Приветствую читателей нашего уютного блога! Сейчас поговорим о сердце наших железных коней, двигателях внутреннего сгорания. А если точнее, в этот раз рассмотрим назначение кривошипно шатунного механизма – одного из ключевых механизмов мотора.
Трудно переоценить назначение кривошипно шатунного механизма. По сути, именно его мы обязаны благодарить за то, что наши железные кони не стоят на месте, а могут перевозить наши бренные тела и дарить нам радость вождения.
Если говорить сухим техническим языком, то назначение кривошипно шатунного механизма (КШМ) предназначено для преобразования энергии сгоревшей топливно-воздушной смеси в механическое вращение.
Естественно, КШМ не монолитная конструкция и состоит из ряда более простых деталей, о которых пойдёт речь ниже.
Условно элементы кривошипно-шатунного механизма можно разделить на две большие подгруппы: подвижные и неподвижные части.
К первой относятся поршни с кольцами и пальцами, шатуны, коленчатый вал (в простонародье коленвал), а также маховик.
Блок цилиндров
Неподвижные элементы КШМ представлены блоком цилиндров и головкой блока цилиндров, картером, а также прокладкой, расположенной между блоком и головкой.
А теперь чуточку подробнее о роли каждого из актёров театра кривошипно-шатунного механизма. Одним из первых удар сгорающей топливно-воздушной смеси принимает на себя .
Этот героический элемент представляет собой металлическую цилиндрическую деталь, грубо говоря, имеющую форму стакана.
На самом деле его форма довольно непростая – с канавками, выпуклостями, отверстиями и вырезами.
Все эти сложности форм нужны не только для эффективной работы мотора, но и для того, чтобы было где разместить поршневые кольца, а также куда вставить поршневой палец, к которому крепится следующая важная деталь механизма – .
Смысл существования шатуна прост, как пять копеек — передача поступательного движения поршня коленчатому валу.
Довольно скучная, но важная роль. Сам по себе шатун выглядит как металлический стержень двутаврового сечения.
С одного его конца находится отверстие для крепления к поршню при помощи поршневого пальца, а с другого – полукольцо, которое надевается на шатунную шейку вала и фиксируется болтовыми соединениями специальной крышкой.
Стоит отметить, что соединение шатуна с коленвалом подвижное – он же должен вращаться.
Коленчатый вал
Важность следующего элемента КШМ сложно переоценить – это .
Конечно, назвать эту деталь валом в привычном понимании довольно трудно – форма у него сложная и всё из-за того, что к нему крепятся все шатунно-поршневые связки двигателя.
Коленвал — ключевой вращающий элемент мотора и ему приходится выдерживать невероятные нагрузки, поэтому и требования к качеству его исполнения и прочности материалов высочайшие.
Основными деталями коленчатого вала являются шатунные шейки (места, куда крепятся шатуны), щёки, коренные шейки и противовесы. Кстати, своё название кривошипно-шатунный механизм получил именно благодаря части коленвала, а если быть точным, кривошипу – так иногда называют связку шатунной шейки и щёк по обе стороны от неё.
Венчает коленчатый вал с одной из сторон .
Нужно отметить, что, несмотря на свою относительную внешнюю простоту, маховик играет сразу несколько ролей.
Во-первых, в его главную задачу входит поддержание равномерного вращения коленвала во время работы мотора.
Во-вторых, именно это скромное металлическое колесо выступает связующим звеном между стартером и всё тем же коленчатым валом, когда Вы поворачиваете ключ зажигания для запуска двигателя.
Практически все подвижные части кривошипно-шатунного механизма располагаются в блоке цилиндров, а закрывает всё это крутящееся и вращающееся безобразие от наших с Вами глаз головка блока цилиндров.
В неё, как правило, встроены клапаны, свечи и каналы для подвода охлаждающей жидкости, масла, а также воздушно-топливной смеси.
Нужно отметить, что именно вместе с головкой обуславливают такой немаловажный параметр двигателя, как его масса.
В классическом исполнении эти элементы изготавливаются из чугуна, но, благодаря современным технологиям, автопроизводители всё чаще применяют алюминий в их конструкции, что благотворно влияет на вес мотора и, как следствие, всего автомобиля.
Применение лёгких сплавов стало возможным даже в столь критичном элементе блока, как гильзы цилиндров (в них перемещаются вверх и вниз поршни), которые должны обладать стойкостью к износу и выдерживать высокие температуры.
А сколько цилиндров у твоего коня?
В заключение, дорогие наши читатели, хотелось бы сказать несколько слов о видах компоновки двигателей внутреннего сгорания и схемах расположения цилиндров.
