КРИВОШИПНО-ШАТУННЫЙ МЕХАНИЗМ

В одноцилиндровом четырехтактном двигателе на каждые два оборота коленчатого вала при­ ходится четыре хода поршня, только один из которых рабочий. Это приводит к неравномерной работе двигателя. Для небольших двигателей, таких как легкие лодочные моторы, двигатели мопедов, легких мотоциклов и т. д., такая неравномерность не представляет большой пробле­ мы. Для более тяжелых автомобилей требуется большая мощность двигателя, а следователь­ но, и больший рабочий объем цилиндра. В этом случае неравномерность работы двигателя становится более заметной. Вот почему на современных автомобилях применяются многоци­ линдровые ДВС. Применение нескольких цилиндров, в которых рабочий ход происходит в разные моменты времени, дает возможность сгладить пульсации крутящего момента на ва­ ле двигателя. Большинство легковых автомобилей малого класса имеют четырехцилиндро­ вые двигатели, хотя иногда используются двухцилиндровые и трехцилиндровые. На более тя­ желых автомобилях, требующих большой мощности, наряду с четырехцилиндровыми, могут применяться пятицилиндровые и шестицилиндровые двигатели. Легковые автомобили выс­ шего класса оборудуются восемицилиндровыми и двенадцатицилиндровыми двигателями, хотя встречаются двигатели с десятью цилиндрами. Большинство грузовых автомобилей средней и большой грузоподъемности имеют двигатели с шестью и восемью цилиндрами.

Кривошипно-шатунный механизм многоцилиндрового двигателя состоит из подвижных и неподвижных деталей.

К подвижным деталям КШМ относятся: поршень, поршневые кольца, поршневой палец, шатун, коленчатый вал, вкладыши подшипников и маховик. Неподвижными деталями КШМ являются: блок цилиндров, головка блока и прокладка головки блока (рис. 2.9).

Кривошипно-шатунный механизм воспринимает давление газов, возникающих при сго­ рании топлива в цилиндрах двигателя, и преобразует это давление в механическую работу по вращению коленчатого вала. Прежде чем перейти к подробному рассмотрению конструк­ ций отдельных деталей современных КШМ, необходимо разобраться в применяемых компо­ новочных схемах.

Расположение цилиндров в блоке опре­ деляет компоновочную схему двигателя (рис. 2.10). Если оси цилиндров расположе­ ны в одной плоскости, то такие двигатели называют рядными.

Рядные двигатели устанавливаются на ав­ томобиле или вертикально, или под углом к вертикальной плоскости для уменьшения высоты, занимаемой двигателем, а в некото­ рых случаях горизонтально, например при размещении под полом автобуса. В V-образ- ных двигателях оси цилиндров находятся в двух плоскостях, расположенных под уг­ лом друг к другу. Угол между осями цилинд­ ров может быть различным. Разновидно­ стью такого двигателя можно считать двига­ тель с так называемыми оппозитными (про­

тиволежащими) цилиндрами (в некоторых Рис. 2.9. Неподвижные детали кривошип-

странах такую компоновку называют но-шатунного механизма

Рис. 2.10. Схемы расположения цилиндров в двигателях различной компоновки: а — рядный четырехцилиндровый; б — V-образный шестицилиндровыи; в — оппозит- ный четырехцилиндровый; г — VR-двигатель шестицилиндровыи; д и е — W-образные 12-цилиндровые двигатели; а — угол развала

«boxer»), у которого этот угол составляет 180°. Сравнительно недавно появился двигатель W12, разработанный группой компаний Volkswagen, схема которого представляет собой как бы два V-образных двигателя с разными углами между осями цилиндров, имеющими общий коленчатый вал (рис. 2.11).

Перед тем как перейти к детальному рассмотрению двигателей различных компоновок и особенностей конструкций деталей КШМ, необходимо определиться с такими базовыми понятиями, как ход поршня и диаметр цилиндра, которые определяют рабочий объем двига­ теля и оказывают основное влияние на рабочие характеристики любого двигателя. Диаметр цилиндра — это диаметр отверстия, выполненного в блоке цилиндров. Ход поршня — рас­ стояние между ВМТ и НМТ. Диаметр цилиндра и ход поршня принято измерять в миллимет­ рах, а объем двигателя в литрах. Понятно, что два двигателя одинакового объема могут иметь различное число цилиндров и различную компоновку.

Если диаметр цилиндра больше хода поршня, то такой двигатель называют короткоход- ным. Данные двигатели развивают более высокие максимальные обороты коленчатого вала, и в них упрощается размещение впускных и выпускных клапанов, что дает возможность получения высокой мощности. Если ход поршня превышает диаметр цилиндра, то двигатель

Рис. 2.11. Двигатель W12, устанавливаемый на Audi A8 с 2001 г., практически состоит из двух двигателей V6 с различными углами развала цилиндров, использующих общий коленчатый вал

считается длинноходным. Такие двигатели, как правило, более экономичны и характеризу­ ются большими значениями крутящего момента. Длинноходные двигатели имеют большую высоту, но короче по длине.

При разработке конструкции двигателя приходится решать вопрос о выборе величины объ­ ема отдельного цилиндра. Если объем цилиндра сделать очень маленьким, то он будет плохо заполняться топливно-воздушной смесью и мощность такого двигателя будет низкой. В то же вре­ мя нельзя безгранично увеличивать объем цилиндра, потому что при этом фронт распростра­ нения пламени может не успеть дойти до стенок цилиндра за то короткое время, которое отводит­ ся на рабочий ход, а это приведет к уменьшению давления в цилиндре и скажется на уменьшении мощностных показателей двигателя. В современных автомобильных двигателях объем отдель­ ного цилиндра редко превышает 0,8 л, а в большинстве двигателей составляет около 0,5 л.

Какуже отмечалось ранее, чем большее число цилиндров имеет двигатель, тем равномернее он работает. Пульсации, возникающие при работе ДВС, могут быть уменьшены применением массивного маховика, устанавливаемого на конце коленчатого вала. Чем меньше цилиндров имеет двигатель, тем большей массой должен обладать маховик. В то же время массивный ма­ ховик из-за своей инерционности ухудшает способность двигателя быстро набирать обороты. Поэтому конструкторам двигателей приходится принимать компромиссные решения.