Кривошипно-шатунный механизм

Кривошипно-шатунный механизм служит для преобразования возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение коленчатого вала и состоит из двух групп деталей: неподвижных и подвижных. К неподвижным деталям относятся блок цилиндров, головка блока цилиндров, картер двигателя и картер маховика; к подвижным - поршни с кольцами и пальцами, шатуны, коленчатый вал и маховик.

Блок цилиндров

Блок цилиндров 2 (рис. 3) служит для крепления всех механизмов и приборов двигателя. Отечественные автомобильные двигатели имеют блочную конструкцию: все цилиндры отлиты как одно целое вместе с верхней частью картера. Такая конструкция наиболее компактна, прочна, обладает большой жесткостью и сравнительно малым весом.

Рис. 3. Блок и головка блока цилиндров двигателя: 1 - головка блока цилиндров; 2 - блок цилиндров; 3 - прокладка головки блока цилиндров

Блок цилиндров отливают из серого (например, для двигателя ЗИЛ-157) или легированного (например, для двигателя ЯАЗ-206) чугуна, а для некоторых двигателей (например, для М-21 и ГАЗ-13) -из алюминиевого сплава. Чтобы упростить ремонт двигателя, применяют сменные вставные гильзы цилиндров как сухие, так и мокрые. Сухая гильза плотно устанавливается в отверстие цилиндра и непосредственно с охлаждающей жидкостью не соприкасается. На полную длину цилиндра сухие гильзы установлены на двигателях ЯАЗ-204 и ЯАЗ-206.

Короткие сухие гильзы, запрессованные в верхнюю часть цилиндра, применяются на двигателях ГАЗ-51, М-21, ЗИЛ-375, ЗИЛ-130 и др. Они выполнены из аустенитного чугуна и уменьшают коррозийный износ цилиндров.

Мокрая гильза вставляется в гнездо блока и непосредственно омывается охлаждающей жидкостью. Надежное уплотнение гильзы обеспечивается резиновыми или медными кольцами в нижнем посадочном гнезде и под буртиком гильзы. Дополнительное уплотнение создается вследствие разности расширения гильзы и блока (гильза нагревается сильнее, чем блок цилиндров). На двигателях М-21, ЗИЛ-375, ЯМЗ-236 и ЯМЗ-238 используются мокрые гильзы, отлитые из высоколегированного чугуна. Применение гильз не только упрощает ремонт, но и значительно увеличивает срок службы блока цилиндров. Для увеличения жесткости конструкции блока и улучшения условий работы коленчатого вала плоскость разъема картера выполняется ниже оси коленчатого вала (у двигателей ЯАЗ-206, ЗИЛ-157, ЗИЛ-375). Нижняя часть картера штампуется из тонкой листовой стали и используется в качестве масляной ванны в системе смазки двигателя. Плотность соединения частей картера обеспечивает паронитовая или пробковая прокладка.

Головка блока цилиндров

Головка 1 блока цилиндров (рис. 3) общая для всех цилиндров у рядных двигателей (ЯАЗ-206, ЗИЛ-157 и ГАЗ-69 и др.). V-образ-ные двигатели имеют головки отдельно для каждого ряда цилиндров (ГАЗ-13, ЯМЗ-236, ЗИЛ-375). У карбюраторных двигателей алюминиевые головки легкие, достаточно прочные и хорошо проводят тепло. На двигателях ЯАЗ-204 и ЯАЗ-206 головки отлиты из легированного чугуна высокой прочности. Герметичность соединения головки с блоком обеспечивается сталеасбестовой прокладкой 3 (у двигателя ЯАЗ-206 прокладка набрана из нескольких тонких листов луженой стали)

Конструкция головки блока цилиндров зависит от формы камеры сгорания и расположения клапанов. Так, на конструкции головки блока двигателей ГАЗ-51, ЗИЛ-157 и ГАЗ-69 сказалось нижнее одностороннее расположение клапанов и применение камеры сгорания, смещенной от оси цилиндра к клапанам (рис. 4, а). В головке блока цилиндров двигателей М-21, ГАЗ-13, ЗИЛ-130 и ЗИЛ-375 выполнены гнезда клапанов и клиновай камера сгорания (рис. 4, б), обладающая высокими антидетонационными качествами вследствие малой поверхности и хорошего завихрения смеси. Двигатели ЯАЗ-204 и ЯАЗ-206 имеют плоскую головку, несущую на себе клапанный механизм, а камера сгорания выполнена в поршне (рис. 4, в).

Рис. 4. Типы камер сгорания: а - смещенная камера сгорания; б - клиновая камера сгорания; в - камера сгорания, выполненная в поршне

Картер маховика

Картер маховика, например двигателя ЗИЛ-164, разъемный. Верхняя, несущая, часть выполнена из чугуна и имеет приливы в виде лап, служащие задней опорой двигателя; нижняя, не несущая, часть штампуется из тонкой листовой стали. Горизонтальная плоскость разъема картера обеспечивает возможность постановки и снятия коленчатого вала в сборе с маховиком и сцеплением.

Поршень

Поршень воспринимает давление газов и осуществляет подготовительные такты. На днище поршня воздействует общая нагрузка от 1000 до 20 000 кг, поэтому он должен быть особенно прочным и сохранять прочность при высоких температурах. Вес поршня во избежание увеличения инерционных сил должен быть небольшим. Современные карбюраторные двигатели имеют алюминиевые поршни 1 (рис. 5). Поршни 12 двигателя ЯАЗ-204 (ЯАЗ-206) выполнены из ковкого перлитного чугуна, обладающего высокой прочностью и жаростойкостью. Алюминиевые поршни хорошо отводят тепло и поэтому имеют более низкую рабочую температуру. Диаметр верхней части поршня - головки - делают меньшим, чем диаметр нижней его части - юбки, так как головка поршня нагревается сильнее, чем юбка. Во избежание заклинивания поршня в цилиндре юбка алюминиевого поршня выполняется с разрезом (Т-образным или П-образным) и имеет овальную форму (короткая ось овала находится в плоскости поршневого пальца). При нагревании поршень принимает цилиндрическую форму и работает без стуков и заклинивания. Поршень двигателя ЗИЛ-157 выполнен с косым Т-образным разрезом на цилиндрической юбке,, а поршни двигателей ГАЗ-51, ГАЗ-69 и других - с П-образной прорезью и овальной юбкой. Поршни устанавливаются в цилиндр прорезью в левую сторону (по ходу автомобиля), так как при рабочем ходе поршень с большей силой прижимается вправо, куда должна быть обращена целая, неослабленная сторона юбки поршня. Юбка-поршня для лучшей приработки покрывается тонким слоем олова.

Рис. 5. Поршневая группа: 1 - поршень карбюраторного двигателя; 2 - верхнее компрессионное кольцо двигателя ГАЗ-51; 3 - второе компрессионное кольцо двигателя ГАЗ-51; 4 - верхнее компрессионное кольцо двигателя ЗИЛ-157К; 5 - второе компрессионное кольцо двигателя ЗИЛ-157К; 6 - маслосъемное кольцо цельное; 7 - маслосъемное кольцо составное; 8 - радиальный расширитель; 9 - стопорное кольцо; 10 - заглушка; 11 - поршневой палец; 12 - поршень двигателя ЯАЗ-204 (ЯАЗ-206)

Днище поршня 1 карбюраторных двигателей плоское. У двигателей ЯАЗ-204 и ЯАЗ-206 днище поршня 12 фигурное. Углубление в днище поршня служит камерой сгорания. На внутренней стороне днища имеются ребра для увеличения прочности и лучшего охлаждения поршня. На головке поршня выполнены кольцевые канавки для поршневых колец, а в средней части юбки сделаны бобышки для поршневого пальца. В отверстия бобышек поршня двигателей ЯАЗ-204 и ЯАЗ-206 вставлены бронзовые втулки.

Поршневые кольца

На каждом поршне устанавливаются кольца двух типов: компрессионные кольца, предотвращающие прорыв газов между поршнем и стенкой цилиндра, и маслосъемные кольца для удаления масла со стенок цилиндров.

Кольца должны обладать высокой упругостью и сохранять ее при высоких температурах. Упругость колец не должна снижаться при их износе. Поршневые кольца имеют прямые замки, которые устанавливаются в разные стороны во избежание прорыва газов. Кольца отливаются из специального чугуна. Так, на двигателе ЯАЗ-206 верхнее компрессионное кольцо отлито из специального чугуна с глобулярной формой графита, а остальные кольца - из легированного серого чугуна. Двигатель ЗИЛ-157 имеет кольца из фосфористого серого чугуна.

Рабочая поверхность верхнего кольца, работающего в наиболее тяжелых условиях, покрывается слоем пористого хрома; остальные кольца для улучшения приработки покрываются слоем олова или оловянистого сплава. В этом случае на поверхности колец прорезаются мелкие канавки.

Кольца некоторых двигателей имеют, как видно из рис. 5, выточки (ЗИЛ-157К) или фаски (ГАЗ-51). Такая форма поперечного сечения кольца обеспечивает более полную герметичность и быструю приработку.

Маслосъемные кольца 6' имеют специальные прорези, а в канавке поршня - сверления для отвода масла внутрь поршня.

Для обеспечения полного удаления масла со стенок цилиндров маслосъемные кольца современных двигателей выполняется составными со специальными расширителями, обеспечивающими сохранение упругости кольца на весь срок его службы. Так, на двигателях ЯАЗ-204 и ЯАЗ-206 маслосъемные кольца состоят из двух тонких колец 7, расположенных в канавке одно над другим, и стального пластинчатого расширителя 8. Кольца имеют острую грань, обращенную вниз так, что обеспечивается хорошее распределение масла по стенке цилиндра при движении поршня вверх и полное его удаление при движении поршня вниз.

Поршневой палец

Поршневой палец 11 (рис. 5) шарнирно соединяет поршень с шатуном и передает усилия от поршня на шатун. Так как усилия резко меняются по величине и направлению, то палец при малом весе должен быть особенно прочен и износоустойчив. Пальцы выполняются из легированных или из углеродистых сталей с малым содержанием углерода. После механической обработки их подвергают цементации или поверхностной закалке, нагревая токами высокой частоты, с тем чтобы получить твердую износостойкую поверхность и мягкую вязкую сердцевину. В современных двигателях используются пустотелые, плавающие пальцы, свободно установленные как в поршне, так и в верхней головке шатуна. Это обеспечивает минимальный и равномерный износ пальца. От осевого перемещения пальцы удерживаются стальными стопорными кольцами 9, устанавливаемыми в канавки бобышек поршня.

На двигателях ЯАЗ-204 и ЯАЗ-206, кроме стопорных колец, имеются торцовые стальные заглушки 10, предотвращающие утечку масла.

Для уменьшения стуков поршня о стенки цилиндра у современных двигателей (М-21, ЗИЛ-130 и др.) ось поршне-вого пальца несколько смещена в сторону от оси поршня. На двигателе М-21 это смещение равно 1,5 мм.