Сопряженных деталей двигателей 1 глава

Рис. 1. Автомобиль АЗЛК-2141 с передними ведущими колесами и продольным расположением двигателя:

/ — радиатор, 2 — двигатель, 3 — аккумулятор, 4 — воздушный фильтр, 5 — вакуумный усилитель с главным цилиндром гидропривода тормозов, 6 — телескопическая стойка передней подвески, 7—отопитель, 8 — коробка передач с главной передачей, 9 — рулевое колесо, 10 — рычаг переключения передач, // — рычаг стояночного тормоза, 12 —дополнительный

НЗООаК, 1J, IV, II ушчш, iijjjAHiia i-i ojviwj/i,ijuu.[. jlw.uxm

-запасное колесо, 19 —основной глушитель, 20 — барабанный тормоз заднего колеса, 21 — рулевая колонка, "— ттпттм.??— ттасковый todmo3 переднего колеса, 24 —

стабилизатор

• Современный автомобиль состоит из агрегатов, узлов, систем и деталей.

Агрегат — сборочная единица, храктеризующаяся полной вза­имозаменяемостью, возможностью сборки отдельно от других аг­регатов автомобиля и способностью выполнять определенную самостоятельную функцию в составе автомобиля.

Узел — сборочная единица, которая может собираться отдельно от других узлов и выполнять определенную функцию в агрегате или системе автомобиля только совместно с другими узлами.

Система автомобиля — комплекс, состоящий из отдельных уз­лов или агрегатов, связанных между собой электрическими, гид равлическими или механическими связями и выполняющих определенную самостоятельную функцию.

Деталь — изделие, изготовленное из однородного по наимено-нанию и марке материалов, без применения сборочных операций. Детали, которые являются основой для сборки узла или агрегата, называются базовыми или базисными.

Автомобиль состоит из трех основных частей: двигателя, шасси и кузова. Размещение и взаимосвязь основных агрегатов и узлов переднеприводного автомобиля с продольным располо­жением двигателя показаны на рис. 1, с поперечным располо­жением двигателя —на рис. 2, заднеприводного автомобиля — на рис. 3.

I' и с. 2. Автомобиль ЗАЗ-1102 с передними ведущими колесами и поперечным расположением двигателя:

/ — радиатор, 2 — двигатель, 3 — воздушный фильтр, 4 — запасное колесо, 5 — рулевое колесо, 6 — задняя амортизаторная стойка, 7 — бензобак, 8 — задний тор­мозной барабан, 9 — глушитель, 10 — рычаг стояночного тормоза, 11 —рулевой механизм, 12 — передний дисковый тормоз, 13 — полуось, 14 — передняя телес­копическая амортизаторная стойка, 15 — коробка передач, 16 — аккумулятор

Рис.3. Автомобиль ВАЗ-2105 с задними ведущими колесами:

/—радиатор, 2 — аккумулятор, 3 — распределитель зажигания, 4 — воздушный фильтр, 5 — двигатель, 6 — вакуумный усилитель с главным цилиндром гидропривода тормозов, 7—рулевое колесо, 8 — кузов, 9 —запасное колесо, 10 — барабанный тормоз заднего колеса, 11, 12 —

• Двигатель представляет собой агрегат, который преобразует получаемую при сгорании топлива тепловую энергию в механиче­скую, используемую для движения автомобиля.

• Шасси — специфицированный узел, предназначенный для обеспечения движения и управления автомобилем, состоит из трансмиссии, ходовой части и механизмов управления.

Трансмиссия, необходимая для передачи и изменения усилия, которое передается от двигателя к ведущим колесам автомобиля, состоит из сцепления, коробки передач, раздаточной коробки (для полноприводных автомобилей), карданной передачи, главной пе­редачи, дифференциала (выполненного, как правило, в одном корпусе с главной передачей) и полуосей.

Ходовая часть большинства моделей легковых автомобилей состоит из передней и задней подвесок, которые крепятся к несу-

пружина и амортизатор задней подвески, 13 —задний мост, 14 — карданная передача, 15 — рычаг стояночного тормоза, 16 — рычаг переключения передачи, 17 — коробка передач, 18 — рулевой механизм, 19 — дисковый тормоз переднего колеса, 20 — пружина передней подвески i амортизатором

тему кузову и, в свою очередь, содержат рычаги, упругие элементы (пружины или рессоры) ступицы и колеса.

Механизмы управления включают рулевое управление, слу­жащее для изменения направления движения, а также тормоз­ную систему, которая обеспечивает уменьшение скорости движения автомобиля, полную его остановку и затормаживание на месте.

• Кузов легкового автомобиля предназначен для размещения водителя, пассажиров и багажа. Он, как правило, несущей (без­рамной) конструкции, к нему крепятся все агрегаты и узлы авто­мобиля.

Общие характеристики основных базовых моделей легковых автомобилей приведены в табл. 1.

и

ч

Рис.4. Габаритные размеры автомобиля:

L —длина, В — ширина, // — высота, П — передний свес, 3 — задний свес, Б — база, К\

расстояния между низшими точками автомобиля и плоскостью дороги, аир-радиусы проходимости

1.2. ДВИГАТЕЛИ 1.2.1. Общее устройство

• Двигатель внутреннего сгорания — агрегат, который преобра­
зует тепловую энергию, выделяющуюся в процессе сгорания топ­
лива, в механическую работу. Расширяющиеся при этом газы
(продукты сгорания) перемещают подвижные детали двигателя —
поршни, лопатки, колеса турбины и совершают работу.

Двигатели внутреннего сгорния легковых автомобилей подраз­деляют на поршневые и роторные. В наиболее распространенных автомобильных поршневых двигателях вращательное движение вала получается в результате преобразования прямолинейного возврат­но-поступательного движения поршня, а в роторных — непосред­ственным воздействием газов на вращающуюся деталь. Роторные, а также газотурбинные двигатели, несмотря на некоторые их пре­имущества перед поршневыми, в настоящее время широкого рас­пространения не получили.

В цилиндрах поршневых двигателей происходит сгорание смеси воздуха и газообразного или распыленного жидкого топлива и образуется тепловая энергия, которая преобразуется в механиче­скую работу.

По способу смесеобразования и воспламенения топлива двига­тели внутреннего сгорания подразделяют на две группы: с внешним смесеобразованием и принудительным зажиганием от электриче­ской искры — карбюраторные бензиновые и газовые; с внутренним смесеобразованием и воспламенением впрыскиваемого под давле­нием топлива от соприкосновения с воздухом, сильно нагретым в цилиндре в результате высокого сжатия,— дизельные.

На всех отечественных легковых автомобилях установлены кар­бюраторные поршневые двигатели с рядным расположением ци­линдров, за исключением двигателей МеМЗ-968, -969, цилиндры которых имеют V-образное расположение.

К основным механизмам и системам карбюраторного поршне­вого двигателя относятся кривошипно-шатунный и газораспреде­лительные механизмы, а также системы —смазочная, охлаждения и питания.

• На схеме кривошипно-шатунного механизма (рис. 5) показан
рабочий процесс такого двигателя. Поршень 3 перемещается в
цилиндре 2, который является для него направляющим. Крайние
положения поршня, при которых он наиболее удален от оси колен­
чатого вала или приближен к ней, называют верхней и нижней
мертвыми точками (в. м. т. и н. м. т.). В них направление движения
поршня меняется на противоположное, скорость поршня в этот
момент равна 0.

Рис.5. Криво шиш-го-шатунный мехам и объемы двигателя:

Vc — объем камеры сгорания, Vn — рабочи объем, Va — полный объем, S —ход поршня; 1 -коленчатый вал, 2 — цилиндр, 3 —поршень, 4- головка цилиндров

Одному и тому же угловому перемещению кривошипа коленча того вала 7 соответствуют различные линейные перемещения пор шня. Поэтому даже при равномерном вращении коленчатого вала] Поршень движется неравномерно: приближаясь к какой-либо мер­твой точке, он замедляет движение, а удаляясь от нее — ускоряет.] В результате неравномерного движения поршня возникают силы, инерции возвратно-поступательно движущихся деталей двигателя. I

Путь S, пройденный от одной мертвой точки до другой, назы­вается ходом поршня. Ход поршня совершается за полоборота ко­ленчатого вала (180°).

При работе двигателя объем V, заключенный между стенками головки 4 цилиндра и поршнем, непрерывно изменяется. Мини­мальный объем V_c при положении поршня в в. м. т. называется объемом камеры сгорания. Объем Vn, освобожденный поршнем при его перемещении от в. м. т. к н. м. т., называется рабочим объемом цилиндра. Сумма рабочих объемов всех цилиндров называется ра­бочим объемом двигателя.

Наибольший объем, заключенный между стенками головки
цилиндра и поршнем, находящимся в н. м. т., называется полным
объемом цилиндра V_a, который равен сумме объема камеры сгорания
и рабочего объема цилиндра. \

Отношение полного объема цилиндра V_a к объему камеры сгорания V_c называется степенью сжатия, т. е. е = Va/Vc. Степень сжатия показывает, во сколько раз уменьшается объем смеси, нахо­дящейся в цилиндре, при перемещении поршня от н. м. т. к в. м. т.

Совокупность периодически повторяющихся процессов в ци­линдре двигателя, в результате которых происходит преобразование тепловой энергии в механическую работу, называется рабочим процессом или циклом двигателя. Часть рабочего процесса, совер­шаемая за один ход поршня, называется тактом.

Двигатель, рабочий процесс которого совершается за четыре такта при двух оборотах коленчатого вала, называется четырех­тактным; двигатель, у которого рабочий процесс совершается за два такта или один оборот коленчатого вала, — двухтактным.

Карбюраторные двигатели легковых автомобилей выполняются, как правило, только четырехтактными.

• Основной частью одноцилиндрового четырехтактного карбю­раторного двигателя (рис. 6) является цилиндр 3 с укрепленной на нем съемной головкой 9. В резьбовое отверстие головки цилиндра ввернута свеча зажигания, воспламеняющая смесь электрической искрой. Внутри цилиндра помещен поршень 4. С помощью порш-

Впуск

сжатие

Горение

Расширение

Выпуск

Рис.6. Рабочий цикл четырехтактного двигателя:

а —такт впуска, б — такт сжатия, в —такт рабочего хода, г —такт вьшуска; 1 —коленчатый
вал, 2 — шатун, 3 —цилиндр, 4 — поршень, J—вьшусююй клапан, 6 — распределительный
вал, 7—рычаг (коромысло), 8 — впускной клапан, 9 — головка цилиндра -.,

ЧИТАЛЬНЫЙ

невого пальца и шатуна 2 поршень шарнирно соединен с кривоши пом коленчатого вала 1, который вращается в подшипниках, уста новленных в картере. Приготовленная в карбюраторе горючая смесь поступает в цилиндр через впускной клапан 8, отработавшие гая выходят в атмосферу через выпускной клапан 5. Клапаны открь ваются при набегании кулачков вращающегося распределительног вала 6 на рычаг 7 (коромысла). При сбегании кулачков с рычага клапаны закрываются под действием пружин. Распределительны! вал 6 приводится во вращение коленчатым валом.

• Рабочие процессы карбюраторных двигателей. Первый такт — впуск (рис. 6, а) начинается при движении поршня о в. м. т. к н. м. т. Этот такт характеризуется впуском горючей смеси т. е. смеси воздуха и паров топлива, в цилиндр двигателя по, действием разрежения, создаваемого над поршнем при движенш поршня от в. м. т. к н. м. т. Объем, освобождаемый поршнем заполняет горючая смесь, поступающая*'из карбюратора через от-крытый впускной клапан 8.

Соприкасаясь со стенками впускного трубопровода и цилиндра 3 и перемешиваясь с отработавшими газами, оставшимися oi предыдущего цикла (остаточными), горючая смесь нагревается. Перемешанная с остаточными газами горючая смесь называется рабочей смесью. В конце впуска при подходе поршня к н. м. т. температура смеси в цилиндре составляет 70...120°С.

Второй такт — сжатие (рис. 6, б) характеризуется сжати­ем горючей смеси, во время которого оба клапана закрыты и поршень перемещается от н. м. т. к в. м. т.

В зависимости от степени сжатия температура смеси в цилиндре Зк концу такта повышается до 400—450°С, давление —до 1—1,4 МПа. Чем выше степень сжатия, тем больше температура и давление смеси.

Горючую смесь сжимают с таким расчетом, чтобы ее температура в конце сжатия была несколько ниже температуры самовоспламе­нения топлива. Степень сжатия в современных карбюраторных двигателях находится в пределах 8... 10.

Третий такт — расширение, или рабочий ход (рис. 6, в), совершается при закрытых клапанах. В конце такта сжатия горючая смесь воспламеняется от искрового разряда в свече зажигания и быстро сгорает. В результате сгорания температура газов повы­шается до 2300—2500° С, а давление —до 4,5...6 МПа. Давление газов передается на поршень 4 и далее через поршневой палец и шатун 2 на коленчатый вал /, создавая крутящий момент, который заставляет его вращаться. По мере перемещения поршня к н. м. т давление и температура газов в цилиндре снижаются.

Четвертый такт — выпуск (рис. 6, г) начинается при подходе поршня к н. м. т. в момент открытия выпускного клапана Вначале газы под собственным давлением 0,3...0,5 МПа с большой

скоростью выбрасываются через открытый выпускной клапан 5. Чатем поршень, перемещаясь от н. м. т. к в. м. т., вытесняет из цилиндра 3 отработавшие газы под давлением, несколько превы­шающим атмосферное и равным 0,11...0,12 МПа. Такт выпуска оканчивается, когда поршень находится у в. м. т., выпускной клапан при этом закрывается. Во время такта выпуска температура отработавших газов к концу такта снижается до 753—803° С.

После такта выпуска начинается новый рабочий процесс. Чем меньше отработавших газов останется в цилиндре к началу следу­ющего (за четвертым) первого такта, тем больше свежей горючей смеси поступит в цилиндр, следовательно, большую мощность разовьет двигатель и экономичнее будет его рабочий процесс.

Для обеспечения равномерного вращения коленчатого вала на нем устанавливают маховик. Обладая значительной массой, махо-вик накапливает механическую энергию во время основного такта — рабочего хода, когда газы совершают работу и часть этой энергии затрачивается для осуществления остальных вспомогательных так­тов (выпуска, спуска и сжатия).

• Поскольку в одноцилиндровом четырехтактном двигателе один рабочий ход совершается за два оборота коленчатого вала, коленчатый вал вращается неравномерно, несмотря на наличие маховика. Поэтому автомобильные двигатели выполняют четырех-, шести-, восьми-, реже десяти- и двенадцатицилиндровыми. Распо­ложение цилиндров может быть однорядным и двухрядным (как правило, V-образным); V-образное расположение цилиндров при юм же объеме позволяет уменьшить длину двигателя по сравнению с рядным расположением цилиндров, а следовательно, удобнее скомпоновать переднюю часть автомобиля.

В многоцилиндровом четырехтактном двигателе за два оборота коленчатого вала (720°) рабочих ходов будет столько, сколько цилиндров у двигателя. Из условия равномерности вращения ко­ленчатого вала необходимо, чтобы чередование рабочих ходов в разных цилиндрах соответствовало 720//, где / —число цилиндров. I аким образом, в четырех-, шести- и восьмицилиндровых двигате­лях рабочие ходы должны происходить соответственно через 180, 120 и 90° поворота коленчатого вала.

Мощность, развиваемая газами внутри цилиндров двигателя, том валу двигателя,— эффективной. Эффективная мощность мень­ше индикаторной на количество мощности, затрачиваемой на трсние в двигателе и приведение в действие механизмов и систем двигателя. Отношение эффективной мощности к индикаторной Называют механическим КПД (коэффициентом полезного дейст­вия). Чем меньше потери в двигателе на трение и приведение в

действие вспомогательных механизмов, тем выше механический КПД, который у автомобильного двигателя составляет 0,70...0,85.

Отношение теплоты, превращенной в полезную работу, к теп­лоте, которая могла бы выделиться при полном сгорании топлива в двигателе, называется эффективным КПД, равным у карбюратор­ных автомобильных двигателей 0,21...0,28, у дизельных — 0,29.-0,42.

Основные характеристики двигателей легковых автомобилей приведены в табл. 2.

1.2.2. Кривоишпно-шатунный механизм

Назначение кривошипно-шатунного механизма — преобразо­вывать прямолинейное возвратно-поступательное движение порш­ня во вращательное движение коленчатого вала и передавать воспринятые поршнем усилия силовой передаче автомобиля. У^ многоцилиндрового двигателя кривошипно-шатунный механизм со­стоит из блока и головки блока цилиндров, цилиндро-поршневой группы, шатунов, коленчатого вала, маховика, картера и поддона.

• Блок и головка цилиндров. Блок цилиндров — базовая деталь двигателя. В блоке цилиндров выполнены постели для коренных подшипников коленчатого вала, подшипников распределительного вала, а также рубашка охлаждения, окружающая цилиндры, главная масляная магистраль и места для крепления других узлов и прибо­ров. В блоке V-образного двигателя два ряда цилиндров, располо­женных под углом, и соответственно две головки блока — для правого и левого рядов цилиндров.

Блок цилиндров многоцилиндровых двигателей отливают из серого чугуна или алюминиевого сплава в виде целой детали. Как одно целое с блоком цилиндров отливают и верхнюю часть картера двигателя.

Цилиндр может быть выполнен непосредственно в корпусе блока или в виде сменной гильзы, изготовленной из кислотостой­кого чугуна и установленной в направляющих поясках блока ци­линдров. Для уменьшения износа верхней части гильзы в ней делают износостойкие вставки.

Блок цилиндров двигателей Уфимского моторного завода (рис. 7), который применяют на Московском и Ижевском автомобильных заводах для автомобилей «Москвич» и «Орбита», и двигателей Заволжского моторного завода для автомобилей ГАЗ и УАЗ изго­товляют из алюминиевого сплава. К блоку как к базовой детали при сборке крепят узлы и детали двигателя. Цилиндры блока имеют сменные чугунные гильзы 10, вставленные в гнезда блока и прижа­тые сверху головкой цилиндров. Внешние стенки гильз омываются охлаждающей жидкостью. В нижней части каждая гильза уплотнена прокладкой 9 из красной меди, зажатой между опорными торцами