Учебный вопрос №1: Работа механизмов и систем двигателя.

1 Назначение, устройство и принцип работы

кривошипно-шатунного механизма (КШМ)

Кривошипно-шатунный механизм двигателя предназначен для преобразования прямолинейного возвратно-поступательного движения поршней, воспринимающих давление газа, в такте рабочего хода, во вращательное движение коленчатого вала.

КШМ состоит из двух групп деталей:

- неподвижные

- подвижные.

К неподвижным деталям КШМ двигателя относятся:

- блок цилиндров (блок-картер)

- гильзы цилиндров

- головки блока цилиндров

- прокладки головки блока цилиндров

- крышка головки блока цилиндров.

К подвижным деталям КШМ двигателя относятся:

- коленчатый вал

- маховик

- шатуны

- поршневая группа, которая состоит из:

а) поршня;

б) поршневых колец;

в) поршневого пальца.

1.1 Устройство и работа КШМ ЗИЛ-131

Неподвижные детали КШМ

Блок цилиндров - деталь двигателя, объединяющая все цилиндры двигателя в один общий узел.

Картером двигателя называют корпусную деталь двигателя, в которой размещаются и работают коленчатый вал и шатуны.

На двигателе ЗИЛ-131 блок цилиндров и картер объединяют в одну деталь и она носит название блок-картер.

Блок-картер двигателя ЗИЛ-131 отлит из серого чугуна. Плоскость разъема между картером и поддоном картера опущена ниже коленчатого вала для повышения жесткости и прочности блок-картера. В блок-картере имеются пять поперечных ребристых перегородок, в которых расположены гнезда для коренных подшипников коленчатого вала и гнезда подшипников распределительного вала.

В блок-картере выполнен ряд каналов для обеспечения циркуляции масла в системе смазки двигателя. К ним относятся:

1. Два продольных магистральных канала;

2. Канал для подачи масла от насоса в распределительную камеру;

3. Канал для подвода масла к масляному насосу;

4. Поперечные каналы в перегородках картера для подвода масла к трущимся деталям двигателя;

5. Продольный канал всасывающей магистрали насоса.

Рис.1. Блок-картер

1-картер; 2-отверстие под коленчатый вал; 3-отверстие под распределительный вал; 4- каналы подвода охлаждающей жидкости; 5-гильзы

Кроме того, блок-картер имеет ряд полостей и каналов для циркуляции охлаждающей жидкости:

В передней части блока двигателя устанавливают отлитую из алюминиевого сплава крышку распределительных шестерен, на которой крепится к фланцу центробежный датчик ограничителя числа оборотов коленчатого вала двигателя.

Сзади к блоку двигателя крепят чугунный картер сцепления, а снизу к картеру крепят отлитую из алюминиевого сплава крышку. По бокам картер имеет опоры для крепления двигателя к раме.

Гнезда коренных подшипников коленчатого вала закрепляются крышками. Снизу картер закрывается поддоном, который одновременно является местом хранения основного запаса масла в системе смазывания двигателя.

Гильзы цилиндров являются направляющими поршней и ограничивают объем рабочих камер цилиндров.

В блок цилиндров двигателя ЗИЛ-131 вставляются гильзы мокрого типа, выполненные из специального чугуна. В верхнюю часть гильз для повышения коррозийной устойчивости запрессованы вставки из коррозийно-стойкого чугуна. Кроме того, в верхней части гильз имеются бурты, которыми они упираются на блок цилиндров (0,02-0,15 мм). Уплотнение гильз в нижней части осуществляется резиновыми кольцами.

Головки блоков цилиндров закрывают цилиндры и ограничивают сверху объем камеры сгорания, головки служат для крепления клапанного механизма, для размещения свечей.

Рис.2. Головка блока цилиндров

В головке размещаются каналы для циркуляции охлаждающей жидкости. На левый и правый ряд двигателя ЗИЛ-131 соответственно устанавливают левую и правую головки. Головки отлиты из алюминиевого сплава. В головках цилиндров запрессованы чугунные направляющие втулки клапанов и седла клапанов. Снизу каждая головка цилиндров имеет по четыре камеры сгорания. Каждую головку крепят в блоку болтами.

Прокладка у двигателя ЗИЛ-131 – плоскость стыка головки блока и блока уплотнена сталеасбестовой прокладкой.

Подвижные детали КШМ

Поршни служат для восприятия усилия газов при рабочем ходе

Для интенсивного отвода тепла поршень отлит из специального алюминиевого сплава. Для лучшей приработки и уменьшения потерь на трение поршень покрывают тонким слоем олова.

Поршень состоит из:

- днища;

- головки;

- юбки.

Рис.3. Шатунно-поршневая группа

1- поршень; 2-кольца; 3-вставка; 4-отверстие для смазки; 5-гайка; 6-шплинт; 7- крышка шатуна; 8- нижняя головка; 9-шатунный болт; 10-стопорное кольцо; 11-поршневой палец; 12-верхняя головка шатуна; 13-втулка; 14-стержень шатуна

На внешней поверхности головки поршня и юбке проточены канавки для установки поршневых колец. Верхняя часть поршня называется уплотнительным пояском, т.к. размещенные здесь поршневые кольца предотвращают прорыв газов через зазоры между поршнем и цилиндром. На внутренней стороне юбки имеются приливы называемые бобышками, в которых сделаны отверстия для установки пальца и проточены кольцевые канавки для стопорных колец. Поршни двигателя ЗИЛ-131 имеют поперечные прорези под головкой, а на юбке выполнен Т-образный разрез для температурной компенсации.

Поршневые кольца уплотняют полость цилиндра, не допускают прорыва газов в картер двигателя и попадания масла в камеру сгорания.

В соответствии с назначением они делятся на:

- компрессионные;

- маслосъемные.

Комплект поршневых колец ЗИЛ-131 состоит из:

- трех чугунных компрессорных колец;

- одного составного маслосъемного кольца, собранного из стальных деталей.

Канавка верхнего, наиболее нагруженного компрессорного кольца, выполнена в чугунной, залитой в поршень вставке. Для замедления изнашивания наружные цилиндрические поверхности двух верхних компрессорных колец покрыты слоем пористого хрома.

Маслосъемное кольцо состоит из:

- двух стальных плоских хромированных дисков;

- двух расширителей осевого и радиального.

Между разрезными концами колец (замками) должен быть зазор в пределах 0,15-0,5 мм.

Поршневой палец служит для шарнирного соединения поршня с верхней головкой шатуна. Палец полый, стальной, плавающего типа. Поршневые пальцы изготавливают с большой точностью и устанавливают в отверстия бобышки поршня с натягом 0,0025-0,0075 мм, а во втулку верхней головки шатуна с зазором 0,0045-0,0095 мм. Номинальный диаметр пальца находится в пределах 28-27,99 мм.

Шатун двигателя кованный, стальной, двутаврового сечения. Верхняя головка шатуна цельная, имеет отверстие для поступления масла. В головку запрессована бронзовая разрезная втулка. Нижняя головка шатуна разъемная, ее крышка крепится двумя изготовленными из высококачественной стали болтами.

Коленчатый вал работает в условиях больших и переменных по направлению нагрузок, высокое давление сгорания вызывает в вале значительные деформации изгиба, большие нагрузки на вал возникают вследствие сил инерции возвратно-поступательно движущихся и вращающихся масс КШМ и от передачи крутящего момента.

Рис.4. Коленчатый вал

1-передний конец вала; 2-грязеуловитель; 3-шатунные шейки; 4-противовесы; 5-маслоотражатель; 6-фланец; 7-коренные шейки; 8-щека

Коленчатый вал кованный, стальной, пятиопорный. Коренные и шатунные шейки вала закалены. Вал имеет пять коренных шеек и четыре шатунные шейки, которые соединены между собой восемью щеками, шесть из которых имеют противовесы.

Для уплотнения носка коленчатого вала в крышке распределительных шестерен устанавливают сальник. Между шестерней и буртом первой коренной шейки вала находится распорно-упорная шайба.

Осевая фиксация коленчатого вала относительно блока цилиндров при нагревании и тепловом расширении вала обеспечивается установкой у переднего коренного подшипника двух упорных шайб.

Для подачи масла от коренных подшипников к шатунным в валу имеются каналы, а внутри шатунных шеек располагается центробежная ловушка для очистки масла.

Взаимозаменяемые тонкостенные вкладыши изготавливают из стальной ленты, залитой антифрикционным сплавом на алюминиевой основе с 25-30% олова. В качестве коренных подшипников коленчатого вала двигателя ЗИЛ-131 применяют тонкостенные вкладыши. Вкладыши также изготавливают из сталеалюминевой ленты.

В заднем коренном подшипнике двигателя ЗИЛ-131 для предотвращения утечки масла устанавливается:

- резиновый каркасный сальник;

- резиновые уплотнительные прокладки;

- деревянные боковые уплотнители.

На задней коренной шейке коленчатого вала имеется маслосбрасывающий гребень и маслосгонные витки. Для стока масла имеются дренажные канавки.

Маховик отлит из чугуна и имеет стальной зубчатый венец, используемый для пуска двигателя стартером.

Коленчатый вал в сборе с шестерней, ступицей шкивов, маховиком, сцеплением динамически сбалансирован.

1.2 Устройство и работа кривошипно-шатунного механизма

КамАЗ-740 Тип – дизельный

Неподвижные детали КШМ

Блок цилиндров является остовом двигателя. На нем и внутри него располагаются основные механизмы и детали систем двигателя.

Цилиндры в блоке расположены V-образно в два ряда под уг­лом 90°.

Блок отлит из специального легированного чугуна с высокими механическими свойствами. Картерное пространство цилиндров раз­делено поперечными перегородками на отсеки, в каждом из которых расположены по одному цилиндру левого и правого рядов.

Перегородки имеют специальное сплошное оребрение и вместе с боковыми стенками картера и цилиндровой частью блока создают жесткую конструкцию. Высокая жесткость блока обеспечивается так­же и тем, что плоскость разъема картера, в которой крепится масляный поддон, расположена значительно ниже оси коленчатого вала.

В верхней части блока расположены два ряда цилиндровых гнезд с привалочными поверхностями под головки цилиндров.На привалочную плоскость каждого цилиндра устанавливают головки цилиндров.В верхней и нижней частях блока выполнены концентрические гнезда для установки толстостенных цилиндров.

Поперечные перегородки в нижней части блока цилиндров заканчиваются толстостенными арками, образующими коренные опоры коленчатого вала, к обработанным площадкам которых крепятся крышки коренных опор и масляный насос с маслозаборником.

В картерной части блока имеется система сверленых каналов для подвода масла из центрального канала к подшипникам коленчатого и распределительного валов и деталям привода клапанного механизма. Имеются также каналы для отбора масла к фильтру грубой очистки, центробежному фильтру и компрессору.

Первый ряд цилиндров несколько смещен относительно левого вперед, что обусловлено установкой двух шатунов на общую шатунную шейку коленчатого вала.

По всей высоте цилиндров сделаны протоки для охлаждающей жидкости, благодаря чему обеспечивается интенсивный отвод тепла,улучшается охлаждение поршней и поршневых колец, несколько снижа­ется температура моторного масла и уменьшается вероятность дефор­мации блока от неравномерного нагрева.

Снизу блок закрыт поддоном, который одновременно служит емкостью системы смазки двигателя. На заднем торце блока по периметру выполнены резьбовые от­верстия для крепления картера маховика.

Гильзы цилиндров мокрого типа отлиты из специального чугуна с перлитной структурой. Рабочая поверхность гильзы закаливается токами высокой частоты и тщательно шлифуются и полируются.

В верней части гильзы имеется упорный бурт, нижней плоскостью которого гильза устанавливается на соответствующий упорный торец блока цилиндров. Верхний торец бурта имеет выступ, предохраняющий прокладку головки цилиндров от непосредственного воздействия на нее горячих газов, а выступание бурта под плоскостью блока обеспе­чивает надежное уплотнение газового стыка. Центрирование гильзы осуществляется при помощи двух обработанных поясов - верхнего и нижнего, размещенных на ее внутренней поверхности.

Нижний пояс гильзы уплотняется двумя резиновыми кольцами, которые устанавливаются в канавках блока, предотвращая тем самым попадание воды из водяной рубашки блока в полость масляного картера двигателя.

Уплотнение гильзы в верхней части надежно осуществляется упорным буртом и прокладкой головки цилиндров

Картер маховика изготовлен из специального серого чугуна повышенной прочности и крепится болтами к заднему торцу блока цилиндров через уплотнительную прокладку из поронита.

Картер представляет собой жесткую конструкцию, в середине нижней части которой имеется отверстие под сальник коленчатого ва­ла с маслоотражателем. Верхняя часть служит крышкой шестерен газораспределения.

В верхней части выполнены две расточки: в центре - под тахо­метр, слева - под валик привода механизма переключения коробки передач. Вверху на нижней части картера маховика справа установле­ны сапун с фланцем в сборе, фиксатор маховика и маслозаливная горловина,

Головки цилиндров раздельные на каждый цилиндр, изготовлены из алюминиевого сплава. В головке цилиндров выполнены впускные и выпускные каналы и установлены вставные седла и направляющие втулки клапанов.

Каждая головка крепится к блоку цилиндров четырьмя болтами. На верхней стенке головки цилиндров размещены механизмы креп­ления и привода клапанов и топливных форсунок. Полость, в которой размещены указанные детали, закрываются крышкой, изготовленной из алюминиевого сплава, которая крепится к головке болтом через уплотнительную прокладку и фиксируется двумя штифтами.

Нижняя привалочная плоскость головки цилиндра тщательно шли­фуется. На этой плоскости обрабатываются гнезда под запрессовку седел клапанов.

Для обеспечения отвода тепла каждая головка цилиндров имеет водяную рубашку, сообщающуюся с водяной рубашкой блока.

Прокладка головки цилиндров служит для обеспечения герме­тичности между блоком цилиндров и головками. Прокладка на каждый цилиндр изготавливается из толстого стального листа.

Водяные отверстия уплотняются специальными кольцами из силиконовой резины.