Блок цилиндров

Рис. 16

Поверхность блока цилиндров может использоваться в качестве рабочей в большинстве двигателей легковых автомобилей. В некоторых двигателях применяют гильзы (Рис. 16). Гильзы цилиндров заменяемы. В верхней части каждого цилиндра имеется прокладка цилиндра, которая служит в качестве уплотнения между гильзой и головкой блока цилиндров. Гильзы цилиндров несколько выступают над плоскостью блока цилиндров, плотно прижимая прокладку к головке цилиндра, чем обеспечивается надежное уплотнение. Нижняя часть гильз цилиндров может перемещаться до некоторой степени в связи с тепловым расширением. Сальники обычно выполнены в виде трех резиновых колец, расположенных на различной высоте в нижней части гильзы. В некоторых конструкциях ДВС между двумя нижними кольцами находится смотровое отверстие, проходящее насквозь через блок цилиндров. Появление охлаждающей жидкости в любом из таких отверстий свидетельствует о дефекте сальника. В этом случае необходимо заменить сальник для исключения попадания охлаждающей жидкости в картер двигателя. Для демонтажа гильзы следует применять специальный съемник. Если блок цилиндров по конструктивному исполнению V-образный, то при этой конструкции блока цилиндров крышки коренных подшипников крепятся как вертикальными, так и горизонтальными болтами.

Существуют как блоки цилиндров, выполненные из чугуна, так и блоки цилиндров, выполненные из алюминиевых сплавов (алюсила, локасила и других сплавов). Все эти сплавы имеют высокое содержание кремния. Допускаются расточка и хонингование, а также карцевание вышеуказанных блоков цилиндров ДВС.

Элементы кривошипно-шатунного механизма

Кривошипно-шатунный механизм служит для преобразования возвратно-поступательного движения поршней во вращательное движение коленчатого вала.

Поршень и кольца

Поршни изготовлены из алюминиевого сплава, чем обеспечиваются высокая прочность, малая масса, ограниченное тепловое расширение и хорошее рассеивание. Так как температура в днище поршня выше, чем в его основной части, диаметр поршня в этом месте несколько меньше. Это связано с расширением поршня в местах установки поршневого пальца при нагреве во время работы двигателя.

Юбка поршня имеет овальный профиль в поперечном сечении. При работе ДВС в связи с тепловым расширением юбка поршня принимает цилиндрический профиль в поперечном сечении.

Углубление в днище поршня дизельного двигателя образует камеру сгорания. Это обеспечивает лучшее смесеобразование. При впрыскивании топлива в камеру сгорания оно тщательно перемешивается с воздухом благодаря этому. Это в свою очередь обеспечивает эффективность сгорания. Уменьшение толщины бобышек поршня в местах установки поршневого пальца называется холодильником. Поверхность юбки поршня перпендикулярная оси поршневого пальца подвергается воздействию наибольших нагрузок.

Поршневые кольца служат для плотного перекрытия зазора между поршнем и блоком цилиндров, а также для удержания масляной плёнки между трущимися поверхностями. Поршень имеет два компрессионных кольца (Рис. 16). Поршень имеет также маслосъемное кольцо. Верхнее компрессионное кольцо подвергается воздействию более высокой температуры и давления, чем остальные кольца, поэтому нагрузка на канавку верхнего компрессионного кольца также выше. При движении поршня в результате давления газов происходит прижатие верхнего и нижнего компрессионных колец, а также маслосъёмного кольца к поверхности блока цилиндров.

Маслосъемное кольцо, а также частично компрессионные кольца защищают камеру сгорания от попадания масла. Снимаемое маслосъемным кольцом масло через отверстие внутри поршня сбрасывается в картер двигателя. Масло, проникающее через маслосъемное кольцо, создает тонкую масляную пленку для снижения трения между компрессионными кольцами и поверхностью блока цилиндров.

При установке поршня в сборе с шатуном в блок следует правильно располагать ось отверстия под поршневой палец в поршне по отношению к верхней головке шатуна и направлению вращения коленчатого вала.

Ось отверстия обычно смещена в направлении силы N на 0,5 - 2 мм (Рис. 17). Существуют «фиксированные» поршни. При этой конструкции палец запрессован в шатун и с зазором 0,005-0,01 установлен поршень. Есть также «плавающие» поршни, в которых палец от осевого перемещения удерживается стопорными кольцами, установленными в поршень.

Схема сил, действующих на поршень при работе ДВС

Р _Г = Р _ГКС - Р _ГК

Р ₁ = Р _Г + Р _И

Р ₁ - результирующая сила;

Мр - разворачивающий момент компенсируется моментом М _к , возникающим от смещения оси пальца;

Р _г - суммарная сила давления на поршень газов;

Р _и - сила инерции возвратно-поступательных элементов;

Р _гк - сила давления на поршень картерных газов;

Ргкс - сила давления на поршень газов камеры сгорания;

N, К - силы, действующие перпендикулярно оси цилиндра и по оси шатуна.

В ВМТ происходит «перекладка поршня». При движении к ВМТ под силами давления газов на поршень он прижимается к одной части цилиндра. После перехода поршнем ВМТ он прижимается к другой части цилиндра.

Рис. 17

Шатун

Основными частями шатуна являются: верхняя (поршневая) головка, стержень, нижняя (кривошипная) головка. Причем кривошипная головка шатуна разъемная. Крышка нижней головки шатуна фиксируется при помощи прецизионно обработанных поясков болтов шатунов. Существуют следующие типы стыков стержня с крышкой кривошипной головки шатуна: плоский стык по шлифованным поверхностям (наиболее распространенная конструкция), прямой стык по треугольным шлицам, косой стык по треугольным шлицам. Возможны другие типы стыков. При работе двигателя подвод масла к нижней, а в некоторых конструкциях ДВС и к верхней головке шатуна осуществляется через соответствующие каналы.

Палец

Поршень соединен с верхней (поршневой) головкой шатуна с помощью пальца, расположенного в бобышках поршня.

Существуют следующие конструкции соединений с помощью пальца в зависимости от способа крепления пальца в поршне.

Плавающий палец, свободно проворачивающийся как в головке шатуна, так и в бобышках поршня. От осевого перемещения палец фиксируется стопорными кольцами. Смазка плавающего пальца осуществляется за счет масла, поступающего через отверстия в поршне, снимаемого маслосъемным кольцом, или в некоторых конструкциях ДВС за счет отверстия в верхней головке шатуна по каналу от нижней головки шатуна.

Запрессованный в головку шатуна палец. Смазка запрессованного в головку шатуна пальца осуществляется через бобышки. При этом применяется смазка через отверстия в бобышках, а также смазка сбросом масла из канавки маслосъемного кольца в холодильники и далее на палец. Данный способ крепления пальца в поршне обеспечивает высокую надёжность конструкции узла.

Коленчатый и балансирный валы

Коленчатый вал

Кривошипно-шатунный механизм служит для преобразования возвратно-поступательного движения поршней во вращательное движение коленчатого вала.

При каждом такте сжатия коленчатому валу сообщается торможение, а каждый рабочий такт способствует увеличению скорости вращения коленчатого вала. Толчки, исходящие от шатунов, создают крутильные колебания в коленчатом вале. Амплитуда этих колебаний достигает максимума при определенном числе оборотов коленчатого вала двигателя. Для сглаживания неравномерности вращения коленчатого вала служат маховик, трансмиссия и ходовая часть, а также могут применяться гасители колебаний. Реализация гасителя колебаний может быть различной. Коленчатый вал подлежит динамической балансировке сначала отдельно, а затем в сборе с маховиком и корзиной сцепления на специальном стенде (Рис. 18). Динамическая балансировка выполняется также и при замене венца маховика. Дисбаланс должен быть равен нулю. После шлифовки уже работавшего коленчатого вала возможно, согласно теории Буравцева вместо динамической балансировки проводить контроль геометрических параметров коленчатого вала, и если они не нарушены, то можно в порядке исключения не проводить операций динамической балансировки.

Рис. 18

Коленвал вращается в подшипниках скольжения (вкладышах). Масляный клин и износ трущихся поверхностей зависят от зазоров, состояния масла и его давления. Внешний слой вкладыша выполнен из стали, средний слой - из сплава свинца и бронзы, а слой, находящийся в контакте с шейкой коленчатого вала, выполнен из свинца и индия или свинца, олова и меди. Возможно также применение подшипников, состоящих из других материалов. При работе коленчатый вал подвергается воздействию осевых сил, связанных с ускорением и замедлением транспортного средства, а также с работой сцепления. В качестве осевой опоры коленчатого вала служат упорные подшипники скольжения. Они устанавливаются возле одной из опор коленчатого вала. Они могут быть установлены как возле среднего коренного подшипника, так и возле заднего коренного подшипника. В некоторых конструкциях ДВС применяется упорный подшипник П-образного профиля сечения, составляющий единое целое с коренным подшипником. В некоторых конструкциях ДВС упорные подшипники выполнены в виде полуколец, причём, возможно, как двух, так и четырёх. На рабочей поверхности упорных подшипников имеются канавки, которые улучшают смазку. Различная толщина упорных подшипников позволяет производить регулировку осевого зазора коленчатого вала.

Рис. 19

В коленчатом вале просверлены масляные каналы. Масло к шатунным шейкам поступает от коренных шеек, причем технологические выходы сверлений заглушены. Заглушки снимаются и вновь ставятся при операции прочистки каналов коленчатого вала. Возможны конструкции коленчатых валов без заглушек. Масло подается к коренным шейкам через отверстия, соединённые с главным масляным каналом, идущим вдоль блока цилиндров. Схема взаимного расположения коленчатого вала и сопряженных с ним элементов показана на Рис. 19.

Балансирный вал

Рис. 20

Применяется для уравновешивания моментов от сил инерции. Устанавливаются на 4-цилиндровых двигателях. Двигатели 6-цилиндровые полностью уравновешены. Особенно могут быть заметны несбалансированные силы инерции при больших объёмах 4-цилиндровых ДВС (при объёмах более 2,5 литра). Балансирные валы устанавливаются в соответствующее положение по меткам (Рис. 20).

Силы инерции уравновешиваются двумя балансирными валами, которые расположены по обе стороны коленвала и вращаются в противоположные стороны, причём в два раза быстрее, чем коленчатый вал. Балансирный вал представляет собой вал с противовесом и вращается на двух подшипниках.