Устройство деталей кривошипно-шатунного механизма
Как устроен кривошипно-шатунный механизм многоцилиндрового двигателя?
Кривошипно-шатунный механизм (рис.11) многоцилиндрового двигателя состоит из цилиндров 10, поршней 12 с уплотнительными 22 и маслосъемными 23 кольцами, поршневых пальцев 16 со стопорными кольцами 15, шатунов 13 с вкладышами 20 в нижней головке и бронзовой втулкой 21 в верхней головке, коленчатого вала 32, маховика 34 с зубчатым венцом 35, картера с поддоном 1, головки блока 5 с уплотнительной металлоасбестовой прокладкой 4 и крышкой 6.
Рис.11. Кривошипно-шатунный механизм:
а – блок цилиндров с головкой; б – детали поршневой группы; в – коленчатый вал с маховиком.
Цилиндры изготавливаются в одной общей отливке, называемой блоком цилиндров 3. Для большей прочности вместе с блоком цилиндров отливается картер (нижняя часть блока цилиндров), предназначенный для установки коленчатого и распределительного валов (при нижнем расположении распределительного вала) и других деталей.
При жидкостном охлаждении вместе с блоком цилиндров отливается рубашка охлаждения, представляющая собой пустотелое пространство между наружной частью цилиндра и стенкой блока цилиндров, заполняемое охлаждающей жидкостью.
При воздушном охлаждении на внешней стороне цилиндра и головке выполнены ребра, увеличивающие площадь охлаждения. Обычно такие цилиндры изготовляются каждый в отдельности и затем крепятся к картеру двигателя.
У большинства современных автомобильных двигателей цилиндры отливаются в виде отдельных гильз 10, внутренняя поверхность которых растачивается под определенный размер, шлифуется и полируется до зеркального блеска, поэтому ее называют зеркалом цилиндра. Гильза называется мокрой, если она омывается охлаждающей жидкостью, и сухой, если она не соприкасается с охлаждающей жидкостью. На некоторых двигателях (автомобили ЗИЛ-130, ГАЗ-53А, ГАЗ-24 «Волга») в верхнюю часть цилиндра запрессовывается короткая сухая гильза 11 длиной 50-60 мм, изготовленная из износостойкого чугуна, что, значительно увеличивает срок службы цилиндров.
Использование цилиндров в виде сменных гильз упрощает ремонт двигателя, повышает срок его службы, так как это позволяет изготавливать гильзу из износостойкого легированного чугуна, а блок-картер из более дешевого серого чугуна или специального алюминиевого сплава АСЧ, пропитанного специальной искусственной смолой.
Мокрые гильзы уплотняются в блоке резиновыми кольцами 9 в нижней части и медными в верхней. Причем гильза в верхней части должна выступать над поверхностью блока на 0,02-0,30 мм для надежного уплотнения.
Сверху блок цилиндров герметично закрывается через металлоасбестовую прокладку 4 головкой 5 блока цилиндров, изготовляемой из алюминиевого сплава (карбюраторные и некоторые дизельные двигатели) или из специального чугуна (дизельные двигатели). На двигателях автомобилей КамАЗ на каждый цилиндр устанавливается отдельная головка, изготовленная из алюминиевого сплава.
Что располагается в головке блока цилиндров?
В головке блока цилиндров двигателей с верхним расположением клапанов имеются камеры сгорания, рубашка охлаждения, резьбовые отверстия под свечи зажигания или форсунки, каналы для подвода горючей смеси или воздуха в цилиндры двигателя и выпуска отработавших газов из них, отверстия для прохода штанг и болтов или шпилек крепления головки, клапаны с направляющими втулками и пружинами, иногда распределительный вал, ось коромысел, стойки и коромысла. Сверху головка закрывается крышкой 6 (рис.11).
В головке блока с нижним расположением клапанов выполняются рубашка охлаждения, камеры сгорания, резьбовые отверстия для свечей зажигания.
Как и в каком состоянии следует затягивать гайки шпилек или болты крепления головки блока цилиндров?
Гайки шпилек или болты крепления алюминиевых головок блока цилиндров затягивают на холодном двигателе, так как алюминиевая головка блока при нагреве увеличивается в высоту больше, чем стальные болты (шпильки), крепящие ее, а чугунных – на прогретом двигателе динамометрическим ключом с усилием и в порядке, указанном в инструкции завода-изготовителя.
Чем закрывается блок-картер двигателя снизу, спереди и сзади?
Снизу картер двигателя закрывается через уплотнительную прокладку 2 (рис.11) поддоном 1, изготовленным из стали. Передняя часть блок-картера закрывается крышкой 8 через уплотнительную прокладку 7. В задней части блок-картера крепится картер маховика.
Где находится механизм газораспределения в двигателях с нижним расположением клапанов и каналы подвода горючей смеси в цилиндры двигателя?
В двигателях с нижним расположением клапанов с одной стороны блока цилиндров выполняются каналы для подвода горючей смеси в цилиндры и отвода. отработавших газов из них и клапанная коробка с клапанами и распределительным валом.
Какое назначение поршня, как он устроен?
Поршень 12 (рис.11) представляет собой металлический стакан, установленный в цилиндре 10 с минимальным зазором. При рабочем ходе он своим днищем воспринимает давление газов, а при других ходах выполняет вспомогательные такты. Кроме того, поршень воспринимает нагрузки сил инерции, которые достигают наибольшей величины в мертвых точках. Средняя температура в цилиндре работающего двигателя достигает 1000°С, что вызывает нагревание центральной части днища поршня, изготовленного из алюминиевого сплава, до 250°С.
Следовательно, материал, из которого изготавливают поршень, должен обладать хорошей теплопроводностью, высокой механической прочностью и износостойкостью, быть легким, иметь небольшие коэффициенты линейного расширения и трения. Всем этим требованиям удовлетворяют высококремнистые алюминиевые сплавы с содержанием кремния до 20-25 %.
Поршень состоит из головки 41 (рис.11), днища 42, направляющих стенок (юбки) 44, бобышек 45. Днище может быть: плоским, выпуклым, вогнутым и фигурным. У большинства карбюраторных двигателей днище поршня плоское, у дизельных – фигурное, так как там находится камера сгорания. На головке поршня 12 выполняются канавки для установки компрессионных 22 и маслосъемных 23 колец. Юбка поршня является направляющей частью, ее диаметр несколько больше диаметра головки и подбирается по цилиндру с минимальным зазором.
С целью предохранения поршня от заклинивания в цилиндре при его нагревании, с внутренней стороны юбки и днища поршня некоторых двигателей могут устанавливаться пластины с малым коэффициентом линейного расширения, например, из инвара (сталь с содержанием 30-40 % никеля). Кроме того, на юбке поршня карбюраторных двигателей с одной стороны выполняется П, Т-образный иди косой разрез 43, позволяющий юбке амортизировать. На поршнях дизельных двигателей разрез юбки не делают, так как они воспринимают более высокие нагрузки.
Для получения минимального зазора между юбкой поршня и цилиндром в холодном состоянии юбка выполняется эллиптического профиля с меньшей осью эллипса в плоскости оси поршневого пальца. Поэтому поршень, нагреваясь, больше расширяется в этой плоскости и юбка из эллиптической становится цилиндрической, принимая форму цилиндра, а зазор между ними – равномерным.
Бобышки 45 представляют собой утолщение, в котором просверлено отверстие для установки поршневого пальца 16. В бобышках выполнены канавки для установки стопорных колец 15, удерживающих палец от осевого смещения.
Для безошибочной установки поршня в цилиндр на его днище или юбке нанесены метки в виде стрелки или надписи «вперед», «назад». Поршень устанавливают в цилиндр так, чтобы метка соответствовала указанному направлению, относительно движения автомобиля.
Из чего изготавливают поршневые кольца и какое их назначение?
Компрессионные кольца изготавливают из серого чугуна и подвергают специальной термической обработке, после чего они приобретают упругость. Прижимаясь к стенкам цилиндра, кольца уплотняют сопряжение поршня с цилиндром, предотвращая прорыв горючей смеси при такте сжатия или расширяющихся газов при такте расширения и выхлопа в поддон картера двигателя.
Маслосъемные кольца изготавливают также из чугуна. Они имеют по окружности прорезанные сквозные щели, а поршень в этих местах – сквозные отверстия. Благодаря такому устройству избыточное масло снимается маслосъемным кольцом со стенок цилиндров и стекает в поддон картера двигателя.
На, последних моделях двигателей устанавливают составные маслосъемные кольца. Они состоят из двух стальных плоских хромированных дисков 24 (рис.11) и двух расширителей: осевого 25 и радиального 26 (эспандера). Расширители обеспечивают плотное прилегание дисков к поверхности цилиндра и стенкам канавок поршня.
Какое количество колец устанавливают на поршень?
В зависимости от типа двигателя и частоты вращения коленчатого вала количество компрессионных колец на поршне может быть 2-4, маслосъемных 1-2. На некоторых двигателях (чаще дизельных) маслосъемные кольца устанавливают и на юбке поршня, что обеспечивает лучшее улавливание масла.
