Подвижные детали кшм. Как работает и устроен кривошипно-шатунный механизм двигателя Подвижные части кшм

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.

КРИВОШИПНО-ШАТУННЫЙ МЕХАНИЗМ

1. Назначение КШМ и принцип работы.

2. Состав и устройство узлов КШМ.

1. Назначение КШМ и принцип работы.

Определение: механическая передача передающая энергию с преобразовани-ем видов движения.

В соответствие с общей классификацией машин и механизмов - кривошипно-ползунковый механизм (КПМ).

Назначение: КШМ служит для преобразования поступательного движения поршня под действием энергии расширения продуктов сгорания топлива во вра-щательное движение коленчатого вала.

Принцип действия : четырехтактный поршневой двигатель состоит из ци-линдра и картера, который снизу закрыт поддоном. Внутри цилиндра перемеща-ется поршень с уплотнительными (компрессионными) кольцами. Поршень через поршневой палец и шатун связан с коленчатым валом, который вращается в ко-ренных подшипниках, расположенных в картере. Сверху цилиндр накрыт голов-кой с клапанами, открытие и закрытие которых строго согласовано с вращением коленчатого вала. Перемещение поршня ограничивается двумя крайними поло-жениями, при которых его скорость равна нулю: верхней и нижней мертвой точ-кой. Безостановочное движение поршня через мертвые точки обеспечивается ма-ховиком, имеющим форму диска с массивным ободом.

Состав и устройство узлов КШМ.

Состав: все детали КШМ делятся на подвижные (рис.1) и неподвижные (рис. 2). К неподвижным (детали остова двигателя)относятся: картер, блок цилиндров, головка блока цилиндров и соединяющие их детали (рис. 2, 3), к подвижным - поршень с пальцем и кольцами, шатун, коленчатый вал и маховик.

Блок цилиндров является основой двигателя. Большая часть навесного обо-рудования двигателя монтируется на блоке цилиндров.

По форме блока цилинд-ров ДВС классифицируют :

Рядный двигатель: цилиндры располагаются последовательно в одной плос-кости; ось цилиндров вертикальна, под углом или горизонтальна; число цилинд-ров - 2, 3, 4, 5, 6, 8;

- V-образный двигатель : цилиндры располагаются в двух плоскостях с обра-зованием конструкции V - образной формы; угол развала - от 30° до 90°; число цилиндров 2, 4, 5, 6, 8, 10, 12, 24;

VR-образный двигатель: рядно-смещенное расположение цилиндров в шахматном порядке с углом развала 15°. Очень узкие V-образные двигатели тако-го типа долгое время делала итальянская фирма “Lancia”, и ее опыт используется концерном “Volkswagen”;

W-образный двигатель: два рядно-смещенных блока VR, объединенных в V-образную конфигурацию с углом развала 72 °С. W8-Volkswagen Passat, W12- VW Phaeton и Audi A8, W16-Bugatti EB 16.4 Veyron;

Оппозитный двигатель: противолежащие друг другу цилиндры располага-ются горизонтально, число цилиндров - 2,4,6. Subaru обозначает свои оппозитные двигатели индексом "B" (Boxer), добавляя к нему цифру "4" или "6", в зависимо-сти от числа цилиндров.

Нумерация цилиндров начинается от носка коленвала, а при двух-, и четы-рехрядном расположении цилиндров - слева, если смотреть со стороны носка ко-ленвала (за исключением «РЕНО»). Направление вращения коленвала - правое, то есть по часовой стрелке, если смотреть с носка коленвала (за исключением Honda, Mitsubishi).

В конструкцию блока входят гильзы цилиндров, рубашка охлаждения и гер-метизированные масляные полости и каналы. Во внутренних полостях блока цир-кулирует жидкость системы охлаждения, там же проходят и масляные каналы системы смазки двигателя. Блок имеет монтажные и опорные поверхности для ус-тановки вспомогательных устройств.

Картер служит опорой для подшипников, на которых вращается коленчатый вал. Обычно выполняется заодно с блоком цилиндров. Такая конструкция называ-ется блок-картер. Снизу картер закрывается поддоном, в котором обычно хранит-ся запас масла.

Чаще картер и блок цилиндров отливают как одно целое. Если картер изготовляют отдельно, то к нему крепят или отдельные цилиндры, или блок цилиндров. Блок-картер совре-менного поршневого двигателя — это наиболее сложная и дорогая деталь. Он обладает большой жесткостью. В зависимости от вос-приятия нагрузки различают силовые схемы с несущими цилиндрами, с несущим блоком цилиндров, с несущими силовыми шпильками.

В первой схеме под действием сил давления газов стенки цилиндров и рубашки охлаждения испытывают напряжение разрыва. Во второй схеме, получившей наибольшее распространение, нагрузки восприни-маются стенками цилиндров и рубашки охлаждения, поперечными пе-регородками картера. В этой схеме часто используют сменные гиль-зы «мокрые» или «сухие» (рис. 3).

Рис. 2. Неподвижные детали ДВС

В этом случае основную нагрузку несут стенки рубашки охлаждения. Конструкция в целом оказывается менее жесткой. В третьей схеме растягивающие нагрузки воспри-нимаются силовыми шпильками, а цилиндр (или блок цилиндров) оказывается сжатым.

Рис. 3. Гильза цилиндров (а) и схемы по-садки мокрой (б) и сухой (в) гильз

При работе силы давления газов, растягивая шпильки, разгружа-ют цилиндр. Блок-картер служит базовой деталью, на нем размеща-ются все навесные агрегаты, механизмы и системы двигателя. Блок- картер воспринимает все силы, развивающиеся в работающем двига-теле, отдельные его элементы подвергаются значительному местному нагреву, он подвержен действию колебаний, а те его элементы, кото-рые сопрягаются с подвижными деталями двигателя, в процессе экс-плуатации сильно изнашиваются.

При длительной работе блок-кар-тер коробится из-за деформаций, действия силовых и тепловых нагрузок и структурных изменений в материале. Как следствие, теря-ются параллельность осей цилиндров, перпендикулярность осей ци-линдров к оси коленчатого вала, возникают другие нарушения макро-геометрии блока картера, что весьма нежелательно из-за увеличения трения, износа и даже выхода из строя всего двигателя.

Головка цилиндра (рис. 4) обеспечивает герметизацию верхней части ци-линдра. Совместно с днищами поршней, образует камеру сгорания. Обычно уста-навливается одна головка для всех цилиндров рядного и VR-образного, или две - для V, W и оппозитного двигателя. Она крепится к блоку цилиндров и, при работе составляет с ним единое целое. Уплотнение стыка обеспечивается прокладкой.

На большинстве ДВС в головке размещается привод клапанов, сами клапаны, свечи зажигания или накаливания, форсунки. Так же, как и в блоке цилиндров - имеются жидкостные и масляные каналы и полости.

Головки цилиндров подвержены действию максималь-ных сил давления газов, контактируют с нагретыми газами.

Рис. 4. Головка блока цилиндров: а) вид сверху, б) вид снизу

Для изготовления блок-картеров и головок цилиндров использу-ют серые или легированные чугуны марок СЧ 15-32, СЧ 21-40 и алюминиевые сплавы. Чугуны содержат около 3-4% углерода , ле-гирующие элементы (марганец , хром, никель, титан, медь, молибден), примеси серы и фосфора, кремний. Твердость чугунов составляет 230-250 по Бринеллю. Для све-дения к минимуму в про-цессе эксплуатации дефор-мации блока применяют операцию искусственного старения отливок перед механической обработкой.

Стенки блока цилиндров при работе двигателя ис-пытывают циклические на-пряжения изгиба. Обычно стремятся уменьшить ам-плитудные значения на-пряжения, что достигается путем оребрения поперечных стенок. Что-бы снизить упругие остаточные деформации постелей коренных под-шипников коленчатого вала, обеспечить их соосность и улучшить работу кривошипно-шатунного механизма, часто вводят силовые свя-зи между крышками коренных опор и стенками блока.

Очень важно при сборке, изготовлении или ремонте снизить так называемые монтажные деформации гильзы в сборе с блоком. Повы-шенные монтажные деформации гильзы, как свидетельствует опыт эксплуатации дизелей Д-37Е, ЯМЗ-236 и др., приводят к повы-шенному трению и преждевременному износу гильзы. Равномерность деформаций достигается путем обеспечения примерного равенст-ва деформаций участка блока при затяжке каждой шпильки, а их минимизация — путем увеличения жесткости гнезда, в котором раз-мещается шпилька. Блоки цилиндров и гильзы двигателей с водяным охлаждением подвержены кавитационному износу.

