одну и ту же операцию механической обработки на каждом цилиндре, перемещая головку на фиксированное расстояние между операциями обработки. Объединение цилиндров в одной головке также позволяет отливать каналы для охлаждающей жидкости за один раз, что позволяет избежать использования фитингов и трубопроводов, а также сократить время обработки, связанное с установкой фитингов.

1. В большинстве современных автомобильных двигателей используются верхние распределительные валы. Верхние распределительные валы практически вынуждают использовать цельную головку блока цилиндров. Представьте, насколько сложно было бы выравнивать распределительный вал, если бы у каждого цилиндра была отдельная головка блока цилиндров.




2. Герметизировать каналы для охлаждающей жидкости и масла в двигателе с водяным охлаждением проще, если в нём меньше соединений. Чем меньше компонентов, тем быстрее сборка.




3. В прошлом крупные отливки статистически чаще имели дефекты, чем более мелкие. Это привело к тому, что производители стали проектировать блоки цилиндров и головки блока цилиндров, рассчитанные не более чем на 2–3 цилиндра. С развитием технологий эта проблема стала менее актуальной.

Несмотря на эти преимущества, отдельные головки цилиндров по-прежнему используются в мотоциклетных и авиационных двигателях с воздушным охлаждением.

Необходимо учитывать несколько факторов.

Простота и стоимость массового производства. Отдельные стволы требуют индивидуальной сборки, в то время как в литой металлический корпус встроено множество элементов, и сборка может быть значительно упрощена за счёт автоматизации.

Прочность. Двигатели создают вибрацию, с которой ничего нельзя поделать. Цельный кусок металла может лучше справляться с этой вибрацией и направлять её, чем отдельные детали.

Охлаждение. Двигатели выделяют МНОГО тепла. Цельный кусок металла может отводить его очень легко и быстро, но, что ещё важнее, в системе охлаждения есть «каналы», встроенные непосредственно в двигатель. Это не шланги, которые могут треснуть и дать течь, а «каналы», проложенные в цельном металлическом блоке.

Да, отдельные стволы позволили бы вам заменить деформированный ствол, не переделывая весь блок, а модернизация системы сгорания была бы такой же простой, как замена всех отдельных стволов на более крупные без расточки блока, но ни то, ни другое не является приоритетом для производителя. А вот низкая стоимость производства и долговечность — да.