Какие условия должны соблюдаться при установке колец на поршень?
При установке колец на поршень, а поршня с кольцами в цилиндр необходимо, чтобы между их торцами был зазор 0,15-0,45 мм для карбюраторных двигателей и 0,3-1,0 мм для дизельных. Торцы (замки) колец могут быть прямыми, косыми и ступенчатыми. Наибольшее распространение получили прямые замки.
При установке колец на поршень замки необходимо располагать так, чтобы они были на большем расстоянии друг от друга. В канавках поршня кольца устанавливают с небольшим зазором (0,04-0,15.5 мм), что позволяет им перемещаться при нагревании. Однако при чрезмерном увеличении этого зазора усиливается насосное действие колец, при котором они переносят масло из поддона картера в цилиндр, вызывая нагарообразование в камере сгорания.
Верхнее компрессионное кольцо работает в наиболее трудных условиях, его температура может достигать 350-400°С, а это приводит к снижению прочности кольца, выгоранию и коксованию масла, происходит сухое или полусухое трение, приводящее к ускоренному износу колец и цилиндров. Поэтому верхнее кольцо (иногда оба) хромируют толщиной слоя 0,1-0,2 мм. Остальные кольца подвергаются электролитическому лужению толщиной слоя олова 0,005-0,01 мм или фосфатированию. Такие кольца быстрее прирабатываются к стенкам цилиндров, имеют больший срок службы и оказывают значительное сопротивление коррозии.
На некоторых двигателях компрессионные кольца с внутренней стороны имеют косой срез или канавки на торцах, благодаря чему при такте сжатия они скручиваются и принимают коническую форму. Тогда кольцо касается зеркала цилиндра не всей поверхностью, а лишь узкой кромкой, чем ускоряется приработка колец к цилиндрам и уменьшается расход масла. Имеются и другие усовершенствования, направленные на повышение срока службы колец. Например, в поршне двигателя автомобиля ЗИЛ-130 в верхней части залита чугунная вставка, в которой выполнена канавка для верхнего наиболее нагруженного компрессионного кольца.
Какое назначение поршневых пальцев и как они, устроены?
Поршневые пальцы 16 (рис.11) служат для шарнирного соединения поршня с верхней головкой шатуна. Они воспринимают от поршня значительные знакопеременные нагрузки давления газов, сил инерции, трения и передают их шатуну.
Пальцы изготавливают пустотелыми из стали, а их наружную поверхность подвергают цементации или закалке токами высокой частоты. В результате обработки внутренняя поверхность пальца остается вязкой, а внешняя твердой и износостойкой. Такой палец хорошо переносит знакопеременные нагрузки.
Как крепится палец в бобышках поршня?
На большинстве двигателей применяется плавающее крепление поршневых пальцев. При этом поршень перед сборкой нагревают в масле или воде до 60-100°С, после чего подводят головку шатуна 13 (рис.11) между бобышками поршня так, чтобы отверстия совпали, и устанавливают с небольшим усилием поршневой палец, который проходит через головку шатуна (в которую предварительно запрессовывают бронзовую втулку 21). Затем в канавки бобышек с обеих сторон устанавливают стальные стопорные кольца 15, предварительно сжав их концы. Теперь палец может вращаться вокруг своей оси как в бобышках поршня, так и в головке шатуна. Такое крепление позволяет получить равномерный износ пальца, поршня и втулки шатуна и значительно повысить срок их службы. На двигателях автомобилей ВАЗ поршневой палец запрессовывается в верхней головке шатуна, поэтому он может поворачиваться только в бобышках поршня.
Какое назначение шатунов и как они устроены?
Шатуны 13 (рис.11) служат для соединения поршней с шатунными шейками 33 коленчатого вала 32 и передачи ему давления газов во время такта расширения, а при тактах впуска, сжатия и выпуска при водят поршень в движение. Шатуны совершают сложное движение и подвергаются действию значительных сил инерции. Их изготавливают горячей штамповкой из качественных сталей двутаврового сечения с верхней неразъемной головкой, в которую запрессовывается бронзовая втулка 21 для уменьшения трения между поршневым пальцем и шатуном и нижней разъемной головкой 14, части которой соединены между собой болтами 17 с гайками 19 и шплинтами 18. В нижнюю головку устанавливаются подшипники скольжения, представляющие собой стальные тонкостенные вкладыши 20, с внутренней стороны покрытые тонким слоем антифрикционного сплава. Такой сплав обладает пористостью, поэтому он хорошо удерживает смазку и легко прирабатывается к шейке вала, обеспечивая минимальные потери на трение. В качестве антифрикционного сплава для вкладышей используют баббиты на оловянной или свинцовой основе, алюминиевые сплавы с большим содержанием олова, а для дизельных двигателей свинцовистую бронзу.