Автомобильные концерны комплектуют свои творения моторами нескольких видов, а именно:
- рядными;
- V-образными;
- оппозитными;
- W-образными.
С точки зрения баланса, самыми оптимальными являются рядные и оппозитные двигатели.
Первые довольно распространены в автомире – рядные четырёхцилиндровые агрегаты встречаются сплошь и рядом, а вот судьба оппозитных не столь публична – они стали синонимом некой эксклюзивности и «клубности».
Так, к примеру, их можно встретить в недрах спортивных Porsche или Subaru.
Оптимальным же сочетанием характеристик обладают V-образные и их родственные W-образные двигатели. На их базе строят как доступные для среднестатистического автолюбителя машины, так и сумасшедшие суперкары, стоимость которых столь же невероятна, как и характер.
Работа W-образного двигателя:
//www.youtube.com/watch?v=xKBpiNorQYQ
Уважаемые посетители блога, в этой небольшой статье мы попытались прояснить назначение кривошипно шатунного механизма, рассмотреть его в общих чертах его компоненты. Буду признателен за подписку.
Читайте статьи на блоге и повышайте свой профессиональный уровень.
Двигатели внутреннего сгорания, используемые на автомобилях, функционируют за счет преобразования энергии, выделяемой при горении горючей смеси, в механическое действие – вращение. Это преобразование обеспечивается кривошипно-шатунным механизмом (КШМ), который является одним из ключевых в конструкции двигателя автомобиля.
УСТРОЙСТВО КШМ
Кривошипно-шатунный механизм двигателя состоит из трех основных деталей:
- Цилиндро-поршневая группа (ЦПГ).
- Шатун.
- Коленчатый вал.
Все эти компоненты размещаются в блоке цилиндров.
ЦПГ
Назначение ЦПГ - преобразование выделяемой при горении энергии в механическое действие – поступательное движение. Состоит ЦПГ из гильзы – неподвижной детали, посаженной в блок в блок цилиндров, и поршня, который перемещается внутри этой гильзы.
После подачи внутрь гильзы топливовоздушной смеси, она воспламеняется (от внешнего источника в бензиновых моторах и за счет высокого давления в дизелях). Воспламенение сопровождается сильным повышением давления внутри гильзы. А поскольку поршень это подвижный элемент, то возникшее давление приводит к его перемещению (по сути, газы выталкивают его из гильзы). Получается, что выделяемая при горение энергия преобразуется в поступательное движение поршня.
Для нормального сгорания смеси должны создаваться определенные условия – максимально возможная герметичность пространства перед поршнем, именуемое камерой сгорания (где происходит горение), источник воспламенения (в бензиновых моторах), подача горючей смеси и отвод продуктов горения.
Герметичность пространства обеспечивается головкой блока, которая закрывает один торец гильзы и поршневыми кольцами, посаженными на поршень. Эти кольца тоже относятся к деталям ЦПГ.
ШАТУН
Следующий компонент КШМ – шатун. Он предназначен для связки поршня ЦПГ и коленчатого вала и передает механических действий между ними.
Шатун представляет собой шток двутавровой формы поперечного сечения, что обеспечивает детали высокую устойчивость на изгиб. На концах штока имеются головки, благодаря которым шатун соединяется с поршнем и коленчатым валом.
По сути, головки шатуна представляют собой проушины, через которые проходят валы обеспечивающие шарнирное (подвижное) соединение всех деталей. В месте соединения шатуна с поршнем, в качестве вала выступает поршневой палец (относится к ЦПГ), который проходит через бобышки поршня и головку шатуна. Поскольку поршневой палец извлекается, то верхняя головка шатуна – неразъемная.
В месте соединения шатуна с коленвалом, в качестве вала выступают шатунные шейки последнего. Нижняя головка имеет разъемную конструкцию, что и позволяет закреплять шатун на коленчатом валу (снимаемая часть называется крышкой).
КОЛЕНЧАТЫЙ ВАЛ
Назначение коленчатого вала - это обеспечение второго этапа преобразования энергии. Коленвал превращает поступательное движение поршня в свое вращение. Этот элемент кривошипно-шатунного механизма имеет сложную геометрию.
Состоит коленвал из шеек – коротких цилиндрических валов, соединенных в единую конструкцию. В коленвале используется два типа шеек – коренные и шатунные. Первые расположены на одной оси, они являются опорными и предназначены для подвижного закрепления коленчатого вала в блоке цилиндров.
В блоке цилиндров коленчатый вал фиксируется специальными крышками. Для снижения трения в местах соединения коренных шеек с блоком цилиндров и шатунных с шатуном, используются подшипники трения.
Шатунные шейки расположены на определенном боковом удалении от коренных и к ним нижней головкой крепится шатун.
Коренные и шатунные шейки между собой соединяются щеками. В коленчатых валах дизелей к щекам дополнительно крепятся противовесы, предназначенные для снижения колебательных движений вала.
Шатунные шейки вместе с щеками образуют так называемый кривошип, имеющий П-образную форму, который и преобразует поступательного движения во вращение коленчатого вала. За счет удаленного расположения шатунных шеек при вращении вала они движутся по кругу, а коренные - вращаются относительно своей оси.
Количество шатунных шеек соответствует количеству цилиндров мотора, коренных же всегда на одну больше, что обеспечивает каждому кривошипу две опорных точки.
На одном из концов коленчатого вала имеется фланец для крепления маховика – массивного элемента в виде диска. Основное его назначение: накапливание кинетической энергии за счет которой осуществляется обратная работа механизма – преобразование вращения в движение поршня. На втором конце вала расположены посадочные места под шестерни привода других систем и механизмов, а также отверстие для фиксации шкива привода навесного оборудования мотора.
ПРИНЦИП РАБОТЫ МЕХАНИЗМА
Принцип работы кривошипно-шатунного механизма рассмотрим упрощенно на примере одноцилиндрового мотора. Такой двигатель включает в себя:
- коленчатый вал с двумя коренными шейками и одним кривошипом;
- шатун;
- и комплект деталей ЦПГ, включающий в себя гильзу, поршень, поршневые кольца и палец.
Воспламенение горючей смеси выполняется когда объем камеры сгорания минимальный, а обеспечивается это при максимальном поднятии вверх поршня внутри гильзы (верхняя мертвая точка – ВМТ). При таком положении кривошип тоже «смотрит» вверх. При сгорании выделяемая энергия толкает вниз поршень, это движение передается через шатун на кривошип, и он начинает двигаться по кругу вниз, при этом коренные шейки вращаются вокруг своей оси.
При провороте кривошипа на 180 градусов поршень достигает нижней мертвой точки (НМТ). После ее достижения выполняется обратная работа механизма. За счет накопленной кинетической энергии маховик продолжает вращать коленвал, поэтому чему кривошип проворачивается и посредством шатуна толкает поршень вверх. Затем цикл полностью повторяется.
Если рассмотреть проще, то один полуоборот коленвала осуществляется за счет выделенной при сгорании энергии, а второй – благодаря кинетической энергии, накопленной маховиком. Затем процесс повторяется вновь.
ОСОБЕННОСТИ РАБОТЫ ДВИГАТЕЛЯ. ТАКТЫ
Выше описана упрощенная схема работы КШМ. В действительности чтобы создать необходимые условия для нормального сгорания топливной смеси, требуется выполнение подготовительных этапов – заполнение камеры сгорания компонентами смеси, их сжатие и отвод продуктов горения. Эти этапы получили название «такты мотора» и всего их четыре – впуск, сжатие, рабочий ход, выпуск. Из них только рабочий ход выполняет полезную функцию (именно при нем энергия преобразуется в движение), а остальные такты – подготовительные. При этом выполнение каждого этапа сопровождается проворотом коленвала вокруг оси на 180 градусов.
Конструкторами разработано два типа двигателей – 2-х и 4-тактный. В первом варианте такты совмещены (рабочий ход с выпуском, а впуск – со сжатием), поэтому в таких моторах полный рабочий цикл выполняется за один полный оборот коленвала.
В 4-тактном двигателе каждый такт выполняется по отдельности, поэтому в таких моторах полный рабочий цикл выполняется за два оборота коленчатого вала, и только один полуоборот (на такте «рабочий ход») выполняется за счет выделенной при горении энергии, а остальные 1,5 оборота – благодаря энергии маховика.
ОСНОВНЫЕ НЕИСПРАВНОСТИ
Несмотря на то, что кривошипно-шатунный механизм работает в жестких условиях, эта составляющая двигателя достаточно надежная. При правильном проведении технического обслуживания, механизм работает долгий срок.
При правильной эксплуатации двигателя ремонт КШМ потребуется только из-за износа ряда составных деталей – поршневых колец, шеек коленчатого вала, подшипников скольжения.
Поломки составных компонентов КШМ происходят в основном из-за нарушения правил эксплуатации силовой установки (постоянная работа на повышенных оборотах, чрезмерные нагрузки), невыполнения ТО, использования неподходящих горюче-смазочных материалов.
Последствиями такого использования мотора могут быть:
- залегание и разрушение колец;
- прогорание поршня;
- трещины стенок гильзы цилиндра;
- изгиб шатуна;
- разрыв коленчатого вала;
- «наматывание» подшипников скольжения на шейки.
