Устройство кривошипно-шатунных механизмов ДВС

Цилиндры современных многоцилиндровых двигателей отлиты, как правило, в общем блоке с верхней частью картера. Цилиндры двигателей с жидкостным охлаждением выпол­няют с двойными стенками, причем внутренняя стенка образует гильзу цилиндра. Полость между гильзой и наружной стенкой запол­нена охлаждающей жидкостью. Часто гильзы цилиндров выполняют вставными, что позволяет использовать для рабочих поверхностей цилиндров более износо­стойкие, хотя и дорогостоящие материалы.

На рис. 5 изображены неподвижные детали кривошипно-шатунного механизма двигателя ЗМЗ-53, устанавливаемого на автомобиле ГАЗ-53А. Блок цилиндров 15 отлит из алюминиевого сплава. В блоке имеются восемь гнезд 16, в которые вставляются мокрые гильзы 12 из серого чугуна со вставками из нирезиста. Блок цилиндров выполнен как одно целое с верхней частью картера 14. Плоскость разъема, к кото­рой прикреплена нижняя половина картера (масляный поддон), расположена ниже оси коленчатого вала, что повышает жесткость конструкции. Спереди к блоку цилиндров крепят крышку 1 (рис.5) распределительных шестерен.

Головка блока цилиндра закрывает цилиндры сверху и служит для полного или частичного размещения камеры сгорания (в некото­рых двигателях значительная часть камеры сгорания расположена в поршне). Камеры сгорания имеют различную форму, обеспечиваю­щую эффективное протекание процесса сгорания.

Головки блока цилиндров изготовляют из алюминиевого сплава, обеспечивающего интенсивный отвод тепла. В головке 3 расположены камеры сгорания 7, в которые вставлены изготовленные из специального чугуна седла 11 клапанов. Кроме того, в головке выполнены каналы 6 и 8 для подачи горючей смеси, а также рубашка для охлаждающей жидкости с вход­ными 4, 10 и выходными 5, 9 отверстиями. Головка прикреплена к блоку шпильками 13 и прижимает каждую гильзу цилиндров к спе­циальным выточкам в блоке. Плоскость стыка головки и блока уплот­нена стале-асбестовой прокладкой 2. Гайки шпилек головки блока затягивают соответствующим моментом только на холодном двига­теле и в строго определенной последовательности, чем достигается надежное уплотнение стыка.

Рис. 5. Блок цилиндров, гильза, крышка распределительных шестерен и головка блока двигателя ЗМЗ-53

Поршни воспринимают при рабочем ходе значительные усилия от расширяющихся газов. Поэтому они должны быть достаточно проч­ными. Для уменьшения сил инерции, действующих на поршни вследствие непрерывно изменяю­щейся скорости движения их массы должны быть как можно меньшими. Для удовлетворения этих противоречивых требований поршням придается рациональная форма и их изготовляют из соответствующих материалов. Поршни подвергаются воздействию высоких температур, так как непосредственно сопри­касаются с горячими газами. С целью отвода тепла поршни имеют внутренние охлаждающие ребра, одно­временно повышающие их прочность.

Поршни большинства современных автомобиль­ных карбюраторных дви­гателей и дизелей изготов­лены из алюминиевого сплава. Такие поршни об­ладают достаточной проч­ностью, высокой теплопро­водностью и хорошими ан­тифрикционными свойства­ми. Днище поршня выпол­няют плоским, выпуклым, вогнутым и фигурным.

Рис. 6. Поршень двигателя ЗИЛ-130: а — общий вид; б — поршневые кольца; в — разме­щение колец в поршне

Поршень двигателя ЗИЛ-130 имеет плоское днище 4 (рис.6, а), воспринимающее давление газов, головку 5 и юбку 6. В головке выто­чены канавки 2 для поршневых колец. В нижней канавке выполнены гренажные отверстия. Снизу днище поршня снабжено ребрами 1. В бобышках 3 сделаны отверстия для поршневого пальца. Юбка 6 соприкасается со стенками цилиндра и передает на них боковые усилия. Поршень подбирают к цилиндру так, чтобы между юбкой и стенками цилиндров был минимальный зазор. Чтобы на прогретом двигателе поршни из алюминиевого сплава при расширении не заклинивались в чугунных гильзах, применяют ряд мер: на юбке поршня мот разрезы различной формы (по всей длине, П- и Т-образные); юбке в поперечном сечении придается овальная форма, а в продольном сечении — конусная; в юбку вставляют компенсирующие вставки из материалов с малым коэффициентом линейного расширения, ограничивающие ее расширение; направляющую часть юбки изолируют от более горячей части поршня холодильниками — местными углуб­лениями, не соприкасающимися со стенками цилиндров. Для лучшей приработки к цилиндрам поверхность юбки поршня покрывают тон­ким слоем олова.

Поршневые кольца уплотняют полость цилиндра, не допускают прорыва газов в картер двигателя и попадания масла в камеру сгора­ния. В соответствии с назначением они делятся на уплотнительные (компрессионные) и маслосъемные. Кольца обоих типов устанавливают на каждом поршне. Кроме того, поршневые кольца отводят тепло от головки поршня к стенкам цилиндра. Поршневые кольца чаще всего изготовляют из специального чугуна, а в последние годы — из стали. Вследствие упругости кольца плотно прилегают к стенкам ци­линдра. Между разрезанными концами колец (замками) сохраняется при этом зазор 0,15—0,5 мм.

На рис.6, б, в показан комплект поршневых колец одного поршня двигателя ЗИЛ-130. Комплект состоит из трех чугунных компрессион­ных колец и одного составного маслосъемного кольца, собранного из стальных деталей.

Канавка верхнего наиболее нагруженного компрессионного кольца выполнена в чугунной, залитой в поршень вставке 13. Для уменьше­ния износа наружные цилиндрические поверхности двух верхних компрессионных колец 7 покрыты слоем пористого хрома. Нижнее компрессионное кольцо 8 имеет коническую поверхность, большее основание конуса расположено внизу. Такие кольца быстрее прира­батываются к цилиндру. С этой же целью у всех трех компрессионных колец с внутренней стороны выполнена ступенчатая проточка, в резуль­тате чего кольцо «скручивается», прилегает к цилиндру нижней кром­кой и быстрее прирабатывается.

Маслосъемное кольцо состоит из двух стальных плоских хромиро­ванных дисков 9 и 12 и двух расширителей: осевого 10 и радиального 11 (экспандера). Расширители обеспечивают плотное прилегание дисков 9 и 12 к поверхности цилиндра и стенкам канавок поршня. На многих двигателях маслосъемные кольца выполнены не составными, а цель­ными. Для отвода масла, собираемого со стенок цилиндра, в таких кольцах делаются дренажные прорези или отверстия, равномерно расположенные по окружности колец.

Поршневые пальцы служат для шарнирного соединения поршня с верхней головкой шатуна. Пальцы 6 (рис.7) полые, стальные. Чтобы при работе пальцы не выходили из отверстий бобышек и не могли повредить зеркало цилиндра, их закрепляют в головке шатуна или в поршне. При неподвижном закреплении поверхности пальцев изнашиваются неравномерно. Поэтому предпочтительнее плавающие пальцы, зафиксированные только от осевого смещения чаще всего пружинными кольцами 5 в бобышках поршня. Во время работы про­гретого двигателя плавающий палец свободно проворачивается как в бобышках поршня, так и в головке шатуна.

Рис. 19. Детали кривошипно-шатунного механизма двигателя ЗИЛ-130

Шатуны соединяют поршни 15 и 16 с кривошипами коленчатого вала, передают коленчатому валу силу от давления газов во время такта расширения, а при других тактах приводят поршень в движе­ние. Шатун совершает сложное движение и подвергается действию значительных сил инерции. Шатуны изготовляют горячей штамповкой из качественных сталей. Шатун состоит из верхней головки 7, которая соединена пальцем с поршнем, стержня 8 и нижней головки 10. Для увеличения прочности стержень шатуна обычно имеет двутавро­вое сечение, расширяющееся книзу. Нижнюю головку делают разъем­ной. Съемная половина нижней головки, называемая крышкой шатуна, прикреплена к шатуну болтами 9.

Коленчатый вал воспринимает усилия от шатунов и передает созда­ваемый на нем крутящий момент трансмиссии автомобиля. От колен­чатого вала приводятся в работу различные механизмы двигателя (механизм газораспределения, масляный насос и др.). Коленчатые валы изготовляют ковкой из легированных сталей или литьем из высоко­качественных чугунов. Основными частями коленчатого вала являются.коренные шейки 29, 12, 24 и 19, на которых вал установлен в подшип­никах (коренных опорах) картера двигателя; шатунные шейки 3, 13 (третья и четвертая шейки на рис. 19 не обозначены), к которым присое­диняются нижние головки шатунов; щёки 25, соединяющие шатун­ные и коренные шейки и образующие с шатунными шейками криво­шипы вала; противовесы 28 и 17, служащие для разгрузки коренных подшипников от центробежных сил неуравновешенных масс; перед­няя часть 32 вала, на которой крепятся ведущая шестерня 31 привода механизма газораспределения, шкив 33 ременной передачи и храпо­вик 1 для проворачивания вала вручную; задняя часть 20 вала, закан­чивающаяся фланцем для крепления маховика 18. Форма коленчатого вала и расположение его кривошипов зависят от числа и расположения цилиндров, числа коренных опор, а также принятого порядка чередования рабочих ходов — порядка работы двигателя.

Число шатунных шеек у двигателей с однорядным расположением цилиндров равно числу цилиндров, а у V-образных двигателей, как правило, половине числа цилиндров, так как на каждой шейке таких двигателей устанавливают два шатуна. Количество коренных шеек коленчатого вала бывает различным. Чем больше опор имеет вал, тем надежнее получается конструкция двигателя. Если между двумя смежными коренными опорами размещается только одна шатунная шейка, то число коренных шеек у такого вала всегда на одну больше числа шатунных шеек. Такие коленчатые валы, называемые полноопор­ными, применяют в дизелях и карбюраторных двигателях, работающих с большими нагрузками да подшипники. Неполноопорные коленча­тые валы имеют по две шатунные шейки между смежными корен­ными опорами. Их используют в однорядных карбюраторных дви­гателях.

Чтобы увеличить износостойкость, поверхности коренных и шатун­ных шеек коленчатых валов закаляют и подвергают тщательной обработке резанием. Для облегчения вала шейки часто выполняются пустотелыми. Полости внутри шеек используют для подвода масла к подшипникам вала, а также для центробежной очистки масла (гря­зеуловитель 23). Одна из коренных опор фиксирует шайбами 2 коленча­тый вал от осевых перемещений, которые вызываются силами, возни­кающими при работе косозубых шестерен привода механизма газораспределения и особенно силами пружин сцепления при его выклю­чении.

В месте выхода из картера переднюю и заднюю части коленчатого вала тщательно уплотняют сальниками. Уплотнение задней части хвостовика вала обеспечивается также маслоотражательным бурти­ком 21 и маслосгонной резьбой, отводящей в сторону картера попа­дающее на нее масло.