Строительные машины и оборудование, справочник






Двигатель внутреннего сгорания


Категория:
   Техническое обслуживание автомобилей


Двигатель внутреннего сгорания

Карбюраторный четырехтактный двигатель (рис. 83) имеет кривошипно-шатунный и газораспределительный механизмы, системы охлаждения, смазки, питания и зажигания.

В двигателе внутреннего сгорания происходит преобразование тепловой энергии сгорающего топлива в механическую энергию поступательного движения поршня, которое кривошипно-шатун-ным механизмом преобразуется во вращательное движение коленчатого вала.

В кривошипно-шатунный механизм двигателя входят цилиндр с головкой, поршень с поршневыми кольцами, поршневой палец, шатун и коленчатый вал. Цилиндр, изготовленный за одно целое с картером, закрыт снизу поддоном (масляным картером).



Поршень, представляющий собой металлический стакан, установлен в цилиндре двигателя. Поршневым пальцем поршень шар-нирно соединен с шатуном. Шатун нижней головкой соединен с коленчатым валом, который вращается на коренных шейках в подшипниках, расположенных в картере. На конце коленчатого вала имеется маховик.

Механизм газораспределения обеспечивает своевременное заполнение цилиндров горючей смесью и удаление продуктов его рания. Он состоит из двух клапанов — впускного и выпускного с пружинами и направляющими втулками, толкателей, распределительного вала и распределительных шестерен.

Рис. 82. Схема устройства автомобиля:
а — легкового, 1 — двигатель, 2 — рулевое управление, 3 — кузов, 4 — топливный бак, 5— рессоры, 6 —колеса, 7 — кардан, 8 — передача, 9 — коробка передач, 11 — сцепление, 12 — амортизатор, 13 — рама

Система охлаждения служит для отвода тепла от стенок цилиндра и его головки, сильно нагревающихся от горячих газов при работе двигателя.

Система смазки служит для подачи масла к трущимся деталям двигателя, в результате чего уменьшается трение и износ деталей.

Масло из поддона масляным насосом по трубопроводам и каналам в деталях двигателя подводится к трущимся поверхностям деталей.

Система питания предназначается для приготовления горючей смеси, которая подается в цилиндры двигателя. Смесь приготовляется в приборе — карбюраторе, установленном на двигателе.

Система зажигания служит для воспламенения горючей смеси в цилиндрах двигателя. Воспламеняется смесь электрической искрой от свечи зажигания.

При движении поршня вниз открывается впускной клапан и за счет создаваемого разрежения в цилиндр засасывается горючая смесь. При достижении поршнем нижнего положения впускной клапан закрывается. При движении поршня вверх поступившая горючая смесь сжимается. В конце сжатия смесь воспламеняется электрической искрой.

Образующиеся при сгорании горючей смеси газы расширяются и давят на поршень. Поршень под давлением газов, двигаясь вниз, перемещает шатун, который поворачивает коленчатый вал двигателя. При последующем движении поршня вверх открывается выпускной клапан и отработавшие газы выталкиваются из цилиндра. Этот процесс непрерывно повторяется, чем и обеспечивается вращение коленчатого вала двигателя. За один полный оборот коленчатого вала поршень делает один ход вниз и один ход вверх.

Изменение направления движения поршня происходит в крайнем верхнем и в крайнем нижнем положениях. Верхнее положение поршня называется верхней мертвой точкой (в. м. т.), нижнее — нижней мертвой точкой (н. м. т.).

Рис. 83. Схема устройства четырехтактного карбюраторного двигателя

Ходом поршня называется расстояние, пройденное им от одной мертвой точки до другой мертвой точки.

Тактом называется процесс, происходящий в цилиндре за один ход поршня.

Поступление горючей смеси в цилиндр, ее сжатие, расширение при сгорании и выпуск отработавших газов из цилиндра, т. е. совокупность всех процессов, происходящих в цилиндре при работе двигателя, называется рабочим циклом.

Рис. 84. Рабочий процесс четырехтактного карбюраторного двигателя:
а — такт впуска, б — такт сжатия, в — рабочий ход, г —такт выпуска

Полный рабочий цикл каждого цилиндра двигателя может совершаться за четыре хода поршня, т. е. за два оборота коленчатого вала, и за два хода поршня, т. е. за один оборот коленчатого вала. Двигатели, работающие по первому циклу, называются четырехтактными, а работающие по второму циклу — двухтактными.

Пространство в цилиндре над поршнем при положении его в в. м. т. называется камерой сгорания.

Объем цилиндра, образующийся при перемещении поршня от в. м. т. до н. м. т., называется рабочим объемом цилиндра.

Литражом двигателя называется рабочий объем всех его цилиндров.

Полным объемом цилиндра называется сумма рабочего объема и объема камеры сгорания.

Отношение полного объема цилиндра к объему камеры сгорания называется степенью сжатия двигателя. Степень сжатия показывает, во сколько раз сжимается горючая смесь, поступившая в цилиндр, при перемещении поршня от н. м. т. до в. м. т.

Механизм газораспределения двигателя устроен так, что чередование тактов в цилиндре происходит в определенной последовательности.

в первом цилиндре происходит сжатие, в третьем — впуск, в четвертом— выпуск, во втором — рабочий ход.

При третьем полуобороте (540°) коленчатого вала (рис. 86, в) поршни 1 и 4 опускаются, а поршни 2 и 3 поднимаются; при этом в первом цилиндре происходит рабочий ход, в третьем — сжатие, в четвертом — впуск, во втором — выпуск.

Рис. 86. Рабочий процесс четырехцилиндрового карбюраторного двигателя:
полуобороты коленчатого вала: а — первый, б — второй, в — третий, г — четвертый; 1, 2, 3, 4 — поршни

При четвертом полуобороте (720°) коленчатого вала (рис. 86, г) поршни 1 vi 4 поднимаются, а поршни 2 и 3 опускаются; при этом в первом цилиндре происходит выпуск, в третьем — рабочий ход, в четвертом — сжатие, во втором — впуск.

При дальнейшем вращении коленчатого вала рабочие процессы повторяются в той же последовательности.

Кривошипно-шатунный механизм. В кривошипно-шатунный механизм многоцилиндрового двигателя входят блок цилиндров, головка блока цилиндров с уплотнительной прокладкой, поршни, поршневые кольца, поршневые пальцы, шатуны, коленчатый вал, маховик.

Блок цилиндров отливается из серого чугуна или из алюминиевого сплава.

Рис. 87. Головка блока цилиндров (а) и блок цилиндров с масляным картером (б):
1— головка блока цилиндров, 2 — прокладка крышки головки блока цилиндров, 3 — крышка головки блока цилиндров, 4, 7 — прокладки выпускного трубопровода, 5 — выпускной трубопровод, Ь — прокладка головки блока цилиндров, 8 — блок цилиндров, 9 — втулка передней шейки распределительного вала, 10 — крышка распределительных шестерен, 11 — прокладка крышки распределительных шестерен, 12 — крышки коренных подшипников. 13 — масляный картер, 14 — прокладка масляного картера, 15 — картер сцепления

У автомобильных двигателей применяют рядное расположение цилиндров, т. е. такое, когда цилиндры располагаются в ряд один за другим в одной плоскости, и V-образное, при котором один ряд цилиндров расположен к другому ряду под определенным углом.

Цилиндры двигателей могут быть образованы стенками самого блока или выполнены в виде сменных гильз. Гильзы называются сухими, если они всей внешней поверхностью соприкасаются с блоком и непосредственно охлаждающей жидкостью не омываются, и мокрыми, если они непосредственно омываются охлаждающей жидкостью. Внутренняя поверхность цилиндра или гильзы, являющаяся направляющей для поршней, тщательно обрабатывается и называется зеркалом цилиндра (гильзы). Внутри блока вокруг гильз имеется пространство для заполнения его охлаждающей жидкостью — рубашка охлаждения. К блоку цилиндров крепится большинство систем и устройств двигателя.

Рис. 88. Детали кривошипно-шатунного механизма восьмицилиндрового
V-образного двигателя: 1 — храповик, 2 — шкив, 3 — носок коленчатого вала, 4 — шестерня коленчатого вала, 5, 8, 9 — крышки коренных подшипников, 8 — противовес, 9 — вкладыш коренного подшипника, 10 — фланец, И — зубчатый венец маховика, 12 — маховик, 13 — поршень,“4 N — шатун, 15 — шатунная шейка, 16 — коренная шейка, 17 — нижняя крышка шатуна, 18 — нижняя (кривошипная) головка шатуна, 19 — стержень шатуна, 20 — верхняя (поршневая) головка шатуна, 21 — втулка верхней головки шатуна, 22 — вкладыш шатунного подшипника, 23 — стопорное кольцо, 24 — поршневой палец, 25 —- поршневые компрессионные кольца, 26, 27, 28 — детали составного маслосъемного кольца

Головка блока цилиндров (рис. 87,а) изготовляется общей на все цилиндры одного ряда в виде отливки из чугуна или алюминиевого сплава. Против каждого из цилиндров она имеет углубление, образующее камеру сгорания. Головка блока цилиндров крепится к блоку цилиндров (рис. 87,6) шпильками или болтами.

Для устранения пропусков газов при работе двигателя и утечки охлаждающей жидкости между блоком и головкой цилиндров устанавливается уплотнительная прокладка.

Коленчатый вал (рис. 88) воспринимает усилия от поршней и передает образующийся крутящий момент механизмам трансмиссии. Коленчатый вал состоит из коренных и шатунных шеек, носка, фланца и противовесов. Шейки коленчатого вала соединяются щеками, которые с шатунными шейками образуют кривошипы коленчатого вала. Их расположение и количество зависят от типа двигателя.

На переднем конце (носке) вала устанавливают шестерню, шкив и храповик для пусковой рукоятки. Шестерня коленчатого вала находится в постоянном зацеплении с шестерней распределительного вала. Шкив коленчатого вала служит для привода вентилятора, водяного насоса, компрессора, генератора и насоса гидроусилителя рулевого управления.

На заднем конце коленчатого вала к фланцу крепится маховик.

Противовесы предназначаются для равномерного вращения коленчатого вала и разгрузки коренных подшипников от действия центробежных сил. Противовесы обычно выполняют заодно с валом.

Для поступления смазки к шатунным шейкам вала в щеках имеются сквозные каналы.

Коленчатые валы штампуют из качественной стали или отливают из магниевого чугуна.

Шатун соединяет поршень с шатунной шейкой коленчатого вала и состоит из стального стержня (рис. 88) двутаврового сечения, верхней неразъемной головки и нижней разъемной головки.

Верхняя головка шатуна поршневым пальцем соединяется с поршнем. При плавающем пальце для уменьшения трения в головку шатуна запрессовывают бронзовую втулку. Для смазки трущихся поверхностей в головке и втулке сделаны отверстия.

В нижнюю головку шатуна, выполненную из двух половин, устанавливают подшипник, который состоит из двух вкладышей.

Крышка нижней головки шатуна крепится к шатуну болтами, гайки которых после затяжки шплинтуются.

Поршни (рис. 88) воспринимают давление газов в цилиндре и передают это давление через шатуны коленчатому валу. Поршень состоит из уплотняющей части — «головки» с днищем и нижней направляющей части — «юбки». На уплотняющей части поршня имеются канавки для размещения поршневых колец.

Так как при работе поршень, сильно нагреваясь, расширяется, то его устанавливают в цилиндре с определенным зазором, а направляющую часть поршня делают разрезной (пружинной).

В середине направляющей части внутри поршня имеются две бобышки с отверстиями для установки поршневого пальца. Нагреваясь, поршень расширяется в направлении оси поршневого пальца больше, так как в бобышках сосредоточена большая часть массы металла. Чтобы поршень при нагреве получил цилиндрическую форму, его диаметр в плоскости, перпендикулярной оси пальца, делают на 0,15—0,19 мм больше, чем в осевом направлении.

Для равномерной работы двигателя поршни всех цилиндров подбирают равного веса.

Поршневой палец (рис. 88) служит для соединения поршня с верхней головкой шатуна. Обычно применяют пальцы плавающего типа, которые могут поворачиваться и в отверстиях бобышек поршня и в верхней головке шатуна. Для предотвращения продольного (бокового) перемещения пальца в поршне, что может привести к повреждению зеркала цилиндра, палец закрепляют стопорными кольцами.

Поршневые кольца (рис. 88), устанавливаемые на поршне, отливаются из чугуна и подразделяются на компрессионные и маслосъемные. Компрессионные кольца уплотняют соединение поршня с цилиндром и служат для предотвращения прорыва газов через зазор между юбкой поршня и гильзой цилиндра.

Маслосъемные кольца служат для снятия излишков масла с зеркала цилиндров и препятствуют его проникновению в камеру сгорания. Поршневые кольца изготовляются несколько большего диаметра, чем поршни. На кольцах делается разрез, называемый замком, который позволяет кольцам пружинить. При установке колец в цилиндр вместе с поршнем их предварительно сжимают. Зазор в замке должен составлять 0,2—0,4 мм.

Маслосъемное кольцо имеет сквозные прорези для отвода масла. Устанавливается оно на поршне ниже компрессионных колец. Маслосъемное кольцо двигателя автомобилей ЗИЛ-130 и ГАЗ-24 «Волга» состоит из двух стальных кольцевых дисков, осевого и радиального расширителей.

Шатунные и коренные подшипники. Шатунные подшипники, расположенные в нижней головке шатуна (рис. 88), изготовлены в виде разрезных сменных вкладышей, чтобы их можно было надеть на шейку коленчатого вала. Они взаимозаменяемые.

Коренные подшипники также представляют собой сменные тонкостенные вкладыши. Верхние вкладыши коренных подшипников устанавливаются в гнезда блока цилиндров, а нижние — в крышки, которые крепятся к картеру болтами.

Вкладыши коренных и шатунных подшипников изготовляются из стальной ленты с нанесенным на нее медно-никелевым подслоем и верхним слоем из сплава СОС 6-6 (олово 6%, сурьма 6%, остальное свинец) или сталеалюминиевые, представляющие собой стальную ленту, покрытую антифрикционным сплавом из алюминия с 20% олова и 1% меди.

Маховик (рис. 88) служит для обеспечения равномерного вращения коленчатого вала и крепится к его фланцу болтами. На маховике закрепляется зубчатый венец, с которым зацепляется шестерня электродвигателя пускового устройства — стартера.

Рис. 89. Детали газораспределительного механизма восьмицилиндрового V-образного двигателя:
1 — распределительный вал, 2 — распределительная шестерня, 3 — упорный фланец, 4 — опорная шейка, 5 — эксцентрик привода топливного насоса, 6 — втулка шейки распределительного вала, 7 — кулачки распределительного вала, 8 — шестерня привода масляного насоса и преры вателя-распределителя, 9 — стойка коромысла клапана, 10 — коромысло клапана, 11 —ось коромысла, 12 — толкатели клапана, 13 — толкающая, 14 — выпускной клапан, 15— механизм вращения выпускного клапана, 16 — регулировочный винт, 17 — пружина клапана, is — направляющая B1V.-1K4 клапана, 19 — впускной клапан, 20 — сухарь, 21 —опорная шайба пружины клапана, 22 —седло клапана

В процессе эксплуатации автомобиля могут выявиться следующие наиболее характерные неисправности кривошипно-ша|ун-ного механизма: пригорание, износ и поломка поршневых колец; износ поршней и цилиндров; износ шатунных и коренных подшипников; нарушение уплотнения прокладки головки цилиндров при слабой или неравномерной затяжке гаек крепления; обрыв шпилек и повреждение резьбы вследствие слабой или неравномерной затяжки; нагарообразование в камерах сгорания и др.

Газораспределительный механизм служит для своевременного впуска в цилиндры горючей смеси и выпуска отработавших газов. На современных карбюраторных двигателях впуск смеси и выпуск отработавших газов производятся клапанами, которые могут иметь нижнее или верхнее расположение.

Устройство механизма газораспределения зависит от типа и конструкции двигателя. Большинство современных двигателей имеет газораспределительный механизм с верхним расположением клапанов.

На рис. 89 показаны детали газораспределительного механизма с верхним расположением клапанов восьмицилиндрового V-образ-ного двигателя. У таких двигателей распределительный вал располагается в блоке между двумя рядами цилиндров. От него при помощи толкателей, толкающих штанг и коромысел приводятся в действие клапаны как правого, так и левого рядов цилиндров.

Распределительный вал имеет кулачки, опорные шейки, эксцентрик для привода топливного насоса и шестерню для привода масляного насоса и прерывателя-распределителя (вал изготовляется заодно с кулачками и опорными шейками).

Для каждого цилиндра на валу имеется два кулачка — впускной и выпускной. Одноименные кулачки располагаются в четырехцилиндровом двигателе под углом 90°, в шестицилиндровом под углом 60°, в восьмицилиндровом под углом 45°.

На переднем конце распределительного вала устанавливается ка шпонке шестерня, которая находится в зацеплении с шестерней, установленной на коленчатом валу. Для правильной работы двигателя коленчатый и распределительный валы должны находиться в строго определенном положении относительно друг друга. Поэтому при сборке распределительные шестерни вводятся в зацепление по имеющимся на их зубьях меткам.

Осевые перемещения распределительного вала у большинства карбюраторных двигателей ограничиваются упорным фланцем, закрепленным на блоке между торцом передней шейки вала и ступицей распределительной шестерни. Опорные шейки распределительного вала вращаются в стальных втулках, залитых сплавом СОС 6-6, или металлокерамических втулках.

Клапаны 14 и 19 состоят из головок и стержней. Изготовляют их из жаростойкой стали. Головка клапана в нижней части имеет шлифованную коническую поверхность в виде круглой полоски, которой она соприкасается с седлом, запрессованным в го-лорку блока цилиндров. Клапаны установлены в направляющих втулках 18.

Для улучшения охлаждения стержни выпускных клапанов двигателей автомобилей ЗИЛ-130 и ГАЗ-66 выполняют полыми. В них помещают соли натрия с температурой плавления 97° С. При рабочей температуре клапана натрий находится в жидком состоянии, это способствует переносу тепла от головки клапана к стержню и направляющей втулке. Плотное прижатие клапана к седлу обеспечивается давлением клапанной пружины, закрепленной при помощи опорной шайбы и конических разрезных сухарей. Головка выпускного клапана имеет жаростойкую наплавку посадочной фаски.

Выпускные клапаны для уменьшения неравномерной выработки седла в блоке и посадочной фаски головки клапана принудительно проворачиваются во время работы двигателя специальным механизмом поворота.

Толкатели, передающие усилие от распределительного вала к клапану, представляют собой стальные стаканы, на внутреннюю сферическую поверхность которых опираются толкающие штанги. Для повышения износостойкости торцы толкателей, соприкасающиеся с кулачками, наплавляют специальным чугуном. В нижней части толкателя имеется отверстие для слива накопившегося в нем масла. Усилия от кулачков распределительного вала к клапанам передаются толкателями, штангами и коромыслами. Штанги изготовляются трубчатыми из стали или дюралюминия. По концам в штанги запрессовывают стальные наконечники. Коромысла свободно установлены на осях. Между стержнем клапана и концом коромысла имеется зазор, который регулируется винтом.

У автомобиля ВАЗ-2101 «Жигули» распределительный вал расположен в отдельном корпусе на головке блока цилиндров (рис. 90) и вращается в пяти подшипниках скольжения. Привод от кулачков вала к клапанам осуществляется через одноплечие рычаги (рокеры) без толкателей, штанг и коромысел. Одним концом рычаг привода клапана опирается на торец стержня клапана, другим — на сферическую головку регулировочного болта и удерживается на ней при помощи шпилечной пружины.

Рис. 90. Клапанный механизм двигателя ВАЗ-2101:
1 — клапан, 2 — защитный колпачок, 3 — одноплечий рычаг (рокер), 4 — распределительный вал, 5 — зазор между рокером и кулачком, 6 — сферическая головка регулировочного болта, 7 — шестигранник регулировочного болта, 8 — контргайка. 9 — шпилечная пружина

Отпустив контргайку и вращая регулировочный болт при помощи шестигранника, можно изменять величину зазора (0,15 мм при холодном двигателе как для впускных, так и выпускных клапанов) между рычагом привода клапана и кулачком распределительного вала. В алюминиевую головку блока цилиндров запрессованы чугунные седла и направляющие втулки клапанов.

Рис. 91. Цепной привод распределительного вала двигателя ВАЗ:
1 — звездочка распределительного вала, 2 — цепь, 3 — успокоитель, 4 — звездочка валика привода масляного насоса и прерывателя-распределителя, 5 — звездочка коленчатого вала (ведущая), 6 — башмак натяжного устройства, 7 — плунжер, 8 — гайка плунжера

Расположение распределительного вала на головке блока цилиндров («Москвич-412», ВАЗ-2101 «Жигули») дает возможность уменьшить массу и инерционные силы клапанного механизма, что позволяет обеспечить большее число оборотов коленчатого вала двигателя.

Распределительный вал двигателя ВАЗ-2101 приводится в действие от коленчатого вала двухрядной роликовой цепью (рис.91), которая связывает ведущую звездочку коленчатого вала с ведомой звездочкой распределительного вала и ведомой звездочкой валика привода масляного насоса и прерывателя-распределителя. Конструкция цепного привода позволяет сохранить при сборке двигателя (после ремонта) неизменной взаимную установку цепи и звездочек. Установку фаз газораспределения выполняют по специальной метке на ведущей звездочке, которую устанавливают против прилива, имеющегося на блоке двигателя.

Для гашения волнообразных колебаний цепи, появляющихся при резком изменении числа оборотов коленчатого вала, служит успокоитель. Напротив него размещается башмак натяжного устройства. Один конец башмака закреплен на оси, а другой соединяется с плунжером, прижимающим башмак к цепи. Натяжение цепи регулируют при помощи гайки плунжера.

К основным неисправностям газораспределительного механизма относятся: увеличенные или уменьшенные зазоры в приводе клапанов, которые появляются вследствие износа деталей или неправильной регулировки; износ или обгорание рабочих поверхностей впускных и выпускных клапанов или их седел; поломка клапанной пружины или толкающей штанги; износ толкателей или их направляющих; износ направляющих втулок клапанов; износ распределительных шестерен; износ подшипников распределительного вала.

Для устранения неисправностей газораспределительного механизма необходимо: отрегулировать зазоры между стержнями клапанов и носками коромысел, притереть клапаны к седлам, заменить сломанные пружины или изношенные детали (втулки коромысел, втулки распределительного вала и др.).

Читать далее:

Категория: - Техническое обслуживание автомобилей

Главная → Справочник → Статьи → Форум



Разделы

Строительные машины и оборудование
Для специальных земляных работ
Дорожно-строительные машины
Строительное оборудование
Асфальтоукладчики и катки
Большегрузные машины
Строительные машины, часть 2,
Дорожные машины, часть 2
Ремонтные машины
Ковшовые машины
Автогрейдеры
Экскаваторы
Бульдозеры
Скреперы
Грейдеры Эксплуатация строительных машин
Эксплуатация средств механизации
Эксплуатация погрузочных машин
Эксплуатация паровых машин
Эксплуатация экскаваторов
Эксплуатация подъемников
Эксплуатация кранов перегружателей
Эксплуатация кузовов машин
Крановщикам и стропальщикам
Ремонт строительных машин
Ремонт дорожных машин
Ремонт лесозаготовительных машин
Ремонт автомобилей КАмаЗ
Техническое обслуживание автомобилей
Очистка автомобилей при ремонте
Материалы и шины