УСТРОЙСТВО И ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ

ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ»

Тема № 2. Общее устройство и работа двигателя

Занятие № 2.2. Кривошипно-шатунный механизм (КШМ)

по подготовке специалистов по ВУС-837 «водители транспортных средств категории «С»

Москва 2011

Тема № 2. Общее устройство и работа двигателя (СЛАЙД № 1)

Занятие № 2.2 Кривошипно-шатунный механизм (КШМ)

Учебные вопросы (СЛАЙД № 2)

1. Назначение, общее устройство, принципы работы КШМ.
2. Особенности устройства основных деталей КШМ изучаемых двигателей.
3. Основные причины и признаки неисправностей КШМ.

Время: 2 часа.

Место проведения: аудитория.

Вид занятия: лекция.

Методические указания.

Обосновывать обучаемым важность рассматриваемого учебного вопроса. Основные положения давать под запись в конспект.

Приводить конкретные примеры из опыта эксплуатации автомобилей.

Обратить внимание на правильность ведения конспектов.

Учебный материал излагать с использованием кадров в Microsoft PowerPoint, схем и плакатов.

Поддерживать связь с аудиторией.

Контроль качества усвоения учебного материал производить кратким опросом по изложенному материалу.

Подводить итог рассмотренного вопроса и приступать к изложению следующего учебного вопроса.

Сделать выводы по материалу занятия, подвести итог занятия, ответить на вопросы обучаемых. Дать задание на самостоятельную работу.

Введение

При быстром увеличении автомобильного парка в России, значительно увеличился расход горюче-смазочных материалов. Значительно сократить расход ГСМ позволяет правильная эксплуатация КШМ, а также поддержание его в исправном состоянии. Эти требования будут выполнены только в том случае, если проводится своевременное обслуживание автомобиля в установленном объеме.

Правильное выполнения технического обслуживания возлагается на водителей, которые должны знать правила ухода за КШМ и его устройство.

В настоящей лекции рассматривается общее устройство КШМ, принцип его работы, особенности КШМ двигателей КамАЗ-740, ЯМЗ-238, а также основные причины и признаки неисправностей КШМ.

Учебный вопрос № 1.

Назначение, общее устройство, принципы работы КШМ

Кривошипно-шатунный механизм предназначен для преобразования прямолинейного возвратно-поступательного движения поршней, восприятия силы давления газов, во вращательное движение коленчатого вала (рис. 1), (СЛАЙД № 4) .

Рис. 1. Кривошипно-шатунный механизм (СЛАЙД № 4)

Состав КШМ двигателя.

Всостав кривошипно-шатунного механизма двигателя входят две группы деталей: неподвижные и подвижные .

К неподвижным деталям относятся: блок цилиндров, служащий остовом двигателя, картер маховика, цилиндры, головка блока или головка цилиндров и поддон картера. (СЛАЙД № 5)

Подвижными деталями являются поршни с кольцами и поршневыми пальцами, шатун, коленчатый вал, маховик. (СЛАЙД № 6)

Блок цилиндров предназначен для крепления и сборки на нем и внутри его основных механизмов и деталей систем двигателя.

Головка блока - это крышка, закрывающая цилиндры

Поддон - предохраняет от загрязнения детали КШМ

Поршни - для восприятия давления газов во время рабочего хода и передачи усилия через палец и шатун коленчатому валу.

Состав: днище, головка, юбка. Днище - плоское - воспринимает давление газов. Имеет усиливающие ребра (для повышения прочности и отбора тепла).

Головка имеет кольцевые канавки для компрессионных и маслосъемного кольца, служащих для уплотнения камеры сгорания и обеспечения герметичности. При сгорании рабочей смеси или дизельного топлива значительное количество тепла поглощается поршнем и отводится от него поршневыми кольцами к зеркалу цилиндра.

Компрессионные кольца - плотно прилегают к поверхности цилиндра, что предотвращает прорыв газов в картер двигателя и попадания масла со стенок цилиндра в камеру сгорания.

Маслосъемное кольцо - снимает излишки масла со стенок цилиндра и отводит его к пальцу. Две сквозные проточки - для отвода масла внутрь поршня.

Маслосъемное кольцо разборное.

Поршневой палец предназначен для крепления шатуна к поршню и передачи усилия от поршня шатуну. Тип - плавающий.

Шатун - для восприятия усилия от поршневого пальца и передачи его на коленчатый вал, а также для преобразования возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение коленчатого вала.

В нижней головке шатуна установлены вкладыши. Вкладыши имеют отверстия для прохода масла. В нижней головке шатуна просверлено отверстие для подачи масла на стенки цилиндра и на распределительный вал.

Коленчатый вал предназначен для восприятия усилий от отдельных шатунов, преобразования вместе с ними поступательного движения во вращательное, и передачи крутящего момента на трансмиссию автомобиля, а также для привода в действие различных механизмов и деталей двигателя (ГРМ, водяного насоса, масляного насоса, вентилятора, насоса гидроусилителя, генератора, компрессора). КВ - стальной, с каналами для смазки коренных и шатунных шеек и центробежными ловушками для очистки масла.

Шатунные шейки и щеки образуют КРИВОШИП. Противовесы - для разгрузки коренных подшипников от действия инерционных сил, а также для уравновешивания КВ от действия моментов центробежных сил.

Маховик - для накопления энергии в течение рабочего хода, вращения КВ во время вспомогательных тактов, уменьшения неравномерности вращения вала, сглаживания момента перехода деталей КШМ через мертвые точки, облегчения пуска двигателя и трогания автомобиля с места. На обод устанавливается зубчатый венец для пуска двигателя от стартера. Маховик крепится к фланцу коленчатого вала стальными высококачественными болтами. Коленчатый вал в сборе с маховиком и сцеплением подвергают статической и динамической балансировке, чтобы неуравновешенные силы инерции не вызывали вибрации двигателя и сильного износа коренных подшипников.

Принцип работы кривошипно-шатунного механизма. (СЛАЙД № 7).

Поршень наиболее удален от коленчатого вала. Шатун и кривошип (щеки) коленчатого вала как бы вытянулись в одну линию. В цилиндре начинает гореть топливо. Расширяющиеся газы (продукты горения) начинают перемещать поршень в сторону коленчатого вала, шатун вместе с поршнем также перемещается. В это время нижняя головка шатуна, связанная с коленчатым валом, поворачивает коленчатый вал относительно его оси. Повернув коленчатый вал на 180°, нижняя головка шатуна вместе с шатунной шейкой начнет двигаться обратно в исходное положение в сторону поршня. Поэтому поршень также начнет обратное движение. Таким образом, поршень то удаляется, то приближается к коленчатому валу. В этих крайних точках поршень, как бы мгновенно останавливается и его скорость равна нулю. Поэтому такие точки назвали „мертвыми". Положение, занимаемое поршнем, когда он наиболее удален от коленчатого вала - верхняя мертвая точка, - сокращенно называют в. м. т., а положение, когда поршень наиболее приближен к коленчатому валу, - нижняя мертвая точка, - н. м. т.

Рис. 2. Принцип работы кривошипно-шатунного механизма (СЛАЙД № 7)

Выводы по вопросу .

Учебный вопрос № 2

Особенности устройства основных деталей КШМ изучаемых двигателей

Блок - картер . У двигателей КамАЗ-740, ЯМЗ-238 блок - картер представляет собой единую отливку, объединяющую блок цилиндров и верхнюю половину картера. Блок цилиндров предназначен для крепления и сборки на нем и внутри его основных механизмов и деталей систем двигателя (СЛАЙД № 9).

У V-образных двигателей КамАЗ-740 (рис. 3) и ЯМЗ-238 в верхней части блока цилиндров имеются две обработанные поверхности (плоскости), на которые устанавливаются головки. Нижняя часть блока заканчивается обработанным фланцем для присоединения смазочной емкости.

В средней части блока цилиндров имеются отверстия для установки подшипников скольжения под опорные шейки распределительного вала. Плоскость разъема блока может проходить по оси коленчатого вала или быть смещенной относительно нее вниз. К нижней части блок-картера крепится стальная штампованная смазочная емкость, служащий резервуаром для масла. По каналам в блоке масло из смазочной емкости подается к трущимся деталям двигателя.

Блоки цилиндров двигателей КамАЗ-740 и ЯМЗ-238 отлиты из легированного серого чугуна заодно с верхней частью картера. Они имеют обработанные посадочные отверстия для гильз цилиндров, а на поверхностях, сопрягаемых с головками, имеются отверстия для подачи охлаждающей жидкости из водяной рубашки в головки блока цилиндров.

Для КамАЗ-740 левый ряд цилиндров смещен относительно правого вперед на 29,5 мм. Для ЯМЗ-238 наоборот правый по отношению к левому на 35 мм, что вызвано установкой на одной шатунной шейке коленчатого вала двух шатунов.

Картерная часть блока связана с крышками коренных подшипников коренными и стяжными болтами. Центрирование крышек коренных подшипников производится горизонтальными штифтами, которые запрессованы на стыке между блоком и крышками, но большей частью входящими в блок для предотвращения их выпадения при снятии крышек.

Кроме того, крышка пятой коренной опоры центрируется в продольном направлении двумя вертикальными штифтами, обеспечивающими точность совпадения расточек под упорные полукольца коленчатого вала на блоке и крышках.

Расточка блока цилиндров под вкладыши коренных подшипников производится в сборе с крышками, поэтому крышки коренных подшипников не взаимозаменяемые и устанавливаются в строго определенном положении. Они изготовлены из высокопрочного чугуна. Крепление крышек осуществляется с помощью вертикальных и горизонтальных стяжных болтов, которые затягиваются с регламентированным моментом. Для двигателя КамАЗ-740 болты крепления с моментом затяжки 275-295 Н∙м (28-30 кгс∙м), а стяжные болты с моментом затяжки 147-167 Н∙м (15-16 кгс∙м). На каждой крышке нанесен порядковый номер опоры, нумерация которых начинается с переднего торца блока. Для двигателя ЯМЗ-238, вертикальные болты затягиваются с моментом 425-455 Н∙м (43-47 кгс∙м), а горизонтальные – 97-117 Н∙м (10-12 кгс∙м). Крышки также не взаимозаменяемые, каждая из них имеет свой номер.

На двигателе КамАЗ-740 спереди к блоку крепится крышка, закрывающая гидромуфту привода вентилятора. Сзади – картер маховика, который служит крышкой механизма привода агрегатов, расположенного на заднем торце блока. На картере маховика справа размещен фиксатор, применяемый для установки угла опережения впрыскивания топлива и регулирования тепловых зазоров в клапанном механизме. Ручка фиксатора при эксплуатации установлена в верхнем положении. В нижнее положение ее устанавливают при регулировочных работах, при этом фиксатор находится в зацеплении с маховиком, а поршень первого цилиндра – в ВМТ на такте сжатия.

На двигателе ЯМЗ-238 к передней части блока цилиндров крепится крышка, закрывающая шестерни распределения, а к задней плоскости блока присоединен картер сцепления. На правой боковой стенке блока цилиндров имеются два обработанных кронштейна для крепления стартера.

Рис. 3. Блок цилиндров V-образного двигателя (СЛАЙД № 9):

1 – блок цилиндров; 2 – крышка коренного подшипника коленчатого вала;

3 – болт крепления крышки; 4 – болт стяжной крепления крышки

Гильзы цилиндров . На двигателях установлены гильзы «мокрого» типа, легкосъемные, изготовлены из специального чугуна, объемно закалены для повышения износостойкости. Зеркало гильзы обработано хонингованием.

Верхняя часть гильзы уплотнена в результате зажима верхнего фланца гильзы между блоком и головкой через прокладку. В соединении «гильза – блок цилиндров» водяная полость уплотнена резиновыми кольцами. В верхней части кольцо установлено под бурт в проточку гильзы, а в нижней - в расточки блока.

Преимущественное применение в двигателях мокрых гильз связано с тем, что они обеспечивают лучший отвод тепла. Это повышает работоспособность и срок службы деталей цилиндропоршневой группы.

Головки цилиндров КамАЗ-740 (рис. 4) отдельные на каждый цилиндр, изготовлены из алюминиевого сплава, для охлаждения имеют полость, сообщающуюся с полостью охлаждения блока.

Каждая головка цилиндра устанавливается на два направляющих штифтах, запрессованных в блок цилиндров, и крепится четырьмя болтами 3 из легированной стали. В головке выполнено отверстие слива моторного масла из-под клапанной крышки в штанговую полость. Окна впускного и выпускного каналов расположены на противоположных сторонах головки цилиндров.

Рис. 4. Головка цилиндра с клапанами в сборе двигателя КамАЗ-740: (СЛАЙД №10):

1 – головка цилиндра; 2 – прокладка крышки головки цилиндра; 3 – болт крепления головки;

4 – крышка головки цилиндра; 5 – болт крепления крышки; 6 – прокладка-заполнитель;

7 – прокладка уплотнительная головки цилиндра

Стык «головка цилиндров – гильза» (газовый стык) – беспрокладочный. Герметичность уплотнения обеспечивается высокой точностью обработки сопрягаемых поверхностей уплотнительного кольца и гильзы цилиндра. Для уменьшения вредных объемов в газовом стыке установлена фторопластовая прокладка-заполнитель. Применение прокладки-заполнителя снижает удельный расход топлива и дымность отработавших газов.

Для уплотнения перепускных каналов охлаждающей жидкости в отверстия днища головки установлены уплотнительные кольца из силиконовой резины.

Пространство между головкой и блоком, отверстия стока моторного масла и штанговые отверстия уплотнены прокладкой головки цилиндра из термостойкой резины. На прокладке дополнительно выполнены уплотнительные бурт втулки подачи масла и канавка слива масла в штанговые отверстия.

Каждая головка цилиндров закрывается крышкой головки цилиндров 4 (рис. 5) и крепится болтом 5.

В отличие от двигателя КамАЗ-740.11 на ЯМЗ-238 головки общие для каждого ряда цилиндров отлиты из серого чугуна. Устанавливаются на шпильки и крепятся гайками через сталеасбестовую прокладку. Сверху каждая головка закрывается крышкой через резиновую маслостойкую прокладку (рис. 5).

Рис. 5. Головка цилиндров двигателя ЯМЗ-238 (СЛАЙД №11):

1 – головка цилиндров; 2 – прокладка крышки головки цилиндра; 3 – гайка крепления головки; 4 – крышка головки цилиндров; 5 – барашки крепления крышки; 6 – шпилька крепления головки; 7 – прокладка головки цилиндра; 8 – седло клапана; 9 – шайба; 10 – шпилька впускного коллектора; 11 – пробка заливной горловины

Каждая головка является общей для четырех цилиндров. В верхнюю часть головки запрессованы направляющие втулки клапанов. У каждого цилиндра головка крепится шестью равномерно расположенными шпильками 6. В нижней части головки выполнены отверстия для запрессовки седел клапанов. На верхней плоскости головки размещены клапаны с пружинами, коромысла клапанов со стойками, а также латунные стаканы под форсунки. Сверху головка цилиндров закрыта стальной штампованной крышкой 4, которая крепится к головке барашками 5. Уплотнение между крышкой и головкой обеспечивается прокладкой 2. На крышке имеется закрываемая пробкой 11 горловина для заливки в картер масла.

Особое внимание необходимо обратить на последовательность затяжки гаек и болтов крепления головок блока цилиндров. На двигателях КамАЗ-740.11, ЯМЗ-238 затяжку болтов и гаек проводят в последовательности, указанной на рис. 6.

Рис. 6. Последовательность затяжки гаек (болтов) крепления головок блока

цилиндров: (СЛАЙД №12):

а – двигателей ЯМЗ-238; б – КамАЗ-740

Рассмотрим поршневую группу и шатуны.

Поршень. При такте рабочего хода поршень воспринимает давление газов и передает его через шатуны на коленчатый вал. Поршень состоит из трех основных частей (: (СЛАЙД №13): днища 5, уплотняющей части 6 с проточенными в ней канавками для поршневых колец 3, 4 и юбки 7, поверхность которой соприкасается с зеркалом цилиндра. Днище поршня с внутренней поверхностью головки цилиндра, образующее камеру сгорания, непосредственно воспринимает давление газов: оно может быть плоским, выпуклым, а на КамАЗ-740.11 и ЯМЗ-238 - фасонным. Поршни КАМАЗ и Урала (ЯМЗ) (рис. 7).

Рис. 7. Поршни: (СЛАЙД №14):

а – карбюраторных двигателей; б – дизелей КамАЗ; в – дизелей ЯМЗ

Значительное влияние на процесс смесеобразования, как в карбюраторных, так и в дизельных двигателях, имеют формы камер сгорания. От того, как исполнена камера сгорания на двигателе, и зависит конструкция поршня (рис. 7).

Поршни дизелей (рис. 6, б, в) отлиты из алюминиевого сплава. В головках поршней выполнена камера сгорания, которая у КамАЗ-740.11 смещена относительно оси поршня в сторону от выточек под клапаны на 5 мм, а на ЯМЗ-238 расположена по центру. На цилиндрической головке поршня имеется три (на ЯМЗ-238 – четыре) канавки: верхние служат для установки в них компрессионных колец, а одна нижняя – для установки маслосъемного разборного кольца. В средней части поршень имеет две бобышки с отверстиями диаметром для поршневого пальца. Юбка поршня имеет форму конуса овального сечения, что придает ей необходимую прочность. Кроме того, в нижней части юбки поршня двигателя КамАЗ-740.11 имеются боковые выемки для проходов противовеса коленчатого вала.

Чтобы уменьшить силы инерции возвратно-поступательно движущихся масс, поршни, как правило, изготовляют из легких кремнистых алюминиевых сплавов для уменьшения их массы. Для двигателя подбирают поршни, масса которых не отличается более чем на 2-8 г.

Поршневые кольца . Как ранее говорилось, основная функция поршневых колец – уплотнение камеры сгорания и обеспечение герметичности соединения деталей поршень – цилиндр – канавки. Кроме того, при сгорании рабочей смеси значительное количество тепла поглощается поршнем и отводится от него поршневыми кольцами.

Конструктивно поршневое кольцо (рис.8) представляет собой плоскую разрезную пружину с зазором, который называется замком. Замок позволяет устанавливать кольца на поршень и обеспечивает свободное расширение их при нагревании в процессе работы двигателя. Поршневые кольца делятся на компрессионные и маслосъемные.

Рис. 8. Поршневые кольца: (СЛАЙД №14):

а – типы поршневых колец; б – расположение колец на поршне

Компрессионные кольца 2 (рис. 8, а) подбирают таким образом, чтобы они свободно прокатывались по канавке поршня. При установке поршня в цилиндр кольца сжимаются до диаметра цилиндра и плотно прилегают к его поверхности, что предотвращает прорыв газов в картер двигателя и попадание масла со стенок цилиндра в камеру сгорания.

Маслосъемное кольцо 3 снимает излишки масла со стенок цилиндра и отводит его в смазочную ёмкость.

Поршневые кольца изготавливают из легированного чугуна. Поверхность верхнего компрессионного кольца для повышения износостойкости подвергают пористому хромированию, а остальные кольца для ускорения приработки покрывают тонким слоем олова или молибдена.

Чугунное маслосъемное кольцо 3 отличается от компрессионного прорезями 1 для прохода масла. В канавке поршня под маслосъемное кольцо сверлят один или два ряда отверстий для отвода масла внутрь поршня. На многих двигателях применяют стальные составные маслосъемные кольца.

На двигателях КамАЗ-740 установлены два компрессионных кольца и одно маслосъемное, а на ЯМЗ-238 – три компрессионных кольца и одно маслосъемное. Компрессионные кольца в своем сечении имеют трапециидальную форму. Верхнее кольцо покрыто хромом, нижнее – молибденом (на ЯМЗ-238 - оловом). Маслосъемное кольцо коробчатого сечения с витым пружинным расширителем и хромированной рабочей поверхностью.

Маслосъемное кольцо разборное, стальное, имеет два кольцевых диска, радиальный и осевой расширители. Два кольцевых диска снимают с зеркала цилиндра лишнее масло, которое через отверстия в поршне отводится в картер двигателя. Рабочая цилиндрическая поверхность стальных дисков покрывается твердым хромом. Замок колец прямой. После установки колец в цилиндр монтажный зазор в замке должен быть 0,3-0,5 мм. Замки всех колец при установке их на поршень располагают по окружности под углом 120°. При установке стального составного маслосъемного кольца на равные угловые интервалы смещаются только замки компрессионных колец.

Поршневой палец - предназначен для шарнирного соединения поршня с верхней головкой шатуна. Через пальцы передаются значительные усилия, поэтому их изготавливают из легированных или углеродистых сталей с последующей цементацией или закалкой токами высокой частоты. Поршневой палец 10 (рис. 9) представляет собой толстостенную трубку с тщательно отшлифованной наружной поверхностью, проходящую через верхнюю головку шатуна и концами опирающуюся на бобышки 2 поршня (рис. 8). По способу соединения с шатуном наибольшее распространение получили плавающие поршневые пальцы, которые свободно поворачиваются в бобышках и во втулке, установленной в верхней головке шатуна. Осевое перемещение поршневого пальца ограничивается стопорными кольцами 9 (рис. 9), расположенными в выточках бобышек поршня.

Рис. 9. Шатунно-поршневая группа двигателя КамАЗ-740 (СЛАЙД №15):

1 – поршень; 2 – втулка верхней головки шатуна; 3 – шатун; 4 – шатунный болт; 5 – крышка шатуна; 6 – гайки; 7 – метки спаренности; 8 – вкладыш нижней головки шатуна; 9 – стопорное кольцо; 10 – палец; 11 – маслосъемное кольцо; 12 – компрессионные кольца

Шатун - с лужит для соединения поршня с кривошипом коленчатого вала и обеспечивает при такте рабочего хода передачу усилия от давления газов на поршень к коленчатому валу, а при вспомогательных тактах – наоборот, от коленчатого вала к поршню.

Шатуны 3 двигателей ЯМЗ-238 и КамАЗ-740 двутаврового сечения, состоят из верхней головки, нижней головки и крышки 5. Нижняя головка шатуна снабжена сменными вкладышами 8, верхняя головка – запрессованной бронзовой втулкой 2.

Для смазки поршневого пальца в верхней головке шатуна имеется вырез, а во втулке – отверстие, совпадающее с вырезом в шатуне. В стержне шатуна при принудительном смазывании плавающего поршневого пальца (ЯМЗ-238) сверлится сквозное отверстие – масляный канал.

Нижнюю головку шатуна, как правило, делают разъемной в плоскости, перпендикулярной к оси шатуна. В тех случаях, когда нижняя головка имеет значительные размеры и превышает диаметр цилиндра (ЯМЗ-238), плоскость разъема головки выполнена под углом (косой срез), что позволяет монтировать шатун через цилиндр при ремонте за счет уменьшения радиуса окружности, описываемой нижней частью шатуна.

Крышка шатуна изготавливается из той же стали, что и шатун, и обрабатывается совместно с нижней головкой, поэтому перестановка крышек с одного шатуна на другой не допускается. На шатунах и крышках с этой целью делаются метки 7. Чтобы обеспечить высокую точность при сборке нижней головки шатуна, его крышку 5 фиксируют шлифованными поясками болтов 4, которые затягивают гайками 6 и стопорят шплинтами или шайбами. В нижнюю головку устанавливают шатунный подшипник в виде тонкостенных стальных вкладышей 8, которые с внутренней стороны покрыты слоем антифрикционного сплава.

От осевого смещения и проворачивания вкладыши удерживаются выступами (усиками), которые входят в канавки нижней головки шатуна и его крышки.

Для лучшей уравновешенности кривошипно-шатунного механизма разница в массе шатунов не должна превышать 6-8 г. В V-образных двигателях на каждой шатунной шейке коленчатого вала расположены два шатуна. В этих двигателях для правильной сборки шатунно-поршневой группы поршни и шатуны устанавливают строго по меткам.

На крышке и стержне шатуна дизеля КамАЗ-740 метки выбивают в виде трехзначных номеров. Кроме того, на крышке и шатуне выбивают порядковый номер цилиндра.

У шатуна ЯМЗ-238 (рис. 10) на крышке и шатуне со стороны короткого болта выбит порядковый номер цилиндра. На стыке со стороны длинного болта выбиты метки спаренности в виде двузначного числа, одинакового для шатуна и крышки, и риски, охватывающей шатун и крышку.

Рис. 9. Поршень с шатуном (СЛАЙД №15):

1 – поршень; 2 – стопорное кольцо; 3 – шатун; 4 – вкладыши; 5 – крышка шатуна; 6 – замковая шайба; 7 – длинный болт крышки шатуна; 8 – короткий болт; 9 – втулка; 10 – поршневой палец; 11 – маслосъемные кольца; 12 – компрессионные кольца; 13 – тороидальная камера сгорания

Коленчатый вал воспринимает силу давления газов на поршень и силы инерции возвратно-поступательно движущихся и вращающихся масс кривошипно-шатунного механизма.

Силы, передающиеся поршнями на коленчатый вал, создают крутящий момент, который при помощи трансмиссии передается на колеса автомобиля.

Коленчатый вал двигателя КамАЗ-740 (рис. 11), ЯМЗ-238 (рис. 12) стальной, изготовлен горячей штамповкой, подвергается азотированию или закалкой токами высокой частоты шатунных и коренных шеек. Имеет пять коренных опор и четыре шатунные шейки. В шатунных шейках вала выполнены внутренние полости, которые сообщаются с масляными каналами в коренных шейках.

Рис. 11. Коленчатый вал двигателя КамАЗ-740 в сборе (СЛАЙД №16):

1 – передний противовес; 2 – шестерня привода масляного насоса; 3 – втулка; 4 – заглушка шатунной шейки; 5 – задний противовес; 6 – ведущая шестерня; 7 – маслоотражатель; 8 – коленчатый вал

Рис. 12. Коленчатый вал двигателя ЯМЗ-238 с маховиком (СЛАЙД №16):

1 – коленчатый вал; 2 – нижний вкладыш подшипника; 3 – маховик; 4 – полукольцо упорного подшипника; 5 – правая замковая пластинка; 6 – болт крепления маховика; 7 – задний маслоотражатель; 8 – верхний вкладыш подшипника; 9 – передний маслоотражатель; 10 – замковая шайба; 11 – гайка крепления переднего противовеса; 12 – шкив; 13 – шайба шкива; 14 – болт шкива; 15 – передний противовес; 16 – шестерня коленчатого вала; 17 – шпонка

В этих полостях под действием центробежной силы оседают загрязнения моторного масла. Загрязняющие частицы скапливаются во втулках 3 (рис. 11). Полости снаружи закрыты заглушками 4. Уплотнение коленчатого вала обеспечивается резиновыми самоподжимными сальниками, установленными в картере маховика и крышке распределительных шестерен.

На носке и хвостовике коленчатого вала установлены: шестерня 2 привода масляного насоса и ведущая шестерня 6 в сборе с маслоотражателем 7. Выносные противовесы 1 и 5 съемные, закреплены на валу прессовой посадкой

На двигателе КамАЗ-740 осевые перемещения коленчатого вала ограничены четырьмя сталеалюминевыми полукольцами, установленными в проточках задней коренной опоры так, чтобы сторона с канавками прилегала к упорным торцам вала, а ус входил в паз на крышке заднего коренного подшипника.

На двигателе ЯМЗ-238 (рис. 12) для уравновешивания двигателя и разгрузки коренных подшипников от инерционных сил возвратно-поступательно движущихся масс поршней и шатунов и неуравновешенных центробежных сил на щеках коленчатого вала установлены противовесы, в сборе с которыми вал балансируется. Кроме того, в систему уравновешивания входят выносные массы, расположенные в маховике и закрепленные в виде противовеса на носке коленчатого вала. От осевых смещений вал фиксируется четырьмя бронзовыми полукольцами, установленными в выточках задней коренной опоры.

Коренные и шатунные шейки отлиты полыми. Полости шатунных шеек герметично закрыты резьбовыми пробками.

Задний конец коленчатого вала уплотняется сальником, состоящим из двух полуколец, изготовленных из пропитанного графитом асбестового шнура. Полукольца заложены в обоймы и работают, непосредственно соприкасаясь с полированной поверхностью шейки коленчатого вала.

Маховик (рис. 13) служит для обеспечения вывода поршней из мертвых точек, более равномерного вращения коленчатого вала многоцилиндрового двигателя при его режиме холостого хода, облегчения пуска двигателя, снижения кратковременных перегрузок при трогании автомобиля и передачи крутящего момента агрегатам трансмиссии на всех режимах работы двигателя.

Рис. 13. Маховик двигателя КамАЗ-740 (СЛАЙД №17):

1 – зубчатый венец; 2 – фиксатор маховика; 3 – маховик; 4 – установочная втулка; 5 – сухарь отжимного рычага сцепления; 6 – болт крепления маховика; 7 – упорное пружинное кольцо; 8 – установочная втулка; 9 – манжета первичного вала коробки передач

Маховик 3 изготовляют из чугуна и динамически балансируют в сборе с коленчатым валом. На фланце маховик центрируется в строго определенном положении с помощью штифтов или болтов 6, которыми он крепится к фланцу. На обод маховика напрессован (а на ЯМЗ-238 крепят болтами, которые стопорят замковыми шайбами) зубчатый венец 1, предназначенный для вращения коленчатого вала стартером при пуске двигателя.У дизеля КамАЗ-740 маховик центрируется с помощью двух штифтов и крепится болтами непосредственно к коленчатому валу. На торце или ободе маховика многих двигателей наносятся метки, по которым поршень первого цилиндра можно установить в ВМТ на такте сжатия для установки зажигания у карбюраторных двигателей или момента впрыскивания у дизелей.

Маховик ЯМЗ-238 крепят к коленчатому валу восемью болтами, которые стопорят от самоотвертывания замковыми шайбами (одна шайба на два болта).

Кривошипно-шатунный механизм состоит из цилиндра, поршня с компрессионными кольцами, поршневого пальца, шатуна, коленчатого вала и картера (рис. 10). Под влиянием давления газов в цилиндре при сгорании топлива кривошипно-шатунный механизм преобразует прямолинейное возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение коленчатого вала.

Цилиндр является основной частью двигателя, внутри которого происходит рабочий процесс. Кроме того, он служит для направления движения поршня.

Конструкции цилиндров различны в зависимости от типа двигателя.

В стенках цилиндров двухтактных двигателей мотоциклов "Восход", ИЖ-Ю, ИЖ-П (рис. 11) имеются каналы, на внутренней поверхности - впускные, продувочные и выпускные окна, обеспечивающие газораспределение в двигателе. Цилиндры четырехтактных двигателей мотоциклов К-750 с нижними кл шанами имеют приливы в виде клапанных коробок, в которых размещены пружины и куда выходят стержни впускного, выпускного клапанов и толкатели (рис. 12).

Впускные и выпускные клапаны выходят в камеру сжатия, где сделаны выточки-седла для опоры головок клапанов, а в теле цилиндра между седлом и клапанной коробкой имеются направляющие клапанов. Цилиндры четырехтактных двигателей мотоциклов М-62, М-63 с верхними клапанами наиболее просты по конструкции и не имеют дополнительных устройств, за исключением выемок для размещения трубок штанг (рис. 13).

Цилиндры преимущественно отливают из чугуна или алюминиевого сплава; в них запрессовывают чугунные или стальные гильзы. Наружная поверхность цилиндра имеет ребра для улучшения охлаждения. Сверху цилиндр герметически закрывается головкой. Для уменьшения трения между поршнем и цилиндром внутренняя поверхность цилиндра шлифуется. Своим основанием цилиндр прикрепляется к картеру, а между ними устанавливается бумажная прокладка.

Применяются также алюминиевые цилиндры без гильз. Внутренняя зеркальная их поверхность для износоустойчивости хромируется. Такие цилиндры легко и хорошо отводят тепло.

Цилиндры двигателя мотоциклов "Восход", ЮЖ-Ю, ИЖ-П с ребрами отливаются из алюминиевого сплава.

Во внутреннюю часть цилиндров запрессованы гильзы из легированного чугуна. Головки цилиндров изготовляются из алюминиевого сплава с ребрами для воздушного охлаждения и отверстием для свечи зажигания.

Цилиндры двигателей мотоциклов М-63, К-750, М-105 с ребрами отливаются из чугуна.

Головки цилиндров четырехтактных двигателей с верхними клапанами имеют клапанную камеру, впускной и выпускной каналы, которые выходят в камеру сгорания, где сделаны выточки для опоры головок клапанов.

Между головкой цилиндра и цилиндром обычно ставится для уплотнения медно-асбестовая прокладка, выдерживающая высокие температуры.

Внутрення полость головки цилиндра образует камеру сгорания.

Форма камеры сгорания избирается такой, которая обеспечивает быстрое, но плавное, без детонации, сгорание рабочей смеси при наименьших потерях тепла. На двухтактных и четырехтактных двигателях с верхними клапанами (М-62) камера сгорания (рис. 14, а) сферическая. На четырехтактных двигателях дорожных мотоциклов с нижними клапанами (К-750) применяется Г-образная камера сгорания (рис. 14, б).

Поршень служит для восприятия давления газов во время рабочего хода и передачи его через палец и шатун коленчатому валу. Поршень отливают из алюминиевого сплава. Поскольку от нагревания поршень расширяется, его устанавливают с зазором, чтобы избежать заклинивания. Этот зазор во время работы двигателя заполняется тонкой пленкой масла, которая уменьшает трение и обеспечивает охлаждение трущихся поверхностей.

Поршень (рис. 15) состоит из днища, головки с канавками для поршневых колец, юбки, являющейся направляющей при движении поршня в цилиндре, и бобышек с отверстиями. Юбка двухтактного двигателя, кроме того, сложит золотником для открытия и закрытия впускного окна.

Днища поршней двухтактных и четырехтактных двигателей с верхними клапанами выпуклые (рис. 15, а). У четырехтактных нижнеклапанных двигателей оно плоское (рис. 15, б).

В канавках компрессионных колец поршней двухтактных двигателей установлены специальные стопоры, которые удерживают кольца от произвольного провертывания на поршне и предотвращают попадание замков поршневых колец в окна цилиндров (при движении поршня) и поломку их.

В головке поршня двигателя мотоцикла К-750 проточены четыре канавки: верхняя служит газовым буфером, две средние - для установки уплотняющих колец и нижняя - для установки маслосъемного кольца.

Поршни двигателя мотоцикла М-62 помимо описанных выше канавок в нижней части юбки имеют еще канавку для установки второго маслосъемного кольца.

Поршень двигателя мотоцикла ИЖ-П имеет три канавки для уплотняющих колец.

Поршневые кольца создают уплотнение между поршнем и зеркалом цилиндра. Они делятся на уплотняющие (компрессионные) и маслосъемные (рис. 15, в). Уплотняющие кольца используются для устранения прорыва газа через зазор между поршнем и зеркалом цилиндра в картер.

В двухтактных двигателях все кольца компрессионные; в четырехтактных, кроме того, ставятся маслосъемные. Маслосъемное кольцо применяется для снятия излишка масла со стенок цилиндра. Масло, собранное кольцом при движении поршня через его щелевые отверстия, поступает в канавки поршня, далее проходит по отверстиям канавок внутрь поршня и стекает в картер двигателя.

Поршневые кольца изготавливаются упругими из специального серого чугуна. Поверхность кольца для повышения износоустойчивости покрывают слоем пористого хрома, а для улучшения приработки - лудят.

Кольцо делается с разрезом, место разреза называется замком. Замки изготавливаются различной формы (рис. 15, г). Для предотвращения заклинивания кольца во время работы в его замке делается зазор, который равен 0,1-0,3 мм. У верхнего кольца он должен быть больше, чем у нижнего.

При установке колец на поршень необходимо следить, чтобы их замки не находились один под другим, а были смещены в шахматном порядке во избежание прорыва газов в картер.

Поршневой палец служит для шарнирного соединения поршня с верхней головкой шатуна и представляет собой стальной пустотелый валик, поверхность которого для прочности цементируется. Наружная цементация и закаленная поверхность противодействует износу.

На современных мотоциклетных двигателях ставятся пальцы "плавающего типа", которые при работе свободно поворачиваются как во втулке шатуна, так и в бобышках поршня. От осевого смещения палец предохраняется стопорными кольцами.

Шатун передает усилие при такте расширения от поршня на коленчатый вал и вместе с ним преобразует возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение вала, а при вспомогательных тактах наоборот.

Шатун (рис. 16) имеет верхнюю головку с внутренней бронзовой втулкой, посредством которой он соединяется через поршневой палец с поршнем, стержень двухтаврового сечения и нижнюю головку, служащую для соединения с шатунной шейкой кривошипа коленчатого вала.

Нижняя головка шатуна, изготовляется неразъемной, а также разъемной. В нижней головке, надетой на кривошипный палец, находится роликовый (двигатели мотоциклов К-750, ИЖ-Ю, ИЖ-П, М-62, "Восход" и др.) или игольчатый подшипник. Ролики или иглы могут вращаться непосредственно в нижней головке шатуна (двигатели мотоциклов К-175, М-61) или по поверхности запрессованного в нижнюю головку кольца.

Поверхности, на которые опираются ролики или иглы, подвергаются цементации с последующей термической обработкой, после чего шлифуются. Ролики или иглы могут быть заключены в сепараторы (двигатели мотоциклов К-750, ИЖ-Ю, ИЖ-П) или устанавливаться без них (двигатели мотоциклов К-175 и др.).

Смазка к пальцу верхней головки шатуна поступает через отверстия в головке и бронзовой втулке, к подшипнику нижней части шатуна - через щели.

Коленчатый вал воспринимает усилие шатунов от поршней и передает его на ведущее колесо мотоцикла через механизмы силовой передачи.

Коленчатые валы имеют один или несколько кривошипов. Выполняются они разборными (рис. 17, б) и не разборными.

Кривошип (рис. 17) состоит из кривошипного пальца или шатунной шейки, охватываемой нижней головкой шатуна, двух щек, являющихся в большинстве конструкций маховиками, и двух коренных пальцев или шеек, на которых он вращается в подшипниках, установленных в картере.

Маховики большинства двигателей являются составной частью коленчатого вала и используются для равномерного вращения коленчатого вала и облегчения пуска двигателя.

Двигатели мотоциклов имеют маховики, расположенные внутри картера, или один маховик, находящийся вне картера.

Маховики двухтактных двигателей - составная часть коленчатого вала. Так, в двигателях мотоциклов М-105, "Восход", ИЖ-П коленчатый вал состоит из двух щек-маховиков. Обе они соединены между собой запрессованным пальцем кривошипа нижней головки шатуна. У четырехтактных двигателей маховик является отдельной деталью и крепится на конце коленчатого вала вне картера.

Для разгрузки коренных подшипников от центробежных сил инерции служат противовесы. У двигателей с наружным маховиком ими являются утолщения щек кривошипа.

Картер двигателя является основанием для монтажа деталей кривошипно-шатунного и газораспределительного механизмов, а также предохраняет их от загрязнения. Он изготовляется из алюминиевого сплава в виде коробки, состоящей из двух разъемных частей (рис. 18).

В картере устанавливаются коренные подшипники коленчатого вала. В двухтактном двигателе картер является одновременно камерой-насосом, в которую вначале через карбюратор засасывается свежая горючая смесь, а затем она перегоняется в цилиндр двигателя. Поэтому он изготовляется особо герметичным.

Герметизация достигается установкой уплотняющих прокладок между разъемными частями картера и сальников из бензостойкой резины на коренных пальцах коленчатого вала, препятствующих пропуску горючей смеси и постороннего воздуха.

Чтобы обеспечить рабочий процесс, картеры двухтактных двухцилиндровых двигателей, кроме того, имеют две герметичные раздельные камеры для каждого цилиндра в отдельности.

На двухтактных двигателях преимущественно применяются картеры, у которых в общей отливке объединены полости для кривошипа, коробки передач, сцепления, передней передачи и генератора.

Картер четырехтактного двигателя, кроме того, имеет дополнительную полость для размещения части механизма газораспределения, отсеки для масла, каналы и отверстия для масляного насоса, фильтра и др.

Ни для кого не секрет, что основной механизм, который приводит автомобиль в движение, – это двигатель. Т.е. можно сказать, что силовой агрегат – это сердце любой машины. Но без кривошипно-шатунного механизма функционирование ДВС невозможно. Получается, что КШМ не что иное, как сердце двигателя. И именно об этом механизме Авто-Гурман.ру расскажет ниже.

Кривошипно-шатунный механизм. Что это такое?

КШМ – это механизм, который преобразует одно движение в другое. То есть, например, вращение он может преобразовать в качательные, поступательно-толкательные и иные движения.

Встретить кривошипно-шатунный механизм можно не только в поршневых ДВС, но и в различных компрессорах, насосах и в других механических устройствах.

На сегодняшний день КШМ является самым популярным механизмом для преобразования одного движения в другое. Поэтому сейчас стоит рассмотреть его устройство.

Устройство КШМ

Основные элементы механизма делятся на две группы:

1. Подвижные;

2. Неподвижные.

Подвижные элементы – это поршни, поршневые кольца, пальцы, коленвал с маховиком и шатун. Все элементы поршней – это поршневая группа.

Неподвижные элементы – это соединительные детали, блок цилиндра и его головка, а также поддон и картер с подшипниками коленвала.

Разберем каждый элемент более подробно.

Поршень
Поршень – элемент КШМ, изменяющий давление газа. Такие изменения осуществляются путем его возвратно-поступательного движения.

Внешне поршень выполнен в форме цилиндра, изготовленного из алюминиевого сплава. Основные детали поршня – днище, юбка и головка. Каждая деталь выполняет свою функцию. Днище имеет камеру сгорания. В головке находятся специальные нарезные канавки, в которых располагаются поршневые кольца. Основное предназначение колец – защита картера двигателя от газов и удаление излишек масла со стенок цилиндра. Юбка внутри себя имеет поршневой палец, который размещается в этом элементе механизма за счет специальных бобышек.

В юбке находятся две бобышки для размещения поршня с шатуном пальца.

Шатун
Шатун – главный элемент кривошипно-шатунного механизма для передачи поршневого усилия к коленвалу. Данная деталь может быть кованой из стали или титана.

По конструкции шатун состоит из стержня с двутавровым сечением, а также головок (верхней и нижней). Верхняя головка, как и юбка имеет бобышки, в которых находится поршневой палец, а нижняя разборная головка обеспечивает высокую точность соединения деталей.

Блок и головка цилиндров
Блок цилиндров имеет специальные охлаждающие рубашки, точки крепления для основных узлов и приборов, а также постель для подшипников коленвала и распредвала.

Сам блок и головка отливаются из чугуна или алюминия. Ну, а основное назначение блока – направление поршней.

Что касается головки блока, то она имеет внутри себя специальные отверстия под свечи зажигания, впускные-выпускные каналы, втулки, а также камеру сгорания и запрессованные седла.

Коленвал
Коленчатый вал – элемент для восприятия усилий от шатуна, в дальнейшем преобразующий эти усилия в крутящий момент. Чаще всего его изготавливают из чугуна или стали. Состоит он из корневых и шатунных шеек. Шейки соединяются специальными щеками. Их основной рабочий процесс происходит непосредственно в подшипниках скольжения. Щеки и шейки имеют специальные отверстия, предназначенные для подачи масла.

Маховик
Маховик располагается на конце коленвала. Он играет одну из главных ролей в работе двигателя – участвует в запуске ДВС через стартер.

Вот основные элементы кривошипно-шатунного механизма. Сейчас же Авто-Гурман.ру хочет познакомить вас принципом работы КШМ.

Кривошипно-шатунный механизм: принцип работы

И так, поршень находится на максимальном расстоянии от коленвала. Кривошип и шатун выстроились в одну линию. В этот момент в цилиндр поступает топливо, и оно начинает гореть. Продукты горения, а именно расширяющие газы, перемещают поршень к коленвалу. Вместе с этим перемещается и шатун, нижняя головка которого поворачивает коленвал на 180°. После этого шатун и его головка перемещаются и поворачиваются в обратном направлении, возвращаясь в исходное положение. Поршень также возвращается обратно на первоначальное место. И такой процесс работы идет по кругу.

Как видно кривошипно-шатунный механизм – главный механизм двигателя, от работы которого зависит исправность автомобиля. Поэтому за данным узлом нужно всегда следить и при любых признаках неисправности устранять ее как можно быстрее, так как результатом поломок КШМ может стать полный выход из строя двигателя, ремонт которого сильно отразится на личном бюджете.

кривошипно-шатунный механизм

кривошипно-шатунный механизм - alkūninis mechanizmas statusas T sritis Energetika apibrėžtis Keturgrandis svirtinis mechanizmas, keičiantis sukamąjį judesį slenkamuoju arba atvirkščiai. atitikmenys: angl. crank and connecting rod assembly; crank mechanism vok. Kurbelgetriebe,… … Aiškinamasis šiluminės ir branduolinės technikos terminų žodynas

кривошипно-ползунный механизм - кривошипно ползунный механизм; отрасл. кривошипно шатунный механизм Рычажный четырехзвенный механизм, в состав которого входят кривошип и ползун … Политехнический терминологический толковый словарь

- (анимация). См. также Лемниската Бернулли Механизм Уатта (механизм Ватта, параллелограмм Ватта) изобретён Джеймсом Уаттом (19 января 1736 25 августа 1819) для придания поршню паровой машины прямолинейного движения. Этот ме … Википедия

Посселье: звенья, показанные одним цветом, имеют одинаковую длину Механизм Липкина Посселье (англ. Peaucellier–Lipkin linkage), изобретённый в 1864 году, был первым плоским механизмом, способным преобразовывать вращательное движение в… … Википедия

Механизм Саррюса. Чтобы посмотреть анимацию, кликните на картинку Механизм Саррюса (англ. Sarrus linkage), изобретённый … Википедия

- (англ. Hoekens linkage) это четырёхзвенный механизм, преобразующий вращательное движение в приближённо прямолинейное. Этот механизм является подобным механизму Чебышева. Соотношения между звеньями механизма показаны на иллюстрации.… … Википедия

- (греч. μηχανή mechané машина) это совокупность совершающих требуемые движения тел (обычно деталей машин), подвижно связанных и соприкасающихся между собой. Механизмы служат для передачи и преобразования движения … Википедия

Анимированное изображение планшайбы с валом и стержнями. Вращающийся вал и диск показаны серебристым цветом. Невращающийся диск показан золотистым цветом и шесть стержней приводятся от него в возвратно поступательное движение. Стержни могут быть… … Википедия

Механизм Чебышева это механизм, преобразующий вращательное движение в приближённое к прямолинейному движение. Был изобретён в 19 м веке математиком Пафнутием Чебышевым, проводившим исследования теоретических проблем кинематических… … Википедия

Основной задачей , использующиеся на всевозможной технике, является преобразование энергии, которая выделяется при сжигании определенных веществ, в случае с ДВС – это топливо на основе нефтепродуктов или спиртов и воздуха, необходимого для горения.

Преобразование энергии производится в механическое действие – вращение вала. Далее уже это вращение передается дальше, для выполнения полезного действия.

Однако реализация всего этого процесса не такая уж и простая. Нужно организовать правильно преобразование выделяемой энергии, обеспечить подачу топлива в камеры, где производиться сжигание топливной смеси для выделения энергии, отвод продуктов горения. И это не считая того, что тепло, выделяемое при сгорании нужно куда-то отводить, нужно убрать трение между подвижными элементами. В общем, процесс преобразования энергии сложен.

Поэтому ДВС – устройство довольно сложное, состоящее из значительного количества механизмов, выполняющих определенные функции. Что же касается преобразования энергии, то выполняет его механизм, называющийся кривошипно-шатунным. В целом, все остальные составные части силовой установки лишь обеспечивают условия для преобразования и обеспечивают максимально возможный выход КПД.

Принцип действия кривошипно-шатунного механизма

Основная же задача лежит на этом механизме, ведь он преобразовывает возвратно-поступательное перемещение поршня во вращение коленчатого вала, того вала, от движения которого и производится полезное действие.

Устройство КШМ

Чтобы было более понятно, в двигателе есть цилиндро-поршневая группа, состоящая из гильз и поршней. Сверху гильза закрыта головкой, а внутри ее помещен поршень. Закрытая полость гильзы и является пространством, где производится сгорание топливной смеси.

При сгорании объем горючей смеси значительно возрастает, а поскольку стенки гильзы и головка являются неподвижными, то увеличение объема воздействует на единственный подвижный элемент этой схемы – поршень. То есть поршень воспринимает на себя давление газов, выделенных при сгорании, и от этого смещается вниз. Это и является первой ступенью преобразования – сгорание привело к движению поршня, то есть химический процесс перешел в механический.

И вот далее уже в действие вступает кривошипно-шатунный механизм. Поршень связан с кривошипом вала посредством шатуна. Данное соединение является жестким, но подвижным. Сам поршень закреплен на шатуне посредством пальца, что позволяет легко шатуну менять положение относительно поршня.

Шатун же своей нижней частью охватывает шейку кривошипа, которая имеет цилиндрическую форму. Это позволяет менять угол между поршнем и шатуном, а также шатуном и кривошипом вала, но при этом смещаться шатун вбок не может. Относительно поршня он только меняет угол, а на шейке кривошипа он вращается.

Поскольку соединение жесткое, то расстояние между шейкой кривошипа и самим поршнем не изменяется. Но кривошип имеет П-образную форму, поэтому относительно оси коленвала, на которой размещен этот кривошип, расстояние между поршнем и самим валом меняется.

За счет применения кривошипов и удалось организовать преобразование перемещения поршня во вращение вала.

Но это схема взаимодействия только цилиндро-поршневой группы с кривошипно-шатунным механизмом.

На деле же все значительно сложнее, ведь имеются взаимодействия между элементами этих составляющих, причем механические, а это значит, что в местах контакта этих элементов будет возникать трение, которое нужно по максимуму снизить. Также следует учитывать, что один кривошип неспособен взаимодействовать с большим количеством шатунов, а ведь двигатели создаются и с большим количеством цилиндров – до 16. При этом нужно же и обеспечить передачу вращательного движения дальше. Поэтому рассмотрим, из чего состоит цилиндро-поршневая группа (ЦПГ) и кривошипно-шатунный механизм (КШМ).

Начнем с ЦПГ. Основными в ней являются гильзы и поршни. Сюда же входят и кольца с пальцами.

Гильза

Съёмная гильза

Гильзы существуют двух типов – сделанные непосредственно в блоке и являющиеся их частью, и съемные. Что касается выполненных в блоке, то представляют они собой цилиндрические углубления в нем нужной высоты и диаметра.

Съемные же имеют тоже цилиндрическую форму, но с торцов они открыты. Зачастую для надежной посадки в свое посадочное место в блоке, в верхней части ее имеется небольшой отлив, обеспечивающий это. В нижней же части для плотности используются резиновые кольца, установленные в проточные канавки на гильзе.

Внутренняя поверхность гильзы называется зеркалом, потому что она имеет высокую степень обработки, чтобы обеспечить минимально возможное трение между поршнем и зеркалом.

В двухтактных двигателях в гильзе проделываются на определенном уровне несколько отверстий, которые называются окнами. В классической схеме ДВС используется три окна – для впуска, выпуска и перепуска топливной смеси и отработанных продуктов. В оппозитных же установках типа ОРОС, которые тоже являются двухтактными, надобности в перепускном окне нет.

Поршень

Поршень принимает на себя энергию, выделяемую при сгорании, и за счет своего перемещения преобразовывает ее в механическое действие. Состоит он из днища, юбки и бобышек для установки пальца.

Устройство поршня

Именно днищем поршень и воспринимает энергию. Поверхность днища в бензиновых моторах изначально была ровной, позже на ней стали делать углубления для клапанов, предотвращающих столкновение последних с поршнями.

В дизельных же моторах, где смесеобразование происходит непосредственно в цилиндре, и составляющие смеси туда подаются по отдельности, в днищах поршня выполнена камера сгорания – углубления особой формы, обеспечивающие более лучшее смешивание компонентов смеси.

В инжекторных бензиновых двигателях тоже стали применять камеры сгорания, поскольку в них тоже составные части смеси подаются по отдельности.

Юбка является лишь его направляющей в гильзе. При этом нижняя часть ее имеет особую форму, чтобы исключить возможность соприкосновения юбки с шатуном.

Чтобы исключить просачивание продуктов горения в подпоршневое пространство используются поршневые кольца. Они подразделяются на компрессионные и маслосъемные.

В задачу компрессионных входит исключение появления зазора между поршнем и зеркалом, тем самым сохраняется давление в надпоршневом пространстве, которое тоже участвует в процессе.

Если бы компрессионных колец не было, трение между разными металлами, из которых изготавливаются поршень и гильза было бы очень высоким, при этом износ поршня происходил бы очень быстро.

В двухтактных двигателях маслосъемные кольца не применяются, поскольку смазка зеркала производиться маслом, которое добавляется в топливо.

В четырехтактных смазка производится отдельной системой, поэтому чтобы исключить перерасход масла используются маслосъемные кольца, снимающие излишки его с зеркала, и сбрасывая в поддон. Все кольца размещаются в канавках, проделанных в поршне.

Бобышки – отверстия в поршне, куда вставляется палец. Имеют отливы с внутренней части поршня для увеличения жесткости конструкции.

Палец представляет собой трубку значительной толщины с высокоточной обработкой внешней поверхности. Часто, чтобы палец не вышел за пределы поршня во время работы и не повредил зеркало гильзы, он стопориться кольцами, размещающимися в канавках, проделанных в бобышках.

Это конструкция ЦПГ. Теперь рассмотрим устройство кривошипно-шатунного механизма.

Шатун

Итак, состоит он из шатуна, коленчатого вала, посадочных мест этого вала в блоке и крышек крепления, вкладышей, втулки, полуколец.

Шатун – это стержень с отверстием в верхней части под поршневой палец. Нижняя часть его сделана в виде полукольца, которым он садится на шейку кривошипа, вокруг шейки он фиксируется крышкой, внутренняя поверхность ее тоже выполнена в виде полукольца, вместе с шатуном они и формируют жесткое, но подвижное соединение с шейкой – шатун может вращаться вокруг ее. Соединяется шатун со своей крышкой посредством болтовых соединений.

Чтобы снизить трение между пальцем и отверстием шатуна применяется медная или латунная втулка.

По всей длине внутри шатун имеет отверстие, через которое масло подается для смазки соединения шатуна и пальца.

Коленчатый вал

Перейдем к коленчатому валу. Он имеет достаточно сложную форму. Осью его выступают коренные шейки, посредством которых он соединен с блоком цилиндров. Для обеспечения жесткого соединения, но опять же подвижного, в блоке посадочные места вала выполнены в виде полуколец, второй частью этих полуколец выступают крышки, которыми вал поджимается к блоку. Крышки к с блоком соединены болтами.

Коленвал 4-х цилиндрового двигателя

Коренные шейки вала соединены с щеками, которые являются одной из составных частей кривошипа. В верхней части этих щек располагается шатунная шейка.

Количество коренных и шатунных шеек зависит от количества цилиндров, а также их компоновки. В рядных и V-образных двигателях на вал передаются очень большие нагрузки, поэтому должно быть обеспечено крепление вала к блоку, способное правильно распределять эту нагрузку.

Для этого на один кривошип вала должно приходиться две коренные шейки. Но поскольку кривошип размещен между двух шеек, то одна из них будет играть роль опорной и для другого кривошипа. Из этого следует, что у рядного 4-цилиндрового двигателя на валу имеется 4 кривошипа и 5 коренных шеек.

У V-образных двигателей ситуация несколько иная. В них цилиндры расположены в два ряда под определенным углом. Поэтому один кривошип взаимодействует с двумя шатунами. Поэтому у 8-цилиндрового двигателя используется только 4 кривошипа, и опять же 5 коренных шеек.

Уменьшение трения между шатунами и шейками, а также блоком с коренными шейками достигается благодаря использованию вкладышей – подшипников трения, которые помещаются между шейкой и шатуном или блоком с крышкой.

Смазка шеек вала производится под давлением. Для подачи масла применяются каналы, проделанные в шатунных и коренных шейках, их крышках, а также вкладышах.

В процессе работы возникают силы, которые пытаются сместить коленчатый вал в продольном направлении. Чтобы исключить это используются опорные полукольца.

В дизельных двигателях для компенсации нагрузок используются противовесы, которые прикрепляются к щекам кривошипов.

Маховик

С одной из сторон вала сделан фланец, к которому прикрепляется маховик, выполняющий несколько функций одновременно. Именно от маховика передается вращение. Он имеет значительный вес и габариты, что облегчает вращение коленчатому валу после того, как маховик раскрутится. Чтобы запустить двигатель нужно создать значительное усилие, поэтому по окружности на маховик нанесены зубья, которые называются венцом маховика. Посредством этого венца стартер раскручивает коленчатый вал при запуске силовой установки. Именно к маховику присоединяются механизмы, которые и используют вращение вала на выполнение полезного действия. У автомобиля это трансмиссия, обеспечивающая передачу вращения на колёса.

Чтобы исключить осевые биения, коленчатый вал и маховик должны быть хорошо отбалансированы.

Другой конец коленчатого вала, противоположный фланцу маховика используется зачастую для привода остальных механизмом и систем мотора: к примеру, там может размещаться шестерня привода масляного насоса, посадочное место для приводного шкива.

Это основная схема коленчатого вала. Особо нового пока ничего не придумано. Все новые разработки направлены пока только на снижение потерь мощности в результате трения между элементами ЦПГ и КШМ.

Также стараются снизить нагрузку на коленчатый вал путем изменения углов положения кривошипов относительно друг друга, но особо значительных результатов пока нет.

Autoleek