Такие поломки КШМ очень серьезны, зачастую поврежденные элементы ремонту не подлежат их нужно только менять. В некоторых случаях поломки КШМ сопровождаются разрушениями иных элементов мотора, что приводит мотор в полную негодность без возможности восстановления.
ОБСЛУЖИВАНИЕ КШМ
Чтобы КШМ не стало причиной выхода из строя силового агрегата, достаточно выполнять ряд правил:
- Не допускать длительной работы двигателя на повышенных оборотах и под большой нагрузкой.
- Своевременно менять моторное масло и использовать смазку, рекомендованную автопроизводителем.
- Использовать только качественное топливо.
- Проводить согласно регламенту замену воздушных фильтров.
Не стоит забывать, что нормальное функционирование мотора зависит не только от КШМ, но и от смазки, охлаждения, питания, зажигания, ГРМ, которым также требуется своевременное обслуживание.
К кривошипно-шатунному механизму предъявляются следующие требования: высокие прочность, жесткость, износостойкость, небольшая масса, плотная посадка поршня в цилиндре, уравновешенность вращающихся деталей.
Все детали КШМ делятся на две группы: неподвижные и подвижные. К неподвижным деталям относятся корпус (картер и цилиндры), головка блока цилиндров и поддон картера. Подвижными частями являются поршни с кольцами и поршневыми пальцами, шатуны, коленчатый вал и маховик.
Неподвижные детали КШМ
Корпус КШМ
Корпус КШМ объединяет в себе картер и цилиндры (цилиндр). Он является базовой частью (остовом) двигателя. На нем устанавливаются все механизмы и системы двигателя, и посредством него двигатель устанавливается на автомобиле.
Корпус двигателя может иметь три исполнения:
- картер, к которому крепятся отдельные цилиндры;
- картер, к которому крепятся цилиндры, объединенные в один блок цилиндров;
- блок-картер, в котором все элементы отлиты как одно целое.
В настоящее время с отдельными цилиндрами производят только двигатели воздушного охлаждения, так как изготовление блока цилиндров с охлаждающимися ребрами (высотой до 18 мм) представляет значительные технологические трудности.
Применение отдельных блоков цилиндров в современных автомобильных двигателях также ограничено. Они чаще всего используются в мощных дизелях, картеры и цилиндры которых изготовляют из легких сплавов. В большинстве автомобильных двигателей применяются блок-картеры несколько более сложные в изготовлении, но обладающие наиболее высокой жесткостью.
В зависимости от того, какие элементы корпуса двигателя воспринимают основную нагрузку, существуют следующие варианты силовых схем:
- с несущим блоком цилиндров (рис. 3.1, а);
- с несущими цилиндрами;
- с несущими силовыми шпильками (рис. 3.1, б).
^/2 Ъ/Ц
г Р г "/2 УР г "/2"
Р г 6)
Рис. 3.1. Силовые схемы двигателей с жидкостным охлаждением: а - с несущим блоком цилиндров; б - с несущими силовыми шпильками; Р г - сила давления газов
Первый вариант получил наибольшее распространение. Здесь нагрузки от рабочих газов воспринимаются стенками цилиндров, рубашкой охлаждения (полости для прохода охлаждающей жидкости), головкой блока цилиндров, поперечными перегородками картера, которые заканчиваются коренными опорами.
Второй вариант используется в двигателях с отдельными цилиндрами, соединенными с картером и головкой блока цилиндров короткими болтами или шпильками. В этом случае под действием давления рабочего тела стенки цилиндров и рубашки охлаждения, если она имеется, испытывают напряжение разрыва.
В третьем варианте блок цилиндров (или отдельные цилиндры), головка блока цилиндров и крышки коренных подшипников стягиваются длинными силовыми шпильками, ввернутыми в перегородки картера.
Блок-картер отливают из чугуна или алюминиевого сплава. Блок-картер У-образного двигателя показан на рис. 3.2.
Горизонтальная перегородка делит блок-картер на верхнюю и нижнюю части. В верхней части блока и горизонтальной перегородке имеются отверстия под цилиндры или гильзы цилиндров. В вертикальных перегородках картера есть отверстия под подшипники коленчатого вала, которые обрабатывают в сборе с крышками подшипников. Поэтому крышки подшипников не взаимозаменяемы. Для того чтобы повысить жесткость блок-картера, крышки коренных опор у некоторых двигателей дополнительно крепят к картерной части блока поперечными стяжными болтами.
В блок-картере выполнены отверстия для деталей механизма газораспределения, имеются плоскости для крепления фильтров, насосов и других механизмов.
Рис. 3.2. Блок-картер У-образного двигателя: / - корпус; 2 - отверстие под коленчатый вал; 3 - отверстие под распределительный вал; 4 - каналы для подвода охлаждающей жидкости;
5 - гильзы
Блок-картеры могут быть с цилиндрами, выполненными непосредственно в блоке, и со сменными гильзами цилиндров.
Гильзы цилиндров могут быть «мокрыми» или «сухими»: «мокрые» - если их наружные стенки омываются охлаждающей жидкостью, «сухие» - запрессовываются в расточенные отверстия цилиндров и не имеют контактов с охлаждающей жидкостью.
Для увеличения жесткости блок-картера двигателя выполняют следующее:
- объединяют все основные элементы в единый силовой каркас, имеющий пространственную конфигурацию (рис. 3.3);
- увеличивают число несущих перегородок, расположенных в одной плоскости с коренными опорами коленчатого вала;
- делают дополнительное оребрение перегородок и стенок;
- располагают плоскости разъема картера ниже оси коленчатого вала;
- используют У-образную компоновку;
- применяют туннельный картер.
Рис. 3.3. Блок-картер двигателя ЯМЗ-238: а - поперечный разрез; б - продольный разрез
Наиболее жесткую конструкцию имеет блок-картер с неразъемным туннельным картером (рис. 3.4), который обычно применяется при использовании в качестве коренных опор подшипников качения. В этом случае коленчатый вал монтируется с торца двигателя и наружные обоймы подшипников устанавливаются в расточенных гнездах картера. Туннельный блок-картер наиболее сложен в производстве.
Рис. 3.4. Туннельный блок-картер: а - продольный разрез; б - поперечный разрез
Себестоимость блок-картера, выполненного из серого чугуна, ниже блок-картера из алюминиевого сплава. Серый чугун обладает хорошими литейными качествами, прочен и легко обрабатывается. Отливки из серого чугуна не склонны к короблению и образованию трещин.
Если чугунные блоки отливаются в земляные формы, то блоки из алюминиевого сплава изготовляются литьем под давлением в разборные металлические формы. При этом обеспечиваются высокие точность и производительность. Существенным недостатком алюминиевых блоков является их повышенное тепловое расширение, что в процессе работы может вызвать искажение форм.
Вероятность деформации блок-картера при эксплуатации во многом определяется технологией его изготовления.
Искажение формы может произойти при неудачном выборе схемы КШМ двигателя, неравномерном нагреве, а также вследствие механической и особенно термической перегрузки двигателя при работе.
Кроме того, это может произойти при сборке двигателя, если не соблюдать рекомендуемый порядок и моменты затяжки болтов и гаек крепления головки блока цилиндров и крышек коренных подшипников.
Недопустимые деформации элементов блок-картера вплоть до разрушения могут произойти при его заправке холодной охлаждающей жидкостью при разогретом двигателе, а также при замерзании воды в рубашке охлаждения.
Кривошипно-шатунный механизм (далее сокращенно – КШМ ) – механизм двигателя. Основным назначением КШМ является преобразование возвратно-поступательных движений поршня цилиндрической формы во вращательные движения коленчатого вала в и наоборот.
Устройство КШМ
Поршень
Поршень
имеет вид цилиндра, изготовленного из сплавов алюминия. Основная функция этой детали заключается в превращении в механическую работу изменение давления газа, или наоборот, – нагнетание давления за счет возвратно-поступательного движения.
Поршень представляет собой сложенные воедино днище, головку и юбку, которые выполняют совершенно разные функции. Днище поршня плоской, вогнутой или выпуклой формы содержит в себе камеру сгорания. Головка имеет нарезанные канавки, где размещаются поршневые кольца (компрессионные и маслосъемные). Компрессионные кольца исключают прорыв газов в картер двигателя, а поршневые маслосъемные кольца способствуют удалению излишков масла на внутренних стенках цилиндра. В юбке расположены две бобышки , обеспечивающие размещение соединяющего поршень с шатуном поршневого пальца.
Шатун
Изготовленный штамповкой или кованый стальной (реже – титановый) шатун
имеет шарнирные соединения. Основная роль шатуна состоит в передаче поршневого усилия к коленчатому валу. Конструкция шатуна предполагает наличие верхней и нижней головки, а также стержня с двутавровым сечением. В верхней головке
и бобышках находится вращающийся («плавающий») поршневой палец, а нижняя головка
– разборная, позволяющая, тем самым, обеспечить тесное соединение с шейкой вала. Современная технология контролируемого раскалывания нижней головки позволяет обеспечить высокую точность соединения ее частей.
Коленчатый вал
Изготовленный из стали или чугуна высокой прочности коленчатый вал
состоит из шатунных и коренных шеек, соединенных щеками и вращающихся в подшипниках скольжения. Щеки создают противовес шатунным шейкам. Основная функция коленчатого вала состоит в восприятии усилия от шатуна для преобразования его в крутящий момент. Внутри щек и шеек вала предусмотрены отверстия для подачи под давлением масла .
Маховик
Маховик
устанавливается на конце коленчатого вала. На сегодняшний день находят широкое применение двухмассовые маховики, имеющие вид двух, упруго соединенных между собой, дисков. Зубчатый венец маховика принимает непосредственное участие в запуске двигателя через .
Блок и головка блока цилиндров
Блок цилиндров
и головка блока цилиндров
отливаются из чугуна (реже – сплавов алюминия). В блоке цилиндров предусмотрены , постели для подшипников коленчатого и распределительного валов, а также точки крепления приборов и узлов. Сам цилиндр выполняет функцию направляющей для поршней. Головка блока цилиндра располагает в себе камеру сгорания, впускные-выпускные каналы, специальные резьбовые отверстия для свечей , втулки и запрессованные седла. Герметичность соединения блока цилиндров с головкой обеспечены прокладкой. Кроме того, головка цилиндра закрыта штампованной крышкой, а между ними, как правило, устанавливается прокладка из маслостойкой резины.
В целом, поршень, гильза цилиндров и шатун формируют цилиндр или цилиндропоршневую группу кривошипно-шатунного механизма . Современные двигатели могут иметь до 16 и более цилиндров.
Кривошипно-шатунным называется механизм, осуществляющий рабочий процесс двигателя.
Кривошипно-шатунный механизм предназначен для преобразования возвратно-поступательного движения поршней во вращательное движение коленчатого вала.
Кривошипно-шатунный механизм определяет тип двигателя по расположению цилиндров.
В двигателях автомобилей применяются различные кривошипно-шатунные механизмы (): однорядные кривошипно-шатунные механизмы с вертикальным перемещением поршней и с перемещением поршней под углом применяются в рядных двигателях; двухрядные кривошипно-шатунные механизмы с перемещением поршней под углом применяются в V-образных двигателях; одно- и двухрядные кривошипно-шатунные механизмы с горизонтальным перемещением поршней находят применение в тех случаях, когда ограничены габаритные размеры двигателя по высоте.
Рисунок 1 – Типы кривошипно-шатунных механизмов, классифицированных по различным признакам.
Конструкция кривошипно-шатунного механизма.
В кривошипно-шатунный механизм входят блок цилиндров с картером и головкой цилиндров, шатунно-поршневая группа и коленчатый вал с маховиком.
Блок цилиндров 11 () с картером 10 и головка 8 цилиндров являются неподвижными частями кривошипно-шатунного механизма.
К подвижным частям механизма относятся коленчатый вал 34 с маховиком 43 и детали шатунно-поршневой группы – поршни 24, поршневые кольца 18 и 19, поршневые пальцы 26 и шатуны 27.
Рисунок 2 – Кривошипно-шатунный механизм двигателей легковых автомобилей
1, 6 – крышки; 2 – опора; 3, 9 – полости; 4, 5 – прокладки; 7 – горловина; 8, 22, 28, 30 – головки; 10 – картер; 11 – блок цилиндров; 12 – 16, 20 – приливы; 17, 33 – отверстия; 18, 19 – кольца; 21 – канавки; 23 – днище; 24 – поршень; 25 – юбка; 26 – палец; 27 – шатун; 29 – стержень; 31, 42 – болты; 32, 44 – вкладыши; 34 – коленчатый вал; 35, 40 – концы коленчатого вала; 36, 38 – шейки; 37 – щека; 39 – противовес; 41 – шайба; 43 – маховик; 45 – полукольцо
Блок цилиндров вместе с картером является остовом двигателя. На нем и внутри него размещаются механизмы и устройства двигателя. В блоке 11, выполненном заодно с картером 10 из специального низколегированного чугуна, изготовлены цилиндры двигателя. Внутренние поверхности цилиндров отшлифованы и называются зеркалом цилиндров. Внутри блока между стенками цилиндров и его наружными стенками имеется специальная полость 9, называемая рубашкой охлаждения. В ней циркулирует охлаждающая жидкость системы охлаждения двигателя.
Внутри блока также имеются каналы и масляная магистраль смазочной системы, по которой подводится масло к трущимся деталям двигателя. В нижней части блока цилиндров (в картере) находятся опоры 2 для коренных подшипников коленчатого вала, которые имеют съемные крышки 1, прикрепляемые к блоку самоконтрящимися болтами. В передней части блока расположена полость 3 для цепного привода газораспределительного механизма. Эта полость закрывается крышкой, отлитой из алюминиевого сплава. В левой части блока цилиндров находятся отверстия 17 для подшипников вала привода масляного насоса, в которые запрессованы свертные сталеалюминиевые втулки. С правой стороны блока в передней его части имеются фланец для установки насоса охлаждающей жидкости и кронштейн для крепления генератора. На блоке цилиндров имеются специальные приливы для: 12 – крепления кронштейнов подвески двигателя; 13 – маслоотделителя системы вентиляции картера двигателя; 14 – топливного насоса; 15 – масляного фильтра; 16 – распределителя зажигания. Снизу блок цилиндров закрывается масляным поддоном, а к заднему его торцу прикрепляется картер сцепления. Для повышения жесткости нижняя плоскость блока цилиндров несколько опущена относительно оси коленчатого вала.
В отличие от блока, отлитого совместно с цилиндрами, на представлен блок 4 цилиндров с картером 5, отлитые из алюминиевого сплава отдельно от цилиндров. Цилиндрами являются легкосъемные чугунные гильзы 2, устанавливаемые в гнезда 6 блока с уплотнительными кольцами 1 и закрытые сверху головкой блока с уплотнительной прокладкой.
Рисунок 3
1 – кольцо; 2 – гильза; 3 – полость; 4 – блок; 5 – картер; 6 – гнездо
Внутренняя поверхность гильз обработана шлифованием. Для уменьшения изнашивания в верхней части гильз установлены вставки из специального чугуна.
Съемные гильзы цилиндров повышают долговечность двигателя, упрощают его сборку, эксплуатацию и ремонт.
Между наружной поверхностью гильз цилиндров и внутренними стенками блока находится полость 3, которая является рубашкой охлаждения двигателя. В ней циркулирует охлаждающая жидкость, омывающая гильзы цилиндров, которые называются мокрыми из-за соприкосновения с жидкостью.
Головка блока цилиндров закрывает цилиндры сверху и служит для размещения в ней камер сгорания, клапанного механизма и каналов для подвода горючей смеси и отвода отработавших газов. Головка 8 блока цилиндров (см. ) выполнена общей для всех цилиндров, отлита из алюминиевого сплава и имеет камеры сгорания клиновидной формы. В ней имеются рубашка охлаждения и резьбовые отверстия для свечей зажигания. В головку запрессованы седла и направляющие втулки клапанов, изготовленные из чугуна. Головка крепится к блоку цилиндров болтами. Между головкой и блоком цилиндров установлена металлоасбестовая прокладка 4, обеспечивающая герметичность их соединения. Сверху к головке блока цилиндров шпильками крепится корпус подшипников с распределительным валом, и она закрывается стальной штампованной крышкой 6 с горловиной 7 для заливки масла в двигатель. Для устранения течи масла между крышкой и головкой блока цилиндров установлена уплотняющая прокладка 5. С правой стороны к головке блока цилиндров крепятся шпильками через металлоасбестовую прокладку впускной и выпускной трубопроводы, отлитые соответственно из алюминиевого сплава и чугуна.
Поршень служит для восприятия давления газов при рабочем ходе и осуществления вспомогательных тактов (впуска, сжатия, выпуска). Поршень 24 представляет собой полый цилиндр, отлитый из алюминиевого сплава. Он имеет днище 23, головку 22 и юбку 25. Снизу днище поршня усилено ребрами. В головке поршня выполнены канавки 21 для поршневых колец.
В юбке поршня находятся приливы 20 (бобышки) с отверстиями для поршневого пальца. В бобышках поршня залиты стальные термокомпенсационные пластины, уменьшающие расширение поршня от нагрева и исключающие его заклинивание в цилиндре двигателя. Юбка сделана овальной в поперечном сечении, конусной по высоте и с вырезами в нижней части. Овальность и конусность юбки так же, как и термокомпенсационные пластины, исключают заклинивание поршня, а вырезы – касание поршня с противовесами коленчатого вала. Кроме того, вырезы в юбке уменьшают массу поршня. Для лучшей приработки к цилиндру наружная поверхность юбки поршня покрыта тонким слоем олова. Отверстие в бобышках под поршневой палец смещено относительно диаметральной плоскости поршня. Посредством этого уменьшаются перекашивание и удары при переходе его через верхнюю мертвую точку (ВМТ).
Поршни двигателей легковых автомобилей могут иметь днища различной конфигурации с целью образования вместе с внутренней поверхностью головки цилиндров камер сгорания необходимой формы. Днища поршней могут быть плоскими, выпуклыми, вогнутыми и с фигурными выемками.
Поршневые кольца уплотняют полость цилиндра, исключают прорыв газов в картер двигателя (компрессионные 19) и попадание масла в камеру сгорания (маслосъемное 18). Кроме того, они отводят теплоту от головки поршня к стенкам цилиндра. Компрессионные и маслосъемные кольца – разрезные. Они изготовлены из специального чугуна. Вследствие упругости кольца плотно прилегают к стенкам цилиндра. При этом между разрезанными концами колец (в замках) сохраняется небольшой зазор (0,2…0,35 мм).
Верхнее компрессионное кольцо, работающее в наиболее тяжелых условиях, имеет бочкообразное сечение для улучшения его приработки. Наружная поверхность его хромирована для повышения износостойкости.
Нижнее компрессионное кольцо имеет сечение скребкового типа (на его наружной поверхности выполнена проточка) и фосфатировано. Кроме основной функции, оно выполняет также дополнительную – маслосбрасывающего кольца.
Маслосъемное кольцо на наружной поверхности имеет проточку и щелевые прорези для отвода во внутреннюю полость поршня масла, снимаемого со стенок цилиндра. На внутренней поверхности оно имеет канавку, в которой устанавливается разжимная витая пружина, обеспечивающая дополнительное прижатие кольца к стенкам цилиндра двигателя.
Поршневой палец служит для шарнирного соединения поршня с верхней головкой шатуна. Палец 26 – трубчатый, стальной. Для повышения твердости и износостойкости его наружная поверхность подвергается цементации и закаливается токами высокой частоты. Палец запрессовывается в верхнюю головку шатуна с натягом, что исключает его осевое перемещение в поршне, в результате которого могут быть повреждены стенки цилиндра. Поршневой палец свободно вращается в бобышках поршня.
Шатун служит для соединения поршня с коленчатым валом и передачи усилий между ними. Шатун 27 – стальной, кованый, состоит из неразъемной верхней головки 28, стержня 29 двутаврового сечения и разъемной нижней головки 30. Нижней головкой шатун соединяется с коленчатым валом. Съемная половина нижней головки является крышкой шатуна и прикреплена к нему двумя болтами 31. В нижнюю головку шатуна вставляют тонкостенные биметаллические, сталеалюминиевые вкладыши 32 шатунного подшипника. В нижней головке шатуна имеется специальное отверстие 33 для смазывания стенок цилиндра.
Коленчатый вал воспринимает усилия от шатунов и передает создаваемый на нем крутящий момент трансмиссии автомобиля. От него также приводятся в действие различные механизмы двигателя (газораспределительный механизм, масляный насос, распределитель зажигания, насос охлаждающей жидкости и др.).
Коленчатый вал 34 – пятиопорный, отлит из специального высокопрочного чугуна. Он состоит из коренных 35 и шатунных 38 шеек, щек 37, противовесов 39, переднего 35 и заднего 40 концов. Коренными шейками коленчатый вал установлен в подшипниках (коренных опорах) картера двигателя, вкладыши 44 которых тонкостенные, биметаллические, сталеалюминиевые.
К шатунным шейкам коленчатого вала присоединяют нижние головки шатунов. Шатунные подшипники смазываются по каналам, соединяющим коренные шейки с шатунными. Щеки соединяют коренные и шатунные шейки коленчатого вала, а противовесы разгружают коренные подшипники от центробежных сил неуравновешенных масс.
На переднем конце коленчатого вала крепятся: ведущая звездочка цепного привода газораспределительного механизма; шкив ременной передачи для привода вентилятора, насоса охлаждающей жидкости, генератора; храповик для поворачивания вала вручную пусковой рукояткой. В заднем конце коленчатого вала имеется специальное гнездо для установки подшипника первичного (ведущего) вала коробки передач. К торцу заднего конца вала с помощью специальной шайбы 41 болтами 42 крепится маховик 43.
От осевых перемещений коленчатый вал фиксируется двумя опорными полукольцами 45, которые установлены в блоке цилиндров двигателя по обе стороны заднего коренного подшипника. Причем с передней стороны подшипника ставится сталеалюминиевое кольцо, а с задней – из спеченных материалов (металлокерамическое).
Маховик обеспечивает равномерное вращение коленчатого вала, накапливает энергию при рабочем ходе для вращения вала при подготовительных тактах и выводит детали кривошипно-шатунного механизма из мертвых точек. Энергия, накопленная маховиком, облегчает пуск двигателя и обеспечивает трогание автомобиля с места. Маховик 43 представляет собой массивный диск, отлитый из чугуна. На обод маховика напрессован стальной зубчатый венец, предназначенный для пуска двигателя электрическим стартером. К маховику крепятся детали сцепления. Маховик, будучи деталью кривошипно-шатунного механизма, является также одной из ведущих частей сцепления.