Причиной воз-никновения кавитации стенок блока цилиндров и гильз являются ин-тенсивные вибрации, возникающие при осуществлении рабочего про-цесса и ударах. Во избежание кавитационных износов в блоке цилинд-ров размещают антикавитационную защиту (например, в двигателе ЯМЗ), представляющую собой специальное антикавитационное пло-ское резиновое кольцо, устанавливаемое с натягом на гильзе и попада-ющее вместе с гильзой при сборке в выточку в блоке и гильзе. Как правило, при демонтаже узел разрушается, поэтому в эксплуатации при переборках его нужно заменять новым. Равномерного распре-деления нагрузок добиваются также во всех элементах головки блока цилиндров.

Особое внимание уделяют совершенствованию технологии литья головок и блоков цилиндров, чтобы снизить нарушение размеров отливок, избежать отбеливания чугуна, обеспечить точность и ста-бильность литья. Должным образом доведенная конструкция блока цилиндров и головки обеспечивает наработку 8000 моточасов и более.

Важный элемент конструкции — прокладка головки блока ци-линдров , обеспечивающая плотное соединение головки и блока ци-линдров и препятствующая прорыву газов из камеры сгорания при работе двигателя. Про-кладки делают цельноме-таллическими из меди или алюминия, тонкого сталь-ного листа (набора тонких листов), а также из листов графитизированного асбес-тового картона, положен-ных на стальную сетку.

Металлические проклад-ки используют в дизелях с жесткими блоками и го-ловками и при большой силе затяжки шпилек. Ас-бестовые прокладки при-меняют в карбюраторных двигателях, а также в ди-зелях. Шпильки, которыми притягивают головки и прокладку к блоку цилинд-ров, изготовляют из угле-родистых и легированных сталей. Нижняя часть кар-тера (поддон ) в двигателях не является несущей. Ее отливают из алюминиевого сплава или штампуют из тонкого стального листа. Поддон обычно служит ванной для масла, в нем размещают маслоприемные устройства, успокоители против разбрызгивания. Устанавливают его на про-кладках для предотвращения вытекания масла.

Шпильки подвергают расчетам на прочность на знакопеременные нагрузки. Оценки напряжений в элементах головок и блоков цилинд-ров по формулам сопротивления материалов носят условный харак-тер. Лишь в последние годы, после того как был развит метод конеч-ных элементов, стала возможной постановка задачи о расчетах на прочность таких сложных по конфигурации деталей, как блок цилинд-ров и головка. Расчеты эти требуют применения мощных вычислитель-ных машин. Традиционно заводы-изготовители много времени и сил затрачивают на экспериментальное определение характеристик на-дежности, вибрационной стойкости деталей остова.

Кривошипно-шатунный механизм (далее сокращенно – КШМ ) – механизм двигателя. Основным назначением КШМ является преобразование возвратно-поступательных движений поршня цилиндрической формы во вращательные движения коленчатого вала в и наоборот.

Устройство КШМ

Поршень

Поршень имеет вид цилиндра, изготовленного из сплавов алюминия. Основная функция этой детали заключается в превращении в механическую работу изменение давления газа, или наоборот, – нагнетание давления за счет возвратно-поступательного движения.

Поршень представляет собой сложенные воедино днище, головку и юбку, которые выполняют совершенно разные функции. Днище поршня плоской, вогнутой или выпуклой формы содержит в себе камеру сгорания. Головка имеет нарезанные канавки, где размещаются поршневые кольца (компрессионные и маслосъемные). Компрессионные кольца исключают прорыв газов в картер двигателя, а поршневые маслосъемные кольца способствуют удалению излишков масла на внутренних стенках цилиндра. В юбке расположены две бобышки , обеспечивающие размещение соединяющего поршень с шатуном поршневого пальца.

Шатун

Изготовленный штамповкой или кованый стальной (реже – титановый) шатун имеет шарнирные соединения. Основная роль шатуна состоит в передаче поршневого усилия к коленчатому валу. Конструкция шатуна предполагает наличие верхней и нижней головки, а также стержня с двутавровым сечением. В верхней головке и бобышках находится вращающийся («плавающий») поршневой палец, а нижняя головка – разборная, позволяющая, тем самым, обеспечить тесное соединение с шейкой вала. Современная технология контролируемого раскалывания нижней головки позволяет обеспечить высокую точность соединения ее частей.

Коленчатый вал

Изготовленный из стали или чугуна высокой прочности коленчатый вал состоит из шатунных и коренных шеек, соединенных щеками и вращающихся в подшипниках скольжения. Щеки создают противовес шатунным шейкам. Основная функция коленчатого вала состоит в восприятии усилия от шатуна для преобразования его в крутящий момент. Внутри щек и шеек вала предусмотрены отверстия для подачи под давлением масла .

Маховик

Маховик устанавливается на конце коленчатого вала. На сегодняшний день находят широкое применение двухмассовые маховики, имеющие вид двух, упруго соединенных между собой, дисков. Зубчатый венец маховика принимает непосредственное участие в запуске двигателя через .

Блок и головка блока цилиндров

Блок цилиндров и головка блока цилиндров отливаются из чугуна (реже – сплавов алюминия). В блоке цилиндров предусмотрены , постели для подшипников коленчатого и распределительного валов, а также точки крепления приборов и узлов. Сам цилиндр выполняет функцию направляющей для поршней. Головка блока цилиндра располагает в себе камеру сгорания, впускные-выпускные каналы, специальные резьбовые отверстия для свечей , втулки и запрессованные седла. Герметичность соединения блока цилиндров с головкой обеспечены прокладкой. Кроме того, головка цилиндра закрыта штампованной крышкой, а между ними, как правило, устанавливается прокладка из маслостойкой резины.

В целом, поршень, гильза цилиндров и шатун формируют цилиндр или цилиндропоршневую группу кривошипно-шатунного механизма . Современные двигатели могут иметь до 16 и более цилиндров.

Кривошипно-шатунным называется такой механизм, который осуществляет рабочий процесс силового агрегата. Главное предназначение кривошипно-шатунного механизма - преобразование возвратно-поступательного перемещения всех поршней во вращательное движение коленвала.

Кривошипно-шатунный механизм определяет тип силового агрегата по рас-по-ло-же-нию цилиндров. В автомобильных двигателях (см. устройство двигателя автомобиля) ис-поль-зу-ют-ся различные варианты кривошипно-шатунных механизмов:

• Однорядные кривошипно-шатунные механизмы. Перемещение поршней может быть вертикальным либо под углом. Используются в рядных двигателях;
• Двухрядные кривошипно-шатунные механизмы. Перемещение поршней только под углом. Используются в V-образных двигателях;
• Одно- и двухрядные кривошипно-шатунные механизмы. Перемещение поршней горизонтальное. Применяются в случае, если габаритные размеры мотора по высоте ограничены.

Составляющие кривошипно-шатунного механизма подразделяются на

• Подвижные - поршни, пальцы и поршневые кольца, маховик и коленчатый вал, шатуны;
• Неподвижные - цилиндры, головка блока цилиндров (ГБЦ), блок цилиндров, картер, прокладка ГБЦ и поддон.

Кроме этого к кривошипно-шатунному механизму относятся разнообразные кре-пеж-ные элементы, а также шатунные и крепежные подшипники.

При рассмотрении устройства КШМ необходимо выделить основные элементы его конструкции: коленвал, коренная шейка, шатунная шейка, шатуны, вкладыши, поршневые кольца (маслосъемные и компрессионные), пальцы и поршни (см. работа поршня).

Сложная конструкция вала обеспечивает получение и передачу энергии от поршня с шатуном на последующие узлы и агрегаты. Сам вал собран из элементов, называемых коленами. Колена соединены цилиндрами, расположенными со смещением относительно основной центральной оси в определенном порядке. На техническом языке название этих цилиндров — шейки. Те шейки, что смещены, крепятся к шатунам, соответственно и название — шатунные. Шейки, расположенные вдоль основной оси — коренные. За счет расположения шатунных шеек со смещением относительно центральной оси образуется рычаг. Поршень, опускаясь вниз, через шатун заставляет проворачиваться коленчатый вал.

Варианты конструкций вала представлены на следующем рисунке.

В зависимости от числа цилиндров, а также конструктивных решений ДВС по рас-по-ло-же-нию цилиндров бывает однорядный или двухрядный.

В первом случае (1) цилиндры расположены в одной плоскости относительно коленчатого вала. Если конкретнее, то все они на двигателе расположены вертикально, по центральной оси, а сам вал находится внизу. В двухрядном двигателе (поз. 2 и 3), цилиндры размещены в два ряда под углом друг к другу 60, 90 или 180°, то есть противоположно друг к другу. Возникает вопрос: «А зачем?». Обратимся к физике. Энергия от сгорания рабочей смеси очень большая и значительная доля ее погашения приходится на коренные шейки коленчатого вала, которые хоть и железные, но имеют определенный запас прочности и ресурса. В четырехцилиндровом двигателе автомобиля этот вопрос решается просто: 4 цилиндра — 4 такта рабочего цикла по очереди. В итоге нагрузка на коленвал равномерно распределяется на всех участках. В тех ДВС, где цилиндров больше, или требуется большая мощность, их размещают в «V»-образном виде, дополнительно смягчая нагрузку на коленчатый вал. Таким образом, энергия гасится не вертикально, а под углом, что зна-чи-тель-но смягчает нагрузку на коленчатый вал.

После краткого рассмотрения устройства КШМ необходимо также уделить внимание коленчатому валу. Говоря о нагрузке на коленчатый вал, стоит остановиться на под-шип-ни-ках шеек коленвала. Рассмотрим соединение шатуна с коленчатым валом двигателя.

Те перегрузки, что испытывает вал, не под силу шариковым подшипникам. Здесь и огромное давление, высокая температура, труднодоступность смазки трущихся элементов и высокая скорость вращения. Поэтому именно для шеек применяются подшипники сколь-же-ния, которые обеспечивают работу всего двигателя. Вращение коленчатого вала происходит на вкладышах. Вкладыши делятся на коренные и шатунные. Из коренных вкладышей образуется кольцо вокруг коренных шеек вала. Из шатунных вкладышей по аналогии - вокруг шатунных шеек. Для уменьшения трения скользящие поверхности подшипников и шеек смазываются маслом, подаваемым через отверстия в коленвале под высоким дав-ле-ни-ем.

Значительную работу по обеспечению равномерности и плавности работы двигателя автомобиля выполняет маховик, о котором упоминалось ранее. Это зубчатое колесо на конце вала сглаживает перебои во вращении коленвала и обеспечивает совершение всех «холостых» тактов рабочего цикла каждого цилиндра ДВС.

Теперь обратимся к конструкции поршня двигателя.

Сам поршень представляет собой перевернутую вверх дном банку. Это самое дно имеет плавно вогнутую форму, что улучшает равномерность нагрузки на поршень при совершении рабочего хода и образование рабочей смеси. Поршень крепится к шатуну через палец с подшипником, обеспечивающим колебательные движения шатуна. Стенки поршня носят название «юбка». Она имеет, на первый взгляд, округлую форму, но есть едва заметные отличия.

Первое — это утолщение стенок юбки в направлениях движения шатуна. Поршень с шатуном через палец крепления давят поочередно друг на друга в одной плоскости. В той, которой собственно и двигается шатун относительно поршня. Следовательно, стенки поршня испытывают там большую нагрузку и давление, поэтому и сделаны толще.

Второе — это сужение диаметра юбки к низу. Сделано это для недопущения заклинивания поршня в цилиндре при нагреве и обеспечения смазки трущихся поверхностей юбки поршня и стенки цилиндра. Сами стенки цилиндра настолько гладко и ювелирно выполнены, что сравнимы с поверхностью зеркала. Но тогда остается зазор, который существенно влияет на герметичность цилиндра при такте сжатия и рабочего хода.

Для решения этих противоположных по смыслу проблем, на юбке поршня пре-дус-мот-ре-ны кольца. Именно через них сам поршень соприкасается со стенками цилиндра. На каждом поршне имеется два типа колец — компрессионные и маслосъемные. Комп-рес-си-он-ные кольца обеспечивают герметичность за счет давления сгораемых газов.

Маслосъемные кольца говорят сами за себя. Остатков масла, поступающего для смягчения трения в связке поршень-цилиндр, не должно оставаться при процессе горения топливно-воздушной смеси. Иначе возможна детонация, засорение свечей или форсунок остатками тяжелых фракций нефтяных продуктов, присутствующих в масле. А все это нарушает весь рабочий цикл. Поэтому масло, впрыскиваемое на стенки цилиндра при «холостых» тактах, снимается маслосъемными кольцами при рабочем ходе поршня.

Все цилиндры двигателя размещены в едином корпусе, который называется блоком цилиндров двигателя. Его конструкция довольно сложна. В нем многочисленное количество каналов для всех систем двигателя, а также он выполняет несущую основу для многих деталей и компонентов для силовой установки в целом.

Рассмотрим схему работы КШМ.

Поршень располагается на максимально удаленном расстоянии от коленчатого вала. Шатун и кривошип выстроены в одной линии. В тот момент, когда в цилиндр проникает горючее, происходит процесс возгорания. Продукты горения, в частности, расширяющие газы, способствуют перемещению поршня к коленчатому валу. Одновременно с этим перемещается также и шатун, нижняя головка которого проворачивает коленчатый вал на 180°. Затем шатун и его нижняя головка перемещаются и проворачиваются обратно, занимая исходную позицию. Поршень тоже возвращается в свое первоначальное положение. Такой процесс происходит в круговой последовательности.

По описанию работы КШМ видно, что кривошипно-шатунный механизм является главным механизмом мотора, от работы которого полностью зависит исправность транс-порт-но-го средства. Таким образом, этот узел необходимо постоянно контролировать, и при любом подозрении на неисправность, следует вмешиваться и устранять ее незамедлительно, так как результатом различных поломок кривошипно-шатунного механизма может ока-зать-ся полная поломка силового агрегата, ремонт которого очень дорогостоящий.

К основным признакам неисправности КШМ относятся следующие:

• Падение мощностных показателей двигателя;
• Появление посторонних шумов и стуков;
• Увеличенный расход масла;
• Возникновение дыма в отработанных газах;
• Перерасход топлива.

Шумы и стуки в моторе возникают из-за износа его главных составляющих и возникновение между сопряженными составляющими увеличенного зазора. При износе цилиндра и поршня, а также при возникновении большего зазора между ними появляется металлический стук, который удается отчетливо услышать при работе холодного мотора. Резкий и звонкий металлический стук при любых режимах работы мотора говорит об увеличенном зазоре между втулкой, верхней головки шатуна и поршневым пальцем. Усиление стука и шума при быстром увеличении числа оборотов коленвала свидетельствует об износе вкладышей шатунных или коренных подшипников, причем более глухой стук говорит об износе вкладышей коренных подшипников. Если износ вкладышей достаточно большой, то, вероятнее всего, давление масла резко понизится. В таком случае экс-плу-а-ти-ро-вать мотор не рекомендуется.

Падение мощности мотора возникает при износе цилиндров и поршней, износе или залегании в канавах поршневых колец, некачественной затяжке головки цилиндров. Подобные неисправности способствуют падению компрессии в цилиндре. Чтобы проверить компрессию, существует специальный прибор - компрессометр, измерения необходимо выполнять на теплом моторе. Для этого необходимо выкрутить все свечи, после чего установить наконечник компрессометра на место одной из них. При абсолютно открытом дросселе проворачивают мотор стартером в течение трех секунд. Подобным методом последовательно выполняют проверку всех остальных цилиндров. Значение компрессии должно быть в рамках, указанных в технических характеристиках мотора. Разница компрессии между цилиндрами не должна быть не выше 1 кг/см2.

Увеличенное потребление масла , перерасход топлива, образование дыма в отработанных газах обычно происходит при износе цилиндров и колец или при залегании поршневых колец. Вопрос с залеганием кольца можно решить без разборки мотора, залив в цилиндр через специальные отверстия для свечи соответствующую жидкость.

Отложение нагара на камерах сгорания и днищах поршней уменьшает теп-ло-про-вод-ность, что способствует перегреву мотора, повышению топливного расхода и падению мощности.

Трещины на стенках рубашки охлаждения блока, а также головки блока цилиндров могут образоваться в связи с замерзанием охлаждающей жидкости, в результате перегрева мотора, в результате заполнения охлаждающей системы (см. система охлаждения двигателя) горячего мотора холодной охлаждающей жидкостью. Трещины на блоке цилиндров могут пропускать охлаждающую жидкость в цилиндры. В связи с этим выхлопные газы приобретают белый цвет.

Выше рассмотрены основные неисправности КШМ.

Крепежные работы

Чтобы предотвратить пропуск охлаждающей жидкости и газов через прокладку головки цилиндров, следует периодически контролировать крепление головки ключом со специальной динамометрической рукояткой с определенной последовательностью и усилием. Положение затяжки и последовательность затягивания гаек обозначают ав-то-мо-биль-ные заводы.

Головку цилиндров из чугуна прикрепляют, когда мотор находится в нагретом положении, алюминиевую голову, наоборот, на холодный двигатель. Необходимость затягивания крепления алюминиевых головок в холодном состоянии объясняется разным коэффициентом линейного расширения материала шпилек и болтов и материала головки. В связи с этим подтягивание гаек на сильно разогретом моторе не обеспечивает после остывания мотора должной плотности прилегания к блоку головки цилиндров.

Затяжку болтов прикрепления поддона картера для предотвращения деформации картера, нарушения при герметичности также проверяют с соблюдением пос-ле-до-ва-тель-нос-ти, то есть поочередным затягиванием диаметрально противоположных болтов.

Проверка состояния кривошипно-шатунного механизма

Техническое состояние кривошипно-шатунных механизмов определяется:

• По компрессии (изменению давления) в цилиндрах мотора в конце хода сжатия;
• По расходу масла в процессе эксплуатации и уменьшению давления в системе смазки двигателя;
• По разрежению в трубопроводе впуска;
• По утечке газов из цилиндров;
• По объему газов, проникающих в картер мотора;
• По наличию стуков в моторе.

Расход масла в малоизношенном моторе незначителен и может равняться 0,1-0,25 литра на 100 км пути. При общем значительном износе мотора расход масла может составлять 1 литр на 100 км и больше, что, как правило, сопровождается обильным дымом.

Давление в масляной системе мотора должно соответствовать пределам, ус-та-нов-лен-ным для данного типа мотора и используемого сорта масла. Уменьшение давления масла на незначительных оборотах коленвала прогретого силового агрегата указывает на неисправность в смазочной системе или на присутствие недопустимых износов под-шип-ни-ков мотора. Падение масляного давления по манометру до 0 говорит о не-исп-рав-нос-ти редукционного клапана или манометра.

Компрессия является показателем герметичности цилиндров мотора и ха-рак-те-ри-зу-ет состояние клапанов, цилиндров и поршней. Герметичность цилиндров можно установить с помощью компрессометра. Изменение давления (компрессию) проверяют после пред-ва-ри-тель-но-го разогрева мотора до 80°C при выкрученных свечах. Установив наконечник компрессометра в отверстия для свечей, проворачивают стартером коленвал мотора на 10 - 14 оборотов и фиксируют показания компрессометра. Проверка выполняется по 3 раза для каждого цилиндра. Если показания компрессии на 30 - 40% ниже установленной нормы, это говорит о неисправностях (пригорание поршневых колец или их поломка, повреждение прокладки головки цилиндров или негерметичность клапанов).

Разрежение в трубопроводе впуска мотора измеряют вакуумметром. Значение разрежения у работающего на установившемся режиме моторов может меняться от изношенности цилиндро-поршневой группы, а также от состояния элементов га-зо-расп-ре-де-ле-ния (см. газораспределительный механизм), регулировки карбюратора (см. устройство карбюратора) и установки зажигания. Таким образом, такой метод проверки является об-щим и не дает возможности выделить конкретную неисправность по одному показателю.

Объем газов, проникающих в картер мотора , изменяется из-за неплотности сопряжений цилиндр + поршень + поршневое кольцо, увеличивающейся по степени изнашивания данных деталей. Количество проникающих газов измеряют при полной нагрузке мотора.

Обслуживание КШМ заключается в постоянном контроле креплений и подтягивании ослабевших гаек и болтов картера, а также головки блока цилиндров. Болты крепления головки блока и гайки шпилек следует подтягивать на разогретом моторе в определенной последовательности.

Двигатель следует содержать в чистоте, каждый день протирать или промывать кисточкой, смоченной в керосине, после этого протирать сухой ветошью. Необходимо помнить, что грязь, пропитанная маслом и бензином, представляет серьезную опасность для возгорания при наличии каких-либо неисправностей в системе зажигания двигателя исистеме питания двигателя, также способствует образованию коррозии.

Периодически нужно снимать головку блока цилиндров и удалять весь нагар, об-ра-зо-вав-ший-ся в камерах сгорания.

Нагар плохо проводит тепло. При определенной величине слоя нагара на клапанах и поршнях отвод тепла в охлаждающую жидкость резко ухудшается, происходит перегрев мотора и уменьшение его мощностных показателей. В связи с этим, возникает потребность в более частом включении низких передач и потребность в топливе возрастает. Интенсивность формирования нагара полностью зависит от вида и качества используемого для мотора масла и топлива. Самое интенсивное нагарообразование выполняется при использовании низкооктанового бензина с достаточно высокой температурой конца выкипания. Стуки, возникающие в таком случае при работе двигателя, имеют детонационный характер и в конечном итоге приводят к уменьшению срока работоспособности двигателя.

Нагар необходимо удалять с камер сгорания, со стержней и головок клапанов, из впускных каналов блока цилиндров, с днищ поршней. Нагар рекомендуется удалять с по-мощью проволочных щеток или металлических скребков. Предварительно нагар раз-мяг-ча-ет-ся керосином.

При последующей сборке мотора прокладку головки блока необходимо ус-та-нав-ли-вать таким образом, чтобы сторона прокладки, на которой наблюдается сплошная окантовка перемычек между краешками отверстий для камер сгорания, была направлена в сторону головки блока.

Стоит учесть, что во время движения машины за городом в течении 60-ти минут со скоростью 65-80 км/ч происходит выжигание (очистка) цилиндров от нагара.

При должном регулярном обслуживании КШМ его срок службы продлится на долгие годы.

Основные размеры КШМ ВАЗ 2110, 2111, 2112

себя двигателя ВАЗ 2110, они имеют много

взаимозаменяемых деталей КШМ с двигателями

ВАЗ 2108, ВАЗ 2109

Кривошипно-шатунный механизм (КШМ) преобразует прямолинейное возвратно-поступательные движения поршней, воспринимающих давление газов, во вращательное движение коленчатого вала .

Устройство КШМ можно разделить на две группы: подвижные и .

Подвижные детали :

Для смазывания подшипника поршневого пальца (бронзовая втулка) в верхней головке шатуна имеются отверстие или прорези. В двигателях марки «ЯМЗ» подшипник смазывается под давлением, для чего в стержне шатуна имеется масляный канал. Плоскость разъема нижней головки шатуна может располагаться под различными углами к продольной оси шатуна. Наибольшее распространение получили шатуны с разъемом перпендикулярным к оси стержня, В двигателях марки «ЯМЗ» имеющим больший диаметр, чем диаметр цилиндра, pазмер нижней головки шатуна, выполнен косой разъем нижней головки, так как при прямом разъеме монтаж шатуна через цилиндр при сборке двигателя становится невозможным. Для подвода масла к стенкам цилиндра на нижней головке шатуна имеется отверстие. С целью уменьшения трения и изнашивания в нижние головки шатунов устанавливают подшипники скольжения , состоящие из двух взаимозаменяемых вкладышей (верхнего и нижнею).

Вкладыши изготовляются из стальной профилированной ленты толщиной 1,3—1,6 мм для карбюраторных двигателей и 2—3,6 мм для дизелей. На ленту наносят антифрикционный сплав толщиной 0,25—-0,4 мм — высокооловянистый алюминиевый сплав (для карбюраторных двигателей). На дизелях марки «КамАЗ» применяют трехслойные вкладыши, залитые свинцовистой бронзой. Шатунные вкладыши устанавливаются в нижнюю головку шатуна с натягом 0,03—0,04 мм. От осевого смешения и провертывания вкладыши удерживаются в своих гнездах усиками, входящими в пазы, которые при сборке шатуна и крышки должны располагаться на одной стороне шатуна.

2. Неисправности КШМ двигателя