Двигатель состоит из следующих основных узлов и систем:
· блока цилиндров с коленчатым валом, картером, поршнями и шатунами;
· головки цилиндров с распределительными валами, клапанами и газораспределительным механизмом;
· системы впуска;
· системы выпуска;
· системы смазки;
· системы охлаждения;
· дополнительных систем, например турбокомпрессора.
Блок цилиндров
Водяная рубашка
Тип топлива
Число цилиндров
Модификация двигателя
Рабочий объем двигателя
Год выпуска
Серийный номер
Удлиненная юбка
Укороченная юбка
Безгильзовый блок цилиндров
Блок цилиндров с мокрыми гильзами
Блок цилиндров с сухими гильзами
Типы и конструкция
Блок цилиндров — это основная деталь двигателя. Изготавливается из чугуна (для дизельных двигателей) или алюминиевых сплавов. Он состоит из цилиндров, в которых перемещаются поршни, рубашки охлаждения для поддержания требуемой температуры цилиндров и картера, в котором устанавливается коленчатый вал. Блок цилиндров представляет собой направляющие для возвратно-поступательного движения поршней. Он также принимает на себя образующуюся в результате сгорания смеси силу и температуру, охлаждает цилиндры и является опорой для коленчатого вала. Блок цилиндров должен быть очень прочным, поэтому для дизельных двигателей его чаще всего отливают из чугуна — материала, отличающего повышенной износостойкостью, коррозионной стойкостью и способностью выдерживать высокие значения крутящего момента.
В последнее время блоки цилиндров бензиновых двигателей изготавливаются из алюминиевого сплава. Благодаря небольшой массе, лучшей, чем у стали, теплопроводности алюминий является оптимальным металлом для блоков цилиндров бензиновых двигателей. Для большей прочности блок цилиндров имеет каркасную конструкцию.
Номер двигателя
Идентификационный номер двигателя выбивается на плоском участке в правой задней части блока цилиндров.
Водяная рубашка
Тип топлива
Число цилиндров
Модификация двигателя
Рабочий объем двигателя
Год выпуска
Серийный номер
Удлиненная юбка
Укороченная юбка
Безгильзовый блок цилиндров
Блок цилиндров с мокрыми гильзами
Блок цилиндров с сухими гильзами
Гильза цилиндра
Движущиеся поршни соприкасаются со стенками или гильзами цилиндров. Поэтому они должны смазываться моторным маслом. К гильзам предъявляются жесткие требования по таким показателям, как износостойкость и стойкость к воздействию высоких температур. Если блок цилиндров изготовлен из чугуна, гильзы представляют собой отполированные стенки цилиндров. Если блок цилиндров отлит из алюминиевого сплава, то для предотвращения износа стенок цилиндров в них вставляются изготовленные из чугуна гильзы. Однако иногда встречаются блоки цилиндров из алюминиевого сплава без гильз. Безгильзовые блоки цилиндров дороги в производстве, однако отличаются меньшей массой и компактностью, поэтому они применяются в основном в двигателях с высокими динамическими характеристиками. В двигателях KIA не используются мокрые гильзы.
Водяная рубашка
В блоке цилиндров, вокруг гильз цилиндров, имеются каналы, которые называются водяной рубашкой. Циркулирующая в ней охлаждающая жидкость отводит от цилиндров тепло, образующееся в процессе сгорания топливовоздушной смеси, что позволяет поддерживать температуру двигателя на определенном уровне. Водяные рубашки могут быть двух типов: раздельные и цельные. На последние модели устанавливаются двигатели, имеющие водяную рубашку не только в блоке цилиндров, но и во впускном коллекторе.
Водяная рубашка
Тип топлива
Число цилиндров
Модификация двигателя
Рабочий объем двигателя
Год выпуска
Серийный номер
Удлиненная юбка
Укороченная юбка
Безгильзовый блок цилиндров
Блок цилиндров с мокрыми гильзами
Блок цилиндров с сухими гильзами
Картер
Навесное оборудование двигателя — генератор, компрессор кондиционера, кронштейны опор двигателя, насос гидроусилителя — крепится к картеру двигателя. Картер — это часть блока цилиндра, которая может быть выполнена с ним заодно или крепится к нему болтами. Материал картера должен выдерживать нагрузки, вызываемые крутящим моментом двигателя и вибрацией. Небольшие размеры картера с укороченной юбкой снижают общую массу блока цилиндров. Однако по сравнению с картером с удлиненной юбкой он имеет меньшую прочность соединения с блоком, так как площадь соединения небольшая. Кроме того, площадь такого картера для крепления навесного оборудования также невелика.
К нижней части картера крепится масляный поддон, служащий резервуаром для масла. Поддон также отводит от блока цилиндров часть тепла. Масляный поддон картера стальной, штампованный, крепится к блоку через уплотнительную прокладку, как и крышка головки цилиндров. Виброизоляционная стальная пластина представляет собой две стальные пластины со слоем резины между ними.
Поршень и шатун
Бобышка поршня
Канавки поршневых колец
Стальное терморегулирующее кольцо
Отлитая терморегулирующая вставка
Маслосъемное кольцо
Поршневой палец
Давление сгорания
Компрессионные кольца
Юбка поршня
Подшипник
Шатун
Крышка шатунного подшипника
Поршень
Шатун
Бобышка поршня
К передней части двигателя
Больше
Меньше
Поршень предназначен для:
· передачи давления сгорания через поршневой палец и шатун коленчатому валу;
· герметизации камеры сгорания со стороны картера;
· передачи тепла стенкам цилиндров.
Поршень состоит из днища, огневого пояса, канавок для колец, бобышек и юбки. Поршень должен выдерживать высокое давление и температуру, например, на поршень дизельного двигателя действует давление 200 кгс/см2 и температура 2000°C. Конструкция поршня зависит от конструкции камеры сгорания, а качество сгорания топливовоздушной смеси, в свою очередь, зависит от конструкции поршня. Часть поршня между днищем и канавкой под первое поршневое кольцо называется гребнем, который предназначен для предохранения этого поршневого кольца от перегрева. Канавки вместе с поршневыми кольцами герметизируют камеру сгорания со стороны картера. Поршневой палец вставляется в бобышки поршня.
Юбка поршня предназначена для:
· направления движения поршня в цилиндре;
· передачи стенке цилиндра боковых сил;
· распределению масляной пленки по стенке цилиндра;
· передачи тепла от поршня стенке цилиндра и маслу.
Бобышка поршня
Канавки поршневых колец
Компрессионные кольца
Стальное терморегулирующее кольцо
Отлитая терморегулирующая вставка
Давление сгорания
Юбка поршня
Поршневой палец
Маслосъемное кольцо
Подшипник
Шатун
Крышка шатунного подшипника
Поршень
Шатун
Бобышка поршня
К передней части двигателя
Больше
Меньше
К поршню предъявляются следующие требования:
· небольшая масса, необходимая для снижения сил инерции возвратно-поступательного движения поршня;
· стойкость к воздействию высокого давления и температуры.
Это достигается за счет изготовления поршней из легких сплавов и кремния. Поршни могут быть коваными и отлитыми из алюминиевого сплава, прошедшего термическую обработку. Сгорание смеси сопровождается повышением температуры до очень высоких значений, вследствие чего днище поршня расширяется. Стальные вставки в виде кольца или отливки предотвращают чрезмерное расширение поршня. Стенка поршня по оси поршневого пальца толще, чем по оси опоры. Следовательно, больше всего поршень расширяется по оси поршневого пальца. Для компенсации такого неравномерного расширения поршни делаются овальными, т. е. ширина по оси поршневого пальца меньше.
Шатун и поршневой палец
В большинстве случаев шатуны изготавливаются из стали. Оба конца поршня закреплены шарнирно. Это необходимо для того, чтобы при движении поршня вверх и вниз он менял угол по отношению к шатуну и вращался вокруг коленчатого вала. Обычно поршневой палец запрессовывается в верхнюю головку шатуна и свободно вращается в бобышках поршня. Нижняя головка шатуна соединена с шатунной шейкой коленчатого вала через вкладыши подшипника, к нижней головке шатуна крепится болтами крышка шатунного подшипника. Во вкладыше шатунного подшипника и нижней головке шатуна имеются отверстие и канал, по которым подается масло под давлением для смазки стенки цилиндра, поршня и поршневых колец.
Поршневые кольца
Типы компрессионных колец
Масло
Поршень
Поршень
Газы
Рабочая поверхность
Канавка
Отверстия для отвода масла
Типы маслосъемных колец
Касательное напряжение
Диаметральное напряжение
Высота
Толщина
Замок
Лицевая часть кольца
Боковая часть кольца
Диаметр кольца
Поршневое кольцо представляет собой разрезное кольцо, вставляемое в канавку на наружной стороне поршня.
В двигателях внутреннего сгорания поршневые кольца необходимы для:
· герметизации камеры сгорания;
· отвода тепла от поршня к стенке цилиндра;
· ограничения расхода масла.
Большинство поршней автомобильных двигателей имеют по три кольца: два компрессионных и одно маслосъемное. В поперечном сечении компрессионные кольца обычно имеют прямоугольную, коническую или трапециевидную форму. Обычные непружинные маслосъемные кольца бывают скребкового и трапециевидного скребкового типа.
Пружинные маслосъемные кольца составные: из двух или трех элементов с пружинным расширителем. Поршневые кольца постепенно изнашиваются, так как при движении поршня они соприкасаются со стенками цилиндров. Для снижения износа кольца изготавливаются из очень прочного материала, обычно из чугуна. Нижнее маслосъемное кольцо оставляет на стенке цилиндра слой масла толщиной в несколько микрон. При установке новых колец необходимо внимательно следить за зазором в их замках. Замком называется разрез кольца, необходимый для установки колец на поршень и снятия с него. После установки колец на поршень и установки поршня в цилиндр с помощью приспособления сжатия для поршневых колец следует измерить зазор в замке набором щупов. Значение зазора должно находиться в пределах допуска. При уменьшенном зазоре поршневого кольца не останется места для расширения, и это может стать причиной заклинивания поршня в цилиндре. Увеличенный зазор может указывать на чрезмерный износ зеркала цилиндра и приводить к прорыву газов в картер.
Коленчатый вал
Верхние вкладыши
Подшипник скольжения
Поршневой палец
Смазочное отверстие
Фланец
Шатунная шейка
Смещенный коленчатый вал 6‑цилиндрового двигателя
Нижние вкладыши
Подшипник скольжения
Маховик
Шейка
Коренной подшипник
Шатунный подшипник
Шатун
Поршень
Поршневые кольца
Щеки с противовесом
Типы и конструкция
Коленчатый вал двигателя преобразует возвратно-поступательное движение поршня во вращение. В этом участвуют:
· поршень с поршневыми кольцами и поршневым пальцем;
· шатун;
· коленчатый вал;
· маховик.
Поршни перемещаются вверх и вниз между верхней и нижней мертвыми точками. Поршень соединен с коленчатым валом через поршневой палец и шатун. Таким образом, шатуны не только перемещаются вверх и вниз, но и вращаются. Вращательное движение коленчатого вала передается навесному оборудованию, например маховику, масляному насосу, насосу охлаждающей жидкости и т. п. Кроме того, от коленчатого вала могут приводиться уравновешивающие валы, снижающие вибрацию.
Конструкция коленчатого вала зависит от:
· числа цилиндров;
· расположения цилиндров (в ряд, V-образно или оппозитно);
· начального угла опережения зажигания;
· числа опор коленчатого вала;
· силы сгорания.
Верхние вкладыши
Смазочное отверстие
Фланец
Шатунная шейка
Смещенный коленчатый вал 6‑цилиндрового двигателя
Нижние вкладыши
Подшипники скольжения
Маховик
Шейка
Коренной подшипник
Шатунный подшипник
Шатун
Поршень
Поршневой палец
Поршневые кольца
Щеки с противовесом
Коленчатые валы динамически отбалансированы за счет отверстий в шейках и противовесов, компенсирующих массу шатунных шеек.
Коренные подшипники коленчатого вала
Подшипники обеспечивают плавное вращение коленчатого вала в постелях. Для коленчатого вала двигателя обычно используются подшипники скольжения, которые имеют большую площадь контакта, а следовательно, могут выдержать гораздо большие силы, чем подшипники качения. Коленчатые валы современных рядных, 4-цилиндровых двигателей пятиопорные, старых двигателей — трехопорные. Длина коленчатых валов V-образных двигателей меньше, поэтому им требуется меньшее количество опор. Подшипники и шейки коленчатого вала смазываются маслом. Это необходимо для того, чтобы при любых нагрузках двигателя избежать непосредственного соприкосновения подшипников и шеек. Масло подается через отверстия в коленчатом валу и подшипниках. Толщина масляной пленки зависит от нагрузки и температуры двигателя. Если толщина пленки мала, то под воздействием теплоты трения она может выгореть, что приводит к заклиниванию коленчатого вала. Если же толщина пленки слишком велика, двигатель может вибрировать и издавать повышенный шум.