Вкладыши от смещения удерживаются штампованными выступами, которые входят в пазы на головке шатуна. В верхней части нижней головки шатуна просверлено отверстие диаметром 1,5 мм, через которое выбрасывается струя масла, смазывающая стенки цилиндра и кулачки распределительного вала. В некоторых (чаще дизельных) двигателях для подвода масла к поршневому пальцу в шатуне просверливают канал, а на вкладыше – соответствующее отверстие.
Какое назначение коленчатого вала и в каких условиях он работает?
Коленчатый вал 32 (рис.11) служит для восприятия усилия от шатунов, преобразования их в крутящий момент и передачи его на трансмиссию автомобиля.
Он работает в трудных условиях, так как в процессе работы на него воздействуют давления газов, силы инерции возвратно движущихся и вращающихся масс кривошипно-шатунного механизма. Все эти силы переменны по величине и направлению.
Различные части коленчатого вала испытывают деформации скручивания, изгиба, сжатия, излома, а его шейки, кроме того, подвергаются интенсивному износу. Поэтому, коленчатые валы изготавливают ковкой из легированной стали или литьем из высококачественного чугуна.
Как устроен и крепится коленчатый вал в двигателе?
Коленчатый вал состоит из коренных (опорных) 30 (рис.11) и шатунных 33 шеек, соединенных между собой щеками или щеками с противовесами 40. Коренные шейки находятся в одной плоскости. Их диаметр больше, чем шатунных, они термически обрабатываются и шлифуются. В местах сопряжения шейки и щеки выполняются плавные переходы, называемые галтелями, которые уменьшают напряжение в переходной зоне и повышают срок службы вала.
Коренными шейками вал опирается на скользящие подшипники 31, представляющие собой стальные тонкостенные вкладыши, залитые тонким слоем антифрикционного сплава такого же состава, что и шатунных подшипников. Вкладыши коренных и шатунных подшипников изготавливаются нескольких ремонтных размеров, что значительно упрощает ремонт, так как изношенные вкладыши не ремонтируются, а заменяются новыми соответствующего ремонтного размера.
Вкладыши коренных подшипников устанавливаются в расточках картера и крышках 38, прикрепляемых болтами 37 к картеру. Болты обязательно шплинтуют.
Количество коренных шеек обычно на одну больше, чем шатунных, тогда шатунная шейка находится между двумя опорными (коренными) шейками. Такой вал называется полноопорным.
На некоторых двигателях (автомобиль ГАЗ-52-04) устанавливается неполноопорный коленчатый вал. На таком валу между двумя опорными шейками располагаются две шатунные шейки.
Какое назначение маховика и где он крепится?
На заднем конце коленчатого вала к фланцу 36 (рис.11) жестко крепится маховик 34, представляющий собой чугунный, тщательно сбалансированный диск, имеющий строго определенную массу. Маховик, обладая энергией, запасенной при такте рабочего хода, обеспечивает равномерное вращение коленчатого вала, способствует преодолению сопротивления сжатия в цилиндре при пуске двигателя, позволяет двигателю преодолевать кратковременные перегрузки, например, при трогании автомобиля с места, а также передает крутящий момент от двигателя на трансмиссию автомобиля.
На ободе маховика жестко крепится стальной зубчатый венец 35 для пуска двигателя от стартера. На маховик наносятся метки для регулировки зажигания в карбюраторном двигателе или впрыска топлива в дизельном двигателе, а также балансировочные метки при балансировке коленчатого вала вместе с маховиком.
Что устанавливается в передней части коленчатого вала?
В передней части коленчатого вала карбюраторных двигателей в торец ввертывается храповик 27 (рис.11) для проворачивания коленчатого вала пусковой рукояткой. На валу также крепится шкив 28 привода вентилятора, шестерня 29 привода распределительного вала, маслозащитные устройства. Вдоль вала просверлен канал с грязеуловителями 39 для подвода масла к подшипникам.
Как устраняется осевое смещение коленчатого вала?
Для этого на передней опорной шейке коленчатого вала с обеих сторон в выточках подшипника устанавливают стальные упорные шайбы с баббитовой заливкой, которые и предотвращают осевое смещение коленчатого вала, появляющееся вследствие работы косозубых шестерен коленчатого и распределительного валов.
Торцевая поверхность шайб соприкасается со шлифованной торцевой поверхностью щеки вала и его специальным упорным кольцом, закрепленным на валу. На некоторых двигателях такое устройство устанавливают на средний или задний коренной подшипник коленчатого вала.
Какое количество шатунных шеек выполняют на коленчатом валу?
Количество шатунных шеек на коленчатом валу у двигателей с однорядным расположением цилиндров равно количеству цилиндров двигателя, а у V-образных двигателей автомобилей ГАЗ-53А, ЗИЛ-130, КамАЗ-5320 и других оно равно половине количества цилиндров, так как на каждой шейке коленчатого вала таких двигателей устанавливают по два шатуна.
Под каким углом располагаются колена на коленчатом валу?
Угол расположения колен (кривошипов) на коленчатом валу четырехтактного двигателя можно определить по формуле: α = 720/i, где i -количество цилиндров двигателя.
Как располагаются шатунные шейки в четырехцилиндровом четырехтактном двигателе и какой порядок работы такого двигателя?
В четырехцилиндровом четырехтактном двигателе с однорядным расположением цилиндров шатунные шейки располагаются попарно: 1-4, 2-3, угол между ними 180°. Тогда порядок работы такого двигателя (чередование рабочих ходов по цилиндрам двигателя) выбирают таким образом, чтобы равномерно нагружался коленчатый вал. Обычно применяют такой порядок работы: для двигателей автомобилей ГАЗ-24, УАЗ, РАФ, ЕрАЗ – 1-2-4-3; для двигателей автомобилей ВАЗ, ИЖ, «Москвич» – 1-3-4-2.
Порядок работы указывается в инструкции завода-изготовителя. На рисунке 12 представлены схемы и таблицы чередования тактов при каждом порядке работы двигателя.
Рис.12: Таблицы чередования тактов в четырехцилиндровом четырехтактном двигателе и расположение колен на коленчатом валу:
а – ГА3-24 «Волга»; б – «Москвич».
Как располагаются шатунные шейки в четырехтактном шестицилиндровом двигателе и какой порядок работы такого двигателя?
В четырехтактном шести цилиндровом двигателе с однорядным расположением цилиндров шатунные шейки располагаются попарно: 1-6, 2-5, 3-4, угол между ними 120° (рис.13). Следовательно, смена тактов в таком двигателе происходит через 120° поворота коленчатого вала. В этом случае в двух цилиндрах одновременно в течение 60° поворота коленчатого вала происходит один и тот же такт. Например, в первом цилиндре заканчивается такт рабочего хода, а в пятом он уже начался. Это способствует более равномерному вращению коленчатого вала, позволяет устанавливать маховик меньшей массы и размеров.
Силы инерции масс кривошипно-шатунного механизма в таком двигателе взаимно уравновешены, а наиболее распространенный порядок работы 1-5-3-6-2-4. Возможны и другие порядки работы при соответствующем изменении расположения колен на коленчатом валу и кулачков – на распределительном.
Рис.13. Таблицы чередования тактов в рядном шестицилиндровом четырехтактном двигателе и расположение колен на коленчатом валу.
Что называется порядком работы двигателя?
Чередование одноименных тактов (рабочих ходов) по цилиндрам двигателя в определенной последовательности, установленной заводом изготовителем, называется порядком работы двигателя.
Как располагаются шатунные шейки в четырехтактном восьмицилиндровом V-образном двигателе и какой порядок работы такого двигателя?
В четырехтактном восьмицилиндровом V-образном двигателе (автомобили ЗИЛ, КамАЗ, ГАЗ-53А и другие) угол развала между цилиндрами 90°. В каждом ряду находится по четыре цилиндра.
Общий коленчатый вал имеет пять опорных и четыре шатунные шейки. К каждой шейке крепится по два шатуна. Угол между шейками 90° (рис.14). Следовательно, смена тактов в таком двигателе происходит через 90° поворота коленчатого вала, но такт длится в течение 180°.
Таким образом, в двух цилиндрах одновременно в течение 90° поворота коленчатого вала осуществляется один и тот же такт – происходит перекрытие (наложение) тактов, что способствует более равномерному вращению коленчатого вала. Силы инерции в таком двигателе взаимно уравновешены, срок службы его увеличивается. Порядок работы двигателя 1-5-4-2-6-3-7-8.
Рис.14. Таблицы чередования тактов в V-образном восьмицилиндровом четырехтактном двигателе и расположение колен на коленчатом валу.
***
Проверьте свои знания и ответьте на контрольные вопросы по теме «Многоцилиндровые двигатели. Кривошипно-шатунный механизм»
Расположение и нумерация цилиндров в многоцилиндровых двигателях Крепление двигателя на раме автомобиля
Смотрите также: