Устройство автомобилей





Кривошипно-шатунный механизм



Основное назначение кривошипно-шатунного механизма – преобразовывать возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение коленчатого вала. Функция для автомобильного двигателя очень важная - ведь конечное звено любого автомобиля, его движитель - колесо перемещает обозначенное транспортное средство посредством вращательного движения.
кривошипно-шатунный механизм Поскольку в тепловом двигателе все детали и узлы, составляющие кривошипно-шатунный механизм, работают в условиях высоких температурных и механических нагрузок, к их конструкции предъявляются соответствующие требования, определяющие их надежность и работоспособность. От выполнения этих требований во многом зависит надежность и приемлемый ресурс двигателя в целом.

К кривошипно-шатунному механизму (КШМ) двигателя предъявляют следующие требования:

  • высокие прочность и жесткость;
  • коррозионная и механическая износостойкость;
  • минимальная масса;
  • плотная посадка поршня в цилиндре;
  • уравновешенность вращающихся деталей.

Кроме соблюдения требований, обуславливающих работоспособность деталей КШМ, этот механизм, как и все другие механизмы автомобиля, должен быть выполнен конструктивно таким образом, чтобы обеспечить удобство его ремонта и обслуживания. Это обеспечивается применением практичных типов соединений деталей и рациональных компоновочных решений, позволяющих получить доступ к любой группе деталей или детали КШМ при замене, ремонте или обслуживании.

Все детали КШМ делятся на две группы: неподвижные и подвижные. К неподвижным деталям относятся корпус (картер и цилиндры), головка блока цилиндров и поддон картера. Подвижными частями КШМ являются поршни с кольцами и поршневыми пальцами, шатуны, коленчатый вал и маховик.

***

Корпус кривошипно-шатунного механизма

Корпус КШМ объединяет в себе картер и цилиндры (или цилиндр). Он является базовой частью (остовом) двигателя. На нем устанавливаются все механизмы и системы двигателя, и посредством него двигатель устанавливается на автомобиле.
Корпус двигателя может иметь три исполнения:

  • картер, к которому крепятся отдельные цилиндры;
  • картер, к которому крепятся цилиндры, объединенные в один блок цилиндров;
  • блок-картер, в котором все элементы отлиты как одно целое.
устройство блок-картера двигателя

В настоящее время с отдельными цилиндрами производят только двигатели воздушного охлаждения, так как изготовление блока цилиндров с охлаждающимися ребрами (высотой до 18 мм) представляет значительные технологические трудности.
Применение отдельных блоков цилиндров в современных автомобильных двигателях также ограничено. Они чаше всего используются в мощных дизелях, картеры и цилиндры которых изготовляют из легких сплавов. В большинстве автомобильных двигателей применяются блок-картеры несколько более сложные в изготовлении, но обладающие наиболее высокой жесткостью.

В зависимости от того, какие элементы корпуса двигателя воспринимают основную нагрузку, существуют следующие варианты силовых схем:

  • с несущим блоком цилиндров (рис. 1, а);
  • с несущими цилиндрами;
  • с несущими силовыми шпильками (рис. 1, б).

Первый вариант получил наибольшее распространение. Здесь нагрузки от рабочих газов воспринимаются стенками цилиндров, рубашкой охлаждения (полости для прохода охлаждающей жидкости), головкой блока цилиндров, поперечными перегородками картера, которые заканчиваются коренными опорами.

Второй вариант используется в двигателях с отдельными цилиндрами, соединенными с картером и головкой блока цилиндров короткими болтами или шпильками. В этом случае под действием давления рабочего тела стенки цилиндров и рубашки охлаждения, если она имеется, испытывают напряжение разрыва.

В третьем варианте блок цилиндров (или отдельные цилиндры), головка блока цилиндров и крышки коренных подшипников стягиваются длинными силовыми шпильками, ввернутыми в перегородки картера.

***



Блок-картер КШМ

Блок-картер отливают из чугуна или алюминиевого сплава. Блок-картер V-образного двигателя показан на рис. 2.
Горизонтальная перегородка делит блок-картер на верхнюю и нижнюю части. В верхней части блока и горизонтальной перегородке имеются отверстия под цилиндры или гильзы цилиндров. В вертикальных перегородках картера есть отверстия под подшипники коленчатого вала, которые обрабатывают в сборе с крышками подшипников. Поэтому крышки подшипников не взаимозаменяемы.
Для того чтобы повысить жесткость блок-картера, крышки коренных опор у некоторых двигателей дополнительно крепят к картерной части блока поперечными стяжными болтами.

кривошипно-шатунный механизм двигателя

В блок-картере выполнены отверстия для деталей механизма газораспределения, имеются плоскости для крепления фильтров, насосов и других механизмов.
Блок-картеры могут быть с цилиндрами, выполненными непосредственно в блоке, и со сменными гильзами цилиндров.

Гильзы цилиндров могут быть "мокрыми" или "сухими": "мокрые" - если их наружные стенки омываются охлаждающей жидкостью, "сухие" - запрