Назначение и общее устройство кшм двигателя

УСТРОЙСТВО КШМ

Схема измерения цилиндров ВАЗ 2110

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 неподвижные.

Подвижные детали :

Неподвижные детали :

Блок-картер, головка блока цилиндров, гильзы цилиндров. Имеются также фиксирующие и крепежные детали.

Поршневая группа

П оршневая группа включает в себя поршень, поршневые кольца, поршневой палец с фиксирующими деталями. Поршень воспринимает усилие расширяющихся газов при рабочем ходе и передает ею через шатун па кривошип коленчатого вала; осуществляет подготовительные такты; уплотняет над поршневую полость цилиндра как от прорыва газов в картер, так и от излишнего проникновения в нее смазочного материала.

Коренные подшипники

Для коренных подшипников применяются подшипники скольжения, выполненные в виде вкладышей, основой которых является стальная лента толщиной 1,9—2,8 мм для карбюраторных двигателей и 3—6 мм для дизелей. В качестве антифрикционного материала вкладышей используют высокооловянистый алюминиевый сплав для карбюраторных двигателей и трехслойные с рабочим слоем из свинцовой бронзы.

Маховик

Маховик

Маховик служит для уменьшения неравномерности вращения коленчатого вала, накопления энергии во время рабочего хода поршня, необходимой для вращения вала в течение подготовительных тактов, и вывода деталей КШМ из ВМТ (верхней мертвой точки) и НВТ (нижней мертвой точки).
В многоцилиндровых двигателях маховик является, в основном, накопителем кинетической энергии, необходимой для пуска двигателя и обеспечения плавного трогания автомобиля с места.

Маховики отливают из чугуна в виде лиска с массивным ободом и проводят его динамическую балансировку в сборе с коленчатым валом. На ободе маховика имеется посадочный поясок для напрессовки зубчатого венца для электрического пуска стартером. На цилиндрической поверхности маховика находятся метки или маркировочные штифты и надписи, определяющие момент прохождения ВМТ поршнем первого цилиндра. На торцевую рабочую поверхность опирается фрикционный диск сцепления. Для крепления его кожуха имеются резьбовые отверстия. Маховик центрируют по наружной поверхности фланца с помощью выточки, а положения его относительно коленчатого вала фиксируют установочным штифтом или несимметричным расположением отверстий крепления маховика.

Поршни

Устройство шатуна

Шатун необходим для соединения поршня с коленчатым валом и передачи усилия от поршня к коленчатому валу

Устройство КШМ автомобиля.

1 — стопорное кольцо, 2 — поршневой палец, 3 — маслосьемные кольца, 4 — компрессионные кольца, 5 — камера сгорания, 6 — днище поршня, 7 — головка поршня: 8 — юбка поршня; 9 — поршень: 10 — форсунка; 11- шатун; 12 — вкладыш; 13 — шайба , 14 — длинный болт; 15 — короткий болт; 16 — крышка шатуна, 17 — втулка шатуна; 18 — номер на шатуне; 19 — метка на крышке шатуна; 20 — шатунный болт.

Поршень состоит из головки поршня и направляющей части — юбки поршня. С внутренней стороны имеются приливы — бобышки с гладкими отверстиями под поршневой палец. Для фиксации пальца в отверстиях проточены канавки под стопорные кольца. В зоне выхода отверстий на внешних стенках юбки выполняются местные углубления, где стенки юбки не соприкасаются со стенками цилиндров. Таким образом получаются так называемые холодильники. Для снижения температуры нагрева направляющей поршня в карбюраторных двигателях головку поршня отделяют две поперечные симметричные прорези, которые препятствуют отводу теплоты от днища.

Нагрев, а следовательно, и тепловое расширение поршня по высоте неравномерны. Поэтому поршни выполняют в виде конуса овального сечения. Головка поршня имеет диаметр меньше, чем направляющая. В быстроходных двигателях, особенно при применении коротких шатунов, скорость изменения боковой силы довольно значительна. Это приводит к удару поршня о цилиндр. Чтобы избежать стуков, при перекладке поршневые пальцы смещают на 1,4—1,6 мм в сторону действия максимальной боковой силы, что приводит к более плавной перекладке и снижению уровня шума.

Головка поршня состоит из днища и образующих ее стенок, в которых именно канавки под поршневые кольца. В нижней канавке находятся дренажные отверстия для отвода масла диаметром 2,5—3 мм. Днище головки является одной из стенок камеры сгорания и воспринимает давление газов, омывается открытым пламенем и горячими газами. Для увеличения прочности днища и повышения обшей жесткости головки се стенки выполняются с массивными ребрами. Днища поршней изготовляют плоскими, выпуклыми, вогнутыми и фигурными. Форма выбирается с учетом типа двигателя, камеры сгорания, процесса смесеобразования и технологии изготовления поршней.

Поршневые кольца

Поршневые кольца — элементы уплотнения поршневой группы, обеспечивающие герметичность рабочей полости цилиндра и отвод теплоты от головки поршня.

По назначению кольца подразделяются на:

Компрессионные кольца — препятствующие прорыву газов в картер и отводу теплоты в стенки цилиндра.

Маслосъемные кольца — обеспечивающие равномерное распределение масла по поверхности цилиндра и препятствующие проникновению масла в камеру сгорания.

Замена поршневых колец

своими руками

Маслосъемные кольца

Для повышения износостойкости первого компрессионного кольца, работающего и условиях высоких температур и граничного трения, его поверхность покрывают пористым хромом. Устанавливая на поршень поршневые кольца, необходимо следить за тем, чтобы замки соседних колец были смещены один относительно другого на некоторый угол (90 —180 градусов).

Шатун шарнирно соединяет поршень с кривошипом коленчатого вала. Он воспринимает от поршня и передает коленчатому валу усилие давления газов при рабочем ходе, обеспечивает перемещение поршней при совершении вспомогательных тактов. Шатун работает в условиях значительных нагрузок действующих по его продольной оси.

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.

Устройство двигателя автомобиля не сложно для обучения, главное изучать материал последовательно и систематизированно.

Как работает кривошипно-шатунный механизм двигателя

Кривошипно-шатунный механизм двигателя преобразует возвратно-поступательное движение поршней (за счет энергии сгорания топливной смеси) во вращение коленчатого вала и наоборот. Это технически сложный механизм, составляющий основу двигателя внутреннего сгорания. В статье мы подробно рассмотрим устройство и особенности работы КШМ.

Кривошипно-шатунный механизм двигателя

История создания

Первые свидетельства использования кривошипа были найдены в 3-м веке нашей эры, в Римской империи и Византии в 6-м веке нашей эры. Прекрасным примером является пилорама из Иераполиса, в которой используется коленчатый вал. Металлический кривошип был найден в римском городе Августа-Раурика на территории современной Швейцарии. Во всяком случае, некий Джеймс Пакард запатентовал изобретение в 1780 году, хотя свидетельства его изобретения были найдены еще в древности.

Составные части КШМ

Компоненты КШМ условно делятся на подвижные и неподвижные части. К подвижным частям относятся:

  • поршни и поршневые кольца;
  • шатуны;
  • поршневые пальцы;
  • коленчатый вал;
  • маховик.

Неподвижные части КШМ служат базой, элементами крепления и направляющими. К ним относятся:

  • блок цилиндров;
  • головка блоков цилиндров;
  • картер;
  • поддон картера;
  • крепежные детали и подшипники.

устройство кривошипно-шатунного механизма

Неподвижные части КШМ

Картер и масляный поддон

Картер — это нижняя часть двигателя, в которой находятся подшипники и масляные каналы коленчатого вала. В картере шатуны движутся, а коленчатый вал вращается. Масляный поддон — это резервуар для моторного масла.

Основа картера в процессе эксплуатации подвергается постоянным тепловым и силовым нагрузкам. Поэтому к этой детали предъявляются особые требования по прочности и жесткости. Для его изготовления используются алюминиевые или чугунные сплавы.

Картер крепится к блоку цилиндров. Вместе они образуют каркас двигателя, основную часть его корпуса. Сами цилиндры находятся в блоке. Сверху установлена головка блока ДВС. Вокруг цилиндров имеются полости для жидкостного охлаждения.

Расположение и количество цилиндров

В настоящее время наиболее распространены следующие типы:

  • рядное четырех- или шести цилиндровое положение;
  • шестицилиндровое V-образное положение под углом 90 °;
  • VR-образное положение под меньшим углом;
  • оппозитное положение (поршни движутся навстречу друг другу с разных сторон);
  • W-образное положение с 12 цилиндрами.
Читайте также  Хвостовик редуктора заднего моста

При простом рядном расположении цилиндры и поршни расположены в ряд, перпендикулярной коленчатому валу. Эта схема самая простая и надежная.

Головка блока цилиндров

Головка крепится к блоку шпильками или болтами. Она накрывает цилиндры с поршнями сверху, образуя герметичную полость — камеру сгорания. Между блоком и головкой есть прокладка. В головке блока цилиндров также находится клапанный механизм и свечи зажигания.

Цилиндры

Поршни двигаются непосредственно в цилиндрах двигателя. Их размер зависит от хода поршня и его длины. Цилиндры работают при переменном давлении и высоких температурах. В процессе эксплуатации стенки подвергаются постоянному трению и температурам до 2500 ° C. К материалам и обработке цилиндров также предъявляются особые требования. Их делают из чугуна, стали или алюминиевых сплавов. Поверхность деталей должна быть не только прочной, но и удобной в обработке.

составные части блока цилиндров

Наружная рабочая поверхность называется зеркалом. Она хромирована и отполирована до зеркальной поверхности для минимизации трения в условиях ограниченного смазывания. Цилиндры отливаются совместно с блоком или выполняется в виде съемных гильз.

Подвижные части КШМ

Поршень

Движение поршня в цилиндре происходит за счет сгорания топливовоздушной смеси. Создается давление, которое действует на днище поршня. Оно может отличаться по форме в разных типах двигателей. В бензиновых двигателях днище изначально было плоским, затем стали применять вогнутые конструкции с проточками под клапаны. В дизельных двигателях в камере сгорания предварительно сжимается воздух, а не топливо. Поэтому днище поршня также имеет вогнутую форму, которая является частью камеры сгорания.

Форма днища имеет большое значение для создания правильного факела горения топливовоздушной смеси.

Остальная часть поршня называется юбкой. Это своего рода направляющая, которая движется внутри цилиндра. Нижняя часть поршня или юбки выполнена таким образом, чтобы не соприкасаться с шатуном во время его движения.

устройство поршня

На боковой поверхности поршней имеются проточки или канавки для поршневых колец. Сверху есть два или три компрессионных кольца. Они необходимы для создания компрессии, то есть препятствуют проникновению газа между стенками цилиндра и поршнем. Кольца прижимаются к зеркалу, уменьшая зазор. Внизу есть паз для маслосъемного кольца. Оно предназначено для удаления лишнего масло со стенок цилиндра, чтобы оно не попало в камеру сгорания.

Поршневые кольца, особенно компрессионные, работают при постоянных нагрузках и высоких температурах. Для их производства используются высокопрочные материалы, такие как легированный чугун, покрытый пористым хромом.

Поршневой палец и шатун

Шатун крепится к поршню с помощью поршневого пальца. Он представляет собой цельную или полую цилиндрическую деталь. Палец устанавливается в отверстие в поршне и в верхней головке шатуна.

Существует два типа крепления:

  • с фиксированной посадкой;
  • с плавающей посадкой.

Самым популярным является так называемый «плавающий палец». Для его крепления используются стопорные кольца. Фиксированный устанавливается с натягом. Обычно используется тепловая посадка.

шатун КШМ

Шатун, в свою очередь, соединяет коленчатый вал с поршнем и производит вращательные движения. В этом случае возвратно-поступательные движения шатуна описывают число восемь. Он состоит из нескольких элементов:

  • стержня или основы;
  • поршневой головки (верхней);
  • кривошипной головки (нижней).

Бронзовая втулка запрессовывается в поршневую головку для уменьшения трения и смазки соприкасающихся деталей. Кривошипная головка является разборной для обеспечения сборки механизма. Детали идеально подогнаны друг к другу и фиксируются болтами и контргайками. Для уменьшения трения устанавливаются шатунные подшипники. Они выполнены в виде двух стальных вкладышей с замками. Масло подается через масляные канавки. Подшипники точно адаптированы к размеру соединения.

Вопреки распространенному мнению, вкладыши удерживаются от проворота не за счет замков, а из-за силы трения между их внешней поверхностью и головкой шатуна. Таким образом, внешнюю часть подшипника скольжения нельзя смазывать во время сборки.

Коленчатый вал

Коленчатый вал — сложная часть, как с точки зрения устройства, так и производства. Он принимает на себя крутящий момент, давление и другие нагрузки и поэтому изготовлен из высокопрочной стали или чугуна. Коленчатый вал передает вращение от поршней к трансмиссии и другим компонентам автомобиля (например, ведущему шкиву).

Коленчатый вал состоит из нескольких основных компонентов:

  • коренные шейки;
  • шатунные шейки;
  • противовесы;
  • щеки;
  • хвостовик;
  • фланец маховика.

устройство коленвала

Конструкция коленчатого вала во многом зависит от количества цилиндров в двигателе. В простом четырехцилиндровом рядном двигателе на коленчатом валу имеется четыре шатунных шейки, на которых установлены шатуны с поршнями. Пять коренных шеек расположены вдоль центральной оси вала. Они устанавливаются в опоры блока цилиндров или картера на подшипники скольжения (вкладыши). Коренные шейки сверху закрываются крышками на болтах. Соединение образует П-образную форму.

Специально обработанная точка опоры для установки коренной шейки с вкладышем называется постелью.

Коренные и шатунные шейки соединены так называемыми щеками. Противовесы гасят излишние вибрации и обеспечивают плавное движение коленчатого вала.

Шейки коленчатого вала термически обработаны и отполированы для обеспечения высокой прочности и точной посадки. Коленчатый вал также очень точно сбалансирован и отцентрован, чтобы равномерно распределять все силы, действующие на него. В центральной области коренной шейки по бокам от опоры, устанавливаются упорные полукольца. Они необходимы для компенсации осевых перемещений.

Шестерни привода ГРМ и приводной шкив вспомогательных агрегатов двигателя прикреплены к хвостовику коленчатого вала.

Маховик

На задней части вала имеется фланец, к которому крепится маховик. Это чугунная деталь, которая представляет собой массивный диск. Благодаря своей массе маховик создает инерцию, необходимую для работы КШМ, а также обеспечивает равномерную передачу крутящего момента на трансмиссию. На ободе маховика имеется зубчатое кольцо (венец) для соединения со стартером. Это маховик вращает коленчатый вал и приводит в движение поршни при запуске двигателя.

маховик

Кривошипно-шатунный механизм, конструкция и форма коленчатого вала остаются неизменными на протяжении многих лет. Как правило, вносятся лишь незначительные структурные изменения для уменьшения веса, инерции и трения.

Кривошипно-шатунный механизм двигателя внутреннего сгорания: устройство, назначение, как работает

Кривошипно-шатунный механизм (КШМ) представляет собой важный механизм автомобильного двигателя, который преобразовывает поступательные движения поршневой системы во вращательное движение коленчатого вала двигателя, от которого, в свою очередь, это движение передается на колеса автомобиля, что и приводит машину в движение.

Принцип работы кривошипно-шатунного механизма

Под давлением газов, которые образуются в цилиндрах двигателя при сгорании топливно-воздушной смеси, поршень совершает поступательное движение по направлению к коленчатому валу.

Важные детали механизма, а именно: поршень, шатун и вал помогают преобразовывать движения поступательного характера в движения вращательного, что в свою очередь запускает вращение колес автомобиля.

«Cshaft». Под лицензией Public domain с сайта Викисклада — https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Cshaft.gif#mediaviewer/%D0%A4%D0%B0%D0%B9%D0%BB:Cshaft.gif

В обратном порядке взаимодействие вала и поршня выглядит следующим образом: вал при вращательном движении через детали механизма – вал, шатун и поршень, преобразовывает энергию в поступательное поршневое движение.

By A. Schierwagen using OpenOffice Draw [GFDL (http://www.gnu.org/copyleft/fdl.html) or CC-BY-SA-3.0 (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/)], via Wikimedia Commons

Как устроен кривошипно-шатунный механизм

Устройство кривошипно-шатунного механизма фото

Механизм состоит из деталей, как подвижных, так и неподвижных.

Детали подвижного типа:

  • поршень;
  • маслосъемное кольцо (1);
  • компрессионные кольца (2);
  • поршневой палец (3);
  • стопорное кольцо (4);
  • шатун;
  • крышка шатуна (5);
  • крепежный болт (6);
  • вкладыши (7);
  • втулка (8);
  • коленчатый вал;
  • шатунная шейка (9);
  • противовес (10);
  • коренная шейка (11);
  • маховик

Детали неподвижного типа:

  • блок и головка цилиндров;

Поршень с кольцами и пальцем

Поршень – это небольшая цилиндрическая деталь, изготовленная из алюминиевого сплава. Его основным назначением является преобразование давления выделяемых газов в поступательное движение, передаваемое в шатун. Возвратно-поступательное движение обеспечивается за счет гильзы.

Поршень состоит из юбки, головки и дна (днища). Дно может иметь разную форму (выпуклую, вогнутую или плоскую), в нем содержится камера сгорания. На головке расположены небольшие канавки для поршневых колец (маслосъемных и компрессионных).

Кольца компрессионного типа предотвращают возможное попадание газов в двигательный картер, а кольца малосъемного типа предназначены для удаления лишнего масла со стенок цилиндра.

Юбка оснащена специальными бобышками с отверстиями, для установления поршневого пальца, соединяющий поршень и шатун.

Шатун

Шатун – еще одна деталь КШМ, которая изготавливается из стали методом штамповки или ковки, оснащенная шарнирными соединениями. Шатун предназначен для передачи энергии движения от поршня к валу.

Шатун складывается из верхней, разборной нижней головки и стержня. Верхняя головка соединяется с поршневым пальцем. Нижнюю разборную головку можно соединять с шейкой вала с помощью крышек (шатунных).

Кривошип (колено)

К любому кривошипу (колено) крепится шатун поршня. Зачастую кривошип располагается от оси шеек в определенном радиусе, что определяет ход поршня. Именно эта деталь дала название кривошипно-шатунному механизму.

Читайте также  Лямбда зонд и катализатор

Коленчатый вал

Еще одна подвижная деталь механизма сложной конфигурации, изготовленная из чугуна или стали. Основным назначением вала является преобразование поступательного поршневого движения поршня во вращательный момент.

Коленчатый вал складывается из шеек (коренных, шатунных), щек (соединяющих шейки) и противовесов. Щеки создают равновесие при работе всего механизма. Внутри шейки и щеки оснащены небольшими отверстиями, через которые под давлением происходит подача масла.

Маховик

Маховик, как правило, установлен на конце вала. Изготавливается из чугуна. Маховик предназначен для повышения равномерного вращения вала для запуска двигателя с помощью стартера.

В настоящее время чаще применяются маховики двухмассового типа – два диска, которые достаточно плотно соединены между собой.

Блок цилиндров

Это неподвижная деталь КШМ, которая изготавливается из чугуна или алюминия. Блок предназначен для направления поршней, именно в них осуществляется весь рабочий процесс.

Блок цилиндров может быть оснащен рубашками охлаждения, постелями для подшипников (распределительного и коленчатого вала), точкой крепления.

Головка цилиндров

Эта деталь оснащена камерой сгорания, каналами (впускными и выпускными), отверстиями для свечей зажигания, втулками и седлами. Головка цилиндров изготавливается из алюминия.

Как и блок, головка также имеет рубашку охлаждения, которая соединяется с рубашкой цилиндра. А вот герметичность этого соединения обеспечивается специальная прокладка.

Закрывается головка небольшой штампованной крышкой, при этом между ними устанавливается резиновая прокладка, устойчивая к воздействию масел.

Поршень, гильза цилиндров и шатун образуют то, что автомобилисты обычно называют цилиндр. Двигатель может иметь от одного до 16, а иногда и больше цилиндров. Чем больше цилиндров, тем больше общий рабочий объем двигателя и, соответственно, тем больше его мощность. Но нужно понимать, что при этом одновременно с мощностью растет и расход топлива. Цилиндры в двигателе могут располагаться по различным компоновочным схемам:

  • рядная (оси всех цилиндров располагаются в одной плоскости)
  • V-образная компоновка (оси цилиндров располагаются под углом 60 или 120 градусов в двух плоскостях)
  • оппозитная компоновка (оси цилиндров располагаются под углом 180 градусов)
  • VR-компоновка (аналогично V-образной, но плоскости располагаются под небольшим углом относительно друг друга)
  • W-образная компоновка представляет собой совмещение на одном коленчатом валу двух VR-компоновок, расположенных V-образно со смещением относительно вертикали

От компоновочной схемы зависит балансировка двигателя, а так же его размер. Наилучшей балансировкой обладает оппозитный двигатель, однако он редко используется на автомобилях из-за конструктивных особенностей.

Так же отличным балансом обладает рядный шестицилиндровый двигатель, но его применение на современных автомобилях практически невозможно из-за его громоздкости. Наибольшее распространение получили V-образные и W-образные двигатели из-за наилучшего сочетания динамических характеристик и конструктивных особенностей.

Назначение и устройство кривошипно-шатунного механизма ДВС

Двигатели внутреннего сгорания, используемые на автомобилях, функционируют за счет преобразования энергии, выделяемой при горении горючей смеси, в механическое действие – вращение. Это преобразование обеспечивается кривошипно-шатунным механизмом (КШМ), который является одним из ключевых в конструкции двигателя автомобиля.

Назначение и устройство кривошипно-шатунного механизма ДВС

Кривошипно-шатунный механизм двигателя состоит из трех основных деталей:

  1. Цилиндро-поршневая группа (ЦПГ).
  2. Шатун.
  3. Коленчатый вал.

Все эти компоненты размещаются в блоке цилиндров.

Назначение ЦПГ — преобразование выделяемой при горении энергии в механическое действие – поступательное движение. Состоит ЦПГ из гильзы – неподвижной детали, посаженной в блок в блок цилиндров, и поршня, который перемещается внутри этой гильзы.

Назначение и устройство кривошипно-шатунного механизма ДВС

После подачи внутрь гильзы топливовоздушной смеси, она воспламеняется (от внешнего источника в бензиновых моторах и за счет высокого давления в дизелях). Воспламенение сопровождается сильным повышением давления внутри гильзы. А поскольку поршень это подвижный элемент, то возникшее давление приводит к его перемещению (по сути, газы выталкивают его из гильзы). Получается, что выделяемая при горение энергия преобразуется в поступательное движение поршня.

Для нормального сгорания смеси должны создаваться определенные условия – максимально возможная герметичность пространства перед поршнем, именуемое камерой сгорания (где происходит горение), источник воспламенения (в бензиновых моторах), подача горючей смеси и отвод продуктов горения.

Герметичность пространства обеспечивается головкой блока, которая закрывает один торец гильзы и поршневыми кольцами, посаженными на поршень. Эти кольца тоже относятся к деталям ЦПГ.

ШАТУН

Следующий компонент КШМ – шатун. Он предназначен для связки поршня ЦПГ и коленчатого вала и передает механических действий между ними.

Назначение и устройство кривошипно-шатунного механизма ДВС

Шатун представляет собой шток двутавровой формы поперечного сечения, что обеспечивает детали высокую устойчивость на изгиб. На концах штока имеются головки, благодаря которым шатун соединяется с поршнем и коленчатым валом.

По сути, головки шатуна представляют собой проушины, через которые проходят валы обеспечивающие шарнирное (подвижное) соединение всех деталей. В месте соединения шатуна с поршнем, в качестве вала выступает поршневой палец (относится к ЦПГ), который проходит через бобышки поршня и головку шатуна. Поскольку поршневой палец извлекается, то верхняя головка шатуна – неразъемная.

В месте соединения шатуна с коленвалом, в качестве вала выступают шатунные шейки последнего. Нижняя головка имеет разъемную конструкцию, что и позволяет закреплять шатун на коленчатом валу (снимаемая часть называется крышкой).

КОЛЕНЧАТЫЙ ВАЛ

Назначение коленчатого вала — это обеспечение второго этапа преобразования энергии. Коленвал превращает поступательное движение поршня в свое вращение. Этот элемент кривошипно-шатунного механизма имеет сложную геометрию.

Назначение и устройство кривошипно-шатунного механизма ДВС

Состоит коленвал из шеек – коротких цилиндрических валов, соединенных в единую конструкцию. В коленвале используется два типа шеек – коренные и шатунные. Первые расположены на одной оси, они являются опорными и предназначены для подвижного закрепления коленчатого вала в блоке цилиндров.

В блоке цилиндров коленчатый вал фиксируется специальными крышками. Для снижения трения в местах соединения коренных шеек с блоком цилиндров и шатунных с шатуном, используются подшипники трения.

Шатунные шейки расположены на определенном боковом удалении от коренных и к ним нижней головкой крепится шатун.

Коренные и шатунные шейки между собой соединяются щеками. В коленчатых валах дизелей к щекам дополнительно крепятся противовесы, предназначенные для снижения колебательных движений вала.

Шатунные шейки вместе с щеками образуют так называемый кривошип, имеющий П-образную форму, который и преобразует поступательного движения во вращение коленчатого вала. За счет удаленного расположения шатунных шеек при вращении вала они движутся по кругу, а коренные — вращаются относительно своей оси.

Количество шатунных шеек соответствует количеству цилиндров мотора, коренных же всегда на одну больше, что обеспечивает каждому кривошипу две опорных точки.

На одном из концов коленчатого вала имеется фланец для крепления маховика – массивного элемента в виде диска. Основное его назначение: накапливание кинетической энергии за счет которой осуществляется обратная работа механизма – преобразование вращения в движение поршня. На втором конце вала расположены посадочные места под шестерни привода других систем и механизмов, а также отверстие для фиксации шкива привода навесного оборудования мотора.

ПРИНЦИП РАБОТЫ МЕХАНИЗМА

Принцип работы кривошипно-шатунного механизма рассмотрим упрощенно на примере одноцилиндрового мотора. Такой двигатель включает в себя:

  • коленчатый вал с двумя коренными шейками и одним кривошипом;
  • шатун;
  • и комплект деталей ЦПГ, включающий в себя гильзу, поршень, поршневые кольца и палец.

Воспламенение горючей смеси выполняется когда объем камеры сгорания минимальный, а обеспечивается это при максимальном поднятии вверх поршня внутри гильзы (верхняя мертвая точка – ВМТ). При таком положении кривошип тоже «смотрит» вверх. При сгорании выделяемая энергия толкает вниз поршень, это движение передается через шатун на кривошип, и он начинает двигаться по кругу вниз, при этом коренные шейки вращаются вокруг своей оси.

При провороте кривошипа на 180 градусов поршень достигает нижней мертвой точки (НМТ). После ее достижения выполняется обратная работа механизма. За счет накопленной кинетической энергии маховик продолжает вращать коленвал, поэтому чему кривошип проворачивается и посредством шатуна толкает поршень вверх. Затем цикл полностью повторяется.

Если рассмотреть проще, то один полуоборот коленвала осуществляется за счет выделенной при сгорании энергии, а второй – благодаря кинетической энергии, накопленной маховиком. Затем процесс повторяется вновь.

ОСОБЕННОСТИ РАБОТЫ ДВИГАТЕЛЯ. ТАКТЫ

Назначение и устройство кривошипно-шатунного механизма ДВС

Выше описана упрощенная схема работы КШМ. В действительности чтобы создать необходимые условия для нормального сгорания топливной смеси, требуется выполнение подготовительных этапов – заполнение камеры сгорания компонентами смеси, их сжатие и отвод продуктов горения. Эти этапы получили название «такты мотора» и всего их четыре – впуск, сжатие, рабочий ход, выпуск. Из них только рабочий ход выполняет полезную функцию (именно при нем энергия преобразуется в движение), а остальные такты – подготовительные. При этом выполнение каждого этапа сопровождается проворотом коленвала вокруг оси на 180 градусов.

Конструкторами разработано два типа двигателей – 2-х и 4-тактный. В первом варианте такты совмещены (рабочий ход с выпуском, а впуск – со сжатием), поэтому в таких моторах полный рабочий цикл выполняется за один полный оборот коленвала.

Читайте также  Прибор для проверки тока

В 4-тактном двигателе каждый такт выполняется по отдельности, поэтому в таких моторах полный рабочий цикл выполняется за два оборота коленчатого вала, и только один полуоборот (на такте «рабочий ход») выполняется за счет выделенной при горении энергии, а остальные 1,5 оборота – благодаря энергии маховика.

ОСНОВНЫЕ НЕИСПРАВНОСТИ

Несмотря на то, что кривошипно-шатунный механизм работает в жестких условиях, эта составляющая двигателя достаточно надежная. При правильном проведении технического обслуживания, механизм работает долгий срок.

При правильной эксплуатации двигателя ремонт КШМ потребуется только из-за износа ряда составных деталей – поршневых колец, шеек коленчатого вала, подшипников скольжения.

Поломки составных компонентов КШМ происходят в основном из-за нарушения правил эксплуатации силовой установки (постоянная работа на повышенных оборотах, чрезмерные нагрузки), невыполнения ТО, использования неподходящих горюче-смазочных материалов.

Последствиями такого использования мотора могут быть:

  • залегание и разрушение колец;
  • прогорание поршня;
  • трещины стенок гильзы цилиндра;
  • изгиб шатуна;
  • разрыв коленчатого вала;
  • «наматывание» подшипников скольжения на шейки.

Такие поломки КШМ очень серьезны, зачастую поврежденные элементы ремонту не подлежат их нужно только менять. В некоторых случаях поломки КШМ сопровождаются разрушениями иных элементов мотора, что приводит мотор в полную негодность без возможности восстановления.

ОБСЛУЖИВАНИЕ КШМ

Чтобы КШМ не стало причиной выхода из строя силового агрегата, достаточно выполнять ряд правил:

  1. Не допускать длительной работы двигателя на повышенных оборотах и под большой нагрузкой.
  2. Своевременно менять моторное масло и использовать смазку, рекомендованную автопроизводителем.
  3. Использовать только качественное топливо.
  4. Проводить согласно регламенту замену воздушных фильтров.

Не стоит забывать, что нормальное функционирование мотора зависит не только от КШМ, но и от смазки, охлаждения, питания, зажигания, ГРМ, которым также требуется своевременное обслуживание.

Устройство автомобилей

кривошипно-шатунный механизм

Основное назначение кривошипно-шатунного механизма – преобразовывать возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение коленчатого вала. Функция для автомобильного двигателя очень важная — ведь конечное звено любого автомобиля, его движитель — колесо перемещает обозначенное транспортное средство посредством вращательного движения.
Поскольку в тепловом двигателе все детали и узлы, составляющие кривошипно-шатунный механизм, работают в условиях высоких температурных и механических нагрузок, к их конструкции предъявляются соответствующие требования, определяющие их надежность и работоспособность. От выполнения этих требований во многом зависит надежность и приемлемый ресурс двигателя в целом.

К кривошипно-шатунному механизму (КШМ) двигателя предъявляют следующие требования:

  • высокие прочность и жесткость;
  • коррозионная и механическая износостойкость;
  • минимальная масса;
  • плотная посадка поршня в цилиндре;
  • уравновешенность вращающихся деталей.

Кроме соблюдения требований, обуславливающих работоспособность деталей КШМ, этот механизм, как и все другие механизмы автомобиля, должен быть выполнен конструктивно таким образом, чтобы обеспечить удобство его ремонта и обслуживания. Это обеспечивается применением практичных типов соединений деталей и рациональных компоновочных решений, позволяющих получить доступ к любой группе деталей или детали КШМ при замене, ремонте или обслуживании.

Все детали КШМ делятся на две группы: неподвижные и подвижные. К неподвижным деталям относятся корпус (картер и цилиндры), головка блока цилиндров и поддон картера. Подвижными частями КШМ являются поршни с кольцами и поршневыми пальцами, шатуны, коленчатый вал и маховик.

Корпус кривошипно-шатунного механизма

Корпус КШМ объединяет в себе картер и цилиндры (или цилиндр). Он является базовой частью (остовом) двигателя. На нем устанавливаются все механизмы и системы двигателя, и посредством него двигатель устанавливается на автомобиле.
Корпус двигателя может иметь три исполнения:

  • картер, к которому крепятся отдельные цилиндры;
  • картер, к которому крепятся цилиндры, объединенные в один блок цилиндров;
  • блок-картер, в котором все элементы отлиты как одно целое.

устройство блок-картера двигателя

В настоящее время с отдельными цилиндрами производят только двигатели воздушного охлаждения, так как изготовление блока цилиндров с охлаждающимися ребрами (высотой до 18 мм) представляет значительные технологические трудности.
Применение отдельных блоков цилиндров в современных автомобильных двигателях также ограничено. Они чаше всего используются в мощных дизелях, картеры и цилиндры которых изготовляют из легких сплавов. В большинстве автомобильных двигателей применяются блок-картеры несколько более сложные в изготовлении, но обладающие наиболее высокой жесткостью.

В зависимости от того, какие элементы корпуса двигателя воспринимают основную нагрузку, существуют следующие варианты силовых схем:

  • с несущим блоком цилиндров (рис. 1, а) ;
  • с несущими цилиндрами;
  • с несущими силовыми шпильками (рис. 1, б) .

Первый вариант получил наибольшее распространение. Здесь нагрузки от рабочих газов воспринимаются стенками цилиндров, рубашкой охлаждения (полости для прохода охлаждающей жидкости), головкой блока цилиндров, поперечными перегородками картера, которые заканчиваются коренными опорами.

Второй вариант используется в двигателях с отдельными цилиндрами, соединенными с картером и головкой блока цилиндров короткими болтами или шпильками. В этом случае под действием давления рабочего тела стенки цилиндров и рубашки охлаждения, если она имеется, испытывают напряжение разрыва.

В третьем варианте блок цилиндров (или отдельные цилиндры), головка блока цилиндров и крышки коренных подшипников стягиваются длинными силовыми шпильками, ввернутыми в перегородки картера.

Блок-картер КШМ

Блок-картер отливают из чугуна или алюминиевого сплава. Блок-картер V-образного двигателя показан на рис. 2 .
Горизонтальная перегородка делит блок-картер на верхнюю и нижнюю части. В верхней части блока и горизонтальной перегородке имеются отверстия под цилиндры или гильзы цилиндров. В вертикальных перегородках картера есть отверстия под подшипники коленчатого вала, которые обрабатывают в сборе с крышками подшипников. Поэтому крышки подшипников не взаимозаменяемы.
Для того чтобы повысить жесткость блок-картера, крышки коренных опор у некоторых двигателей дополнительно крепят к картерной части блока поперечными стяжными болтами.

кривошипно-шатунный механизм двигателя

В блок-картере выполнены отверстия для деталей механизма газораспределения, имеются плоскости для крепления фильтров, насосов и других механизмов.
Блок-картеры могут быть с цилиндрами, выполненными непосредственно в блоке, и со сменными гильзами цилиндров.

Гильзы цилиндров могут быть "мокрыми" или "сухими": "мокрые" — если их наружные стенки омываются охлаждающей жидкостью, "сухие" — запрессовываются в расточенные отверстия цилиндров и не имеют контактов с охлаждающей жидкостью.

Для увеличения жесткости блок-картера двигателя выполняют следующее:

  • объединяют все основные элементы в единый силовой каркас, имеющий пространственную конфигурацию (рис. 2) ;
  • увеличивают число несущих перегородок, расположенных в одной плоскости с коренными опорами коленчатого вала;
  • делают дополнительное оребрение перегородок и стенок;
  • располагают плоскости разъема картера ниже оси коленчатого вала;
  • используют V-образную компоновку;
  • применяют туннельный картер.

Наиболее жесткую конструкцию имеет блок-картер с неразъемным туннельным картером (рис. 3) , который обычно применяется при использовании в качестве коренных опор подшипников качения. В этом случае коленчатый вал монтируется с торца двигателя, и наружные обоймы подшипников устанавливаются в расточенных гнездах картера. Туннельный блок-картер наиболее сложен в производстве.

назначение и устройство КШМ

Обычно блок-картеры выполняют из серого чугуна или из алюминиевых сплавов. Себестоимость блок-картера, выполненного из серого чугуна, ниже себестоимости аналогичного картера, выполненного из алюминиевого сплава, поскольку чугун технологичнее в обработке и дешевле алюминия. Серый чугун обладает хорошими литейными качествами, прочен и легко обрабатывается. Отливки из серого чугуна не склонны к короблению и образованию трещин.

Если чугунные блоки отливаются в земляные формы, то блоки из алюминиевого сплава изготовляются литьем под давлением в разборные металлические формы. При этом обеспечивается высокая точность и производительность. Существенным недостатком алюминиевых блоков является их повышенное тепловое расширение, что в процессе работы может вызвать искажение форм. Основное достоинство – малая масса по сравнению с чугунными блоками.
Вероятность деформации блок-картера при эксплуатации во многом определяется технологией его изготовления.

Искажение формы (деформация) может произойти при неудачном выборе компоновочной схемы КШМ двигателя, неравномерном нагреве, а также вследствие механической и особенно термической перегрузки двигателя при работе.
Кроме того, это может произойти при сборке двигателя, если не соблюдать рекомендуемый порядок и моменты затяжки болтов и гаек крепления головки блока цилиндров и крышек коренных подшипников.

Недопустимые деформации элементов блок-картера вплоть до разрушения могут произойти при его заправке холодной охлаждающей жидкостью при разогретом двигателе, а также при замерзании воды в рубашке охлаждения.
Заправка системы охлаждения горячего двигателя холодной охлаждающей жидкостью может привести не только к деформации и разрушению базовых деталей – блока цилиндров, головки блока, но также вызвать повреждение элементов резьбовых соединений, изменение взаимного положения деталей и нарушение технологических регулировок.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: