Інформаційний блок

До кривошипно-шатунного механізму багатоциліндрових двигунів належать такі деталі: картер (блок циліндрів) з головкою й і ущільнювальними прокладками; поршнева група (поршні, поршневі кільця та пальці); шатуни; колінчастий вал; маховик; піддон картера.

Картер (рис. 3.1) – це найбільша й найскладніша деталь двигуна, як правило, коробчастого перерізу, що править за опору для робочих деталей та механізмів і захищає їх від забруднення. Іноді циліндри виготовляються разом із картером, тоді ця деталь називається блок-картером.

Блок циліндрів автомобілів відливають із чавуну або алюмінієвих сплавів.

Рис. 3.1. Картер V-подібного восьмициліндрового двигуна ЗМЗ-53 з головкою правого ряду циліндрів:

1 – блок циліндрів; 2 – кришка розподільних шестерень; 3 – прокладка; 4 – головка блока циліндрів; 5, 9, 10 – отвори для охолодної рідини; 6,8 – впускні канали; 7 – камера згоряння; 11 – сідло клапана; 12 – гільза циліндра

Двигуни з V-подібним розташуванням циліндрів (ЗИЛ-130, ЗМЗ-53-12) мають дві головки з алюмінієвого сплаву на кожен ряд. У двигуні КамАЗ-740 кожний циліндр (із восьми) має свою головку.

Головки кріпляться до блока циліндрів шпильками через сталеазбестові прокладки. Зверху головки закрито кришками, що кріпляться гайками й ущільнюються гумовими прокладками. В головках блока всередині виконано сорочку охолодження, яка каналами сполучається із сорочкою охолодження блока.

На тракторних двигунах як рядних (КДМ-100; СМД-14 (рис. 3.2,а); Д-50; АМ-01 та ін), так і дворядних (ЯМЗ-238НБ (рис.3.2,б), СМД-62) блок циліндрів вилитий із сірого чавуну разом з верхньою частиною картера. Така конструкція блок-картера забезпечує більшу міцність і жорсткість, а отже, й більшу надійність і довговічність.

Рис. 3.2. Блоки циліндрів: а – двигуна СМД-14; б – двигуна ЯМЗ-238НБ;

1 – масляний канал; 2, 15 – отвори для розподільного вала; 3 – прокладка; 4 – кришка; 5 – ущільнювальне кільце гільзи циліндра; 6 – гільза циліндра; 7 – отвір для гільзи; 8 – гайка; 9 – шайба; 10 – шпилька кріплення головки блока; 11 – блок циліндрів; 12 – місце кріплення маслоналивної горловини; 13 – водяна сорочка; 14 – отвір для осі штовхачів; 16 – місце кріплення центрифуги; 17 – місце кріплення фільтра грубої очистки масла; 18 – отвір для води; 19 – місце укладання колінчастого вала; 20 – площина кріплення кришки розподільних шестерень; 21 – кришка корінного підшипника колінчастого вала.

Для збільшення строку служби блок-картера і спрощення його ремонту робочі поверхні циліндрів виготовляють окремо у вигляді чавунних виливків, які називають гільзами. Застосування вставних змінних гільз дає можливість виготовляти гільзи з матеріалу, що має вищу стійкість проти спрацювання, ніж матеріал блока циліндрів, і цим збільшити строк його служби. Внутрішня поверхня гільз для зменшення тертя поршня і поршневих кілець, а також для створення надійного ущільнення має високий клас чистоти обробки і називається "дзеркалом" циліндра.

Для підвищення стійкості проти спрацювання внутрішню поверхню гільз загартовують струмами високої частоти на 1-3 мм.

Гільзи поділяються на мокрі та сухі. "Сухими" називаються гільзи тоді, коли вони не стикаються з охолодною рідиною. Якщо ж гільзи омиваються охолодною рідиною, що циркулює у водяній сорочці блока циліндрів, вони називаються "мокрими".

До поршневої групи належать: поршні, поршневі кільця та поршневі пальці (рис. 3.3). Поршень – це металевий стакан, днищем повернутий догори, який сприймає тиск газів і передає його через поршневий палець, шатун на колінчастий вал. Верхня, підсилена частина поршня називається головкою, а нижня, напрямна – юбкою. Приливи у стінках юбки, що призначаються для встановлення поршневого пальця, називаються бобишками.

Рис.3.3. Деталі поршневої групи дизеля КамАЗ-740:

1 – поршень; 2 – поршневий палець; 5 – стопорні кільця; 4, 5 – компресійні кільця: 6 – оливознімне кільце

Поршні відлито з алюмінієвого сплаву й по бічній поверхні покрито тонким шаром олова для кращого припрацювання.

Основним недоліком поршнів з алюмінієвих сплавів є те, що вони мають коефіцієнт лінійного розширення майже у два рази більший, ніж коефіцієнт лінійного розширення чавуну, а це зв'язане з необхідністю збільшення зазору між поршнем і стінками циліндра.

Юбки поршнів у поперечному перерізі мають форму еліпса, а в поздовжньому – форму зрізаного конуса з більшою основою по нижній кромці поршня. В нижній частині юбки зроблено вирізи для противаг колінчастого вала.

Паралельно поздовжній осі двигуна в бобишках поршня зроблено отвори для встановлення поршневого пальця. На головках поршнів є канавки: верхні – для компресійних кілець, нижні – для оливознімних. По колу канавок під оливознімні кільця виконано отвори для відведення оливи, що знімається.

На зовнішніх поверхнях днищ більшості дизельних двигунів зроблені виїмки різної форми, які сприяють кращому перемішу­ванню повітря з паливом, тому що повітря і паливо надходять у циліндр окремо. Крім того, на днищах поршнів деяких двигунів роблять плоскі виточки, які усувають можливість зіткнення клапанів з поршнем, коли він знаходиться у ВМТ.

Для кращого змащування гільзи і поршня, а також для видалення надлишку масла поверхня головки поршня (від днища до третього компресійного кільця) може бути хвиляста з різною шириною валиків. У зв'язку з тим, що головка поршня нагрівається більше, ніж напрямна частина, діаметр головки роблять дещо меншим, ніж діаметр юбки.

Напрямна частина алюмінієвих поршнів має еліптичну форму (більша вісь еліпса повинна лежати в площині коливання шатуна). Це забезпечує більшу щільність посадки поршня і його роботу в холодному двигуні без стуку.

Поршневі кільця (рис. 3.4) запобігають прориву газів крізь зазор між юбкою поршня та стінкою циліндра, а також слугують для видаляння зайвої оливи зі стінок циліндра, щоб не допустити потрапляння її в камеру згоряння. Зазор у замку компресійних кілець становить (0,4 ±0,1) мм. Всі кільця виготовляють з чавуну, за винятком оливознімних, які виконуються складеними – з двох плоских сталевих кілець і двох розширників (осьового та радіального). Верхні компресійні кільця покривають пористим хромом.

Компресійні кільця встановлюють на поршні так, щоб виточки на їхній внутрішній поверхні були повернуті вгору. Кільця, що не підлягають хромуванню, покривають по зовнішній поверхні тонким шаром олова для кращого припрацювання. Встановлюючи кільця на поршень, їхні стики (замки) слід розташовувати під кутом 90° один до одного.

Кільця повинні щільно, без просвітів прилягати до дзеркала циліндра по всьому колу. Зовнішній діаметр кільця, не вставленого в циліндр (у вільному стані), трохи більше внутрішнього діаметра циліндра. В одному місці по колу частина кільця вирізана. Тому встановлене в циліндр кільце пружинить і прилягає до його стінки по всьому колу. Невелика кількість газів з надпоршневого простору проникає в зазори між внутрішньою циліндричною поверхнею компресійного кільця і поверхнею канавки поршня. При цьому тиск і швидкість газів поступово зменшуються. Тиск газів також притискає кільця до стінок циліндрів. Таким чином, компресійні кільця притиснуті до стінки циліндра силою власної пружності і тиском газів.

Рис. 3.4. Поршневі кільця: а) зовнішній вигляд; б) розташування кілець на поршні двигуна автомобіля ЗИЛ-130; в) складане оливо знімне кільце; 1 – компресійне кільце; 2 – оливо знімне кільце; 3 – плоскі сталеві диски; 4 – осьовий розширник; 5 – радіальний розширник

Вирізи у поршневих кільцях називають замком. У замку вставленого в циліндр кільця повинний бути зазор в декілька десятих міліметра, що забезпечує можливість збільшення кільця при нагріванні. Поршневі кільця більшості двигунів мають замок прямо­кутної форми. Таке кільце простіше у виготовленні і забезпечує достатню герметичність.

Поршневий палець (рис. 3.5) шарнірно з’єднує поршень з шатуном. Палець – це коротка стальна товстостінна трубка, встанов­лена в бобишки поршня через верхню головку шатуна. Палець разом з поршнем здійснює прямолінійний зворотно-поступальний рух, тому для зменшення маси, а отже й сил інерції, його виготовляють порожнистим. Поршневі пальці виготовляють з вуглецевих цементованих азотованих сталей, а також із високовуглецевих сталей. Поверхня пальця загартована струмами високої частоти (СВЧ). Для зменшення тертя зовнішню поверхню пальця полірують.

Для того щоб палець не висовувався з бобишок поршня і не пошкоджував дзеркала циліндра, його переміщення в осьовому напрямі обмежують двома стопорними пружинистими кільцями 4, встановленими у виточках бобишок поршня (рис. 3.5,в). При цьому способі кріплення поршневий палець може вільно обертатися як у верхній головці шатуна, так і в бобишках поршня і називається плаваючим.

Рис. 3.5. Конструкції поршневих пальців:

а) трубчаста; б) з конічними трубчастими поверхнями; в) закріплення поршневого пальця: 1 – шатун; 2 – поршневий палець; 3 – поршень; 4 – стопорне кільце; 5 – втулка

Шатун, що передає зусилля від поршня на колінчастий вал, має двотавровий переріз, виготовляється з легованої або вуглецевої сталі штампуванням. Крім того, за допомогою шатуна прямолінійний рух поршня перетворюється в обертальний рух колінчастого вала.

Складається шатун (рис. 3.6) з верхньої головки 2, стержня 3 і нижньої рознімної головки 5 і 6. Верхня головка з'єднує шатун з поршнем за допомогою пальця. У верхню головку шатуна запресова­на бронзова втулка 11 для зменшення тертя і спрощення ремонту. На головках шатунів і втулках є один, два або три отвори 1, через які надходить масляний туман для мащення поршневого пальця.

Нижня головка шатуна рознімна (площина розняття перпендикулярна до осі шатуна). В ній є отвір для викидання оливи на стінку циліндра та кулачки розподільного вала. До нижньої головки двома болтами кріпиться кришка. Коли розміри нижньої головки досить великі і шатун не можна вийняти через циліндр (угору), рознім роблять під кутом 55° до осі шатуна (двигуни АМ-01, АМ-41, ЯМЗ-238НБ). У шатунах двигуна ЯМЗ-238НБ (рис. 3.6,б) на внутрішньому боці нижньої головки запресована втулка 17, що дозує надходження масла для мащення поршневого пальця.

Для зменшення тертя і спрацювання шатунних шийок колінчастого вала в нижню головку шатуна встановлюють шатунний підшипник, виготовлений з верхнього і нижнього тонкостінних стальних вкладишів 9 і 10, залитих антифрикційним сплавом. Завдяки твердій основі вкладиша і тонкому шару антифрикційного сплаву, який майже не дає усадки, забезпечується тривала і надійна робота вкладишів без регулювання і заміни.

На більшості сучасних дизелів антифрикційним матеріалом є сплав АСМ (алюмінієво-сурм'яно-магнієвий), який складається з 3,5-4,5% сурми, 0,3-0,7% магнію і решта – алюміній. У шатунах, які в стержні мають масляний канал, у верхньому вкладиші проти цього каналу є отвір.

Рис. 3.6. Шатуни: а – двигуна СМД-14; б – двигуна ЯМЗ-238НБ; 1 – отвори для підведення масла; 2 – верхня головка; 3 – стержень; 4 – болт; 5 – нижня головка; 6 – кришка нижньої головки; 7 – гайка; 8 – шплінт; 9, 10 – нижній і верхній вкладиші; 11 – втулка; 12 – отвір; 13 – розпилювач масла; 14 – замкові шайби; 15 – трикутні шліци; 16 – масляний канал; 17 – маслодозувальна втулка

Шатунні вкладиші двигуна СМД-І4 виготовлені з сталеалю­мінієвої стрічки товщиною 3 мм.

Вкладиші підшипників двигуна ЯМЗ-238НБ тришарові. Внутрішня поверхня стальної стрічки має шар свинцевистої бронзи завтовшки 0,3-0,6 мм, залитий зверху шаром (0,003 мм) спеціальної бронзи. Номінальна товщина вкладишів становить 4 мм.

Для того щоб вкладиші під час роботи двигуна не зміщувались і не прокручувались, на них роблять виступи, які заходять у відповідні виїмки, зроблені на шатуні і його кришці.

Колінчастий вал, що сприймає зусилля від шатунів і передає його на маховик, відливається з магнієвого чавуну й складається з таких елементів (рис.3.7): носка 5, корінних шийок 7, шатунних шийок 10, щік з противагами 9 та фланця 12 для кріплення маховика. За допомогою колінчастого вала приводяться в дію також різні механізми і деталі двигуна (розподільний вал, масляний і водяний насоси, генератор тощо).

Рис. 3.7. Колінчастий вал:

1 – храповик; 2 – шків; 3 – оливовідбивна тарель; 4 – шестерня; 5 – носок; 6, 8 – упорні шайби; 7, 10 – відповідно корінні й шатунні шийки; 9 – противаги; 11 – оливоскидальний гребінь; 12 – фланець; 13 – оливовідвідна канавка; 14 – канал для відведення мастила; 15 – установочні мітки; 16 – зубчастий вінець

Дуже складні і важкі умови роботи колінчастих валів ставлять високі вимоги до якості матеріалу для виготовлення цих деталей. Колінчасті вали тракторних двигунів штампують з високовуглецевої сталі або виливають з високоякісного чавуну.

Корінні й шатунні шийки вала загартовуються струмами високої частоти. В щоках вала просвердлено канали для підведення оливи від корінних підшипників до оливних порожнин у шатунних шийках. Оливні порожнини правлять за додаткові грязевловлювачі (ловушки). Грязьові частинки відцентровою силою відкидаються до периферії порожнин, а чиста олива крізь отвори подається в шатунні підшипники.

На носку колінчастого вала кріпляться храповик 1 пускової рукоятки, шестерня 4 привода механізму газорозподілу та шків 2 привода вентилятора й водяного насоса. Корінними підшипниками колінчастого вала є сталеві тонкостінні вкладиші, за конструкцією аналогічні шатунним. Момент затягування болтів кришок корінних підшипників – 100...110 Н·м.

Від осьових переміщень колінчастий вал утримується двома сталевими упорними шайбами 6 і 8, залитими антифрикційним сплавом, які встановлено по обидва боки переднього корінного підшипника. Стороною, залитою антифрикційним сплавом, передня шайба має бути повернута до шестерні, а задня – до буртика шийки вала. Для ущільнення переднього кінця колінчастого вала в кришці розподільних шестерень встановлюються гумовий самопідтискний сальник та оливовідбивна тарель 3. Задній кінець колінчастого вала ущільнюється сальником з азбестової набивки, встановленим у пазах блока та задній кришці. Крім того, на задньому кінці колінчастого вала є оливоскидальний гребінь 11 і оливовідвідна спіральна канавка 13.

Колінчасті вали двигуна СМД-14 (рис. 3.8) за величиною діаметра шатунних і корінних шийок поділяються на дві розмірні групи. Під час складання колінчастого вала з вкладишами відповідно до розмірних груп забезпечується зазор у шатунних підшипниках в межах 0,085-0,141 мм, а в корінних 0,104-0,160 мм.

Жорсткість вала збільшується при збільшенні кількості опор. Колінчасті вали багатоциліндрових дизельних двигунів, які працюють з великим навантаженням, мають опори після кожного кривошипа. Такі колінчасті вали називаються повноопорними.

Шатунні шийки з'єднані з корінними шийками щоками і утворюють кривошипи, кількість яких дорівнює кількості циліндрів для рядних двигунів, а для V-подібних – у два рази менша. Це пояснюється тим, що у рядних двигунах на кожній шатунній шийці встановлений один шатун, а у V-подібних два.

Маховик (зображений на рис. 3.7) – це чавунний диск, що кріпиться болтами до фланця колінчастого вала й призначається для підвищення рівномірності обертання останнього, а також забезпечує подолання двигуном короткочасних перевантажень (наприклад, у момент рушання автомобіля з місця) за рахунок накопиченої під час обертання енергії. На обід маховика напресовано сталевий зубчастий вінець 16 для обертання колінчастого вала стартером під час пуску двигуна. Маховик має мітки 15 для визначення верхньої мертвої точки поршня першого циліндра та канали 14.

Рис. 3.8. Колінчастий вал двигуна СМД-14

Піддон картера править за захисний кожух кривошипно-шатунного механізму й резервуар для оливи. Його штампують з листової сталі. Отвір для зливання оливи закривається пробкою з магнітом для збирання металевих частинок на дні піддона.

Картер зчеплення й маховика становить захисний кожух, виготовлений з алюмінієвого сплаву; його кріплять до задньої части­ни блока циліндрів. Для точної фіксації картера відносно деталей коробки передач та зчеплення у блок циліндрів запресовані штифти.

Підвіску двигуна до рами роблять у трьох або чотирьох точках. Як опори до картера двигуна пригвинчують спеціальні кронштейни (лапи). За задні опори іноді правлять лапи картера зчеплення або поло вжувач коробки передач. Під опори встановлюють гумові подушки або пружини.

Питання для контролю та самоконтролю

1. З яких основних деталей складається КШМ?

2. Яке призначення картера?

3. Які деталі входять до поршневої групи?

4. Який недолік мають поршні виготовлені з алюмінієвих сплавів?

5. Для чого призначені поршневі кільця?

6. Як закріплюють поршневий палець в бобишках?

7. Яка будова шатуна?

8. Яка будова шатунного підшипника?

9. Для чого призначається колінчастий вал?

10. Які гільзи називають "сухими", "мокрими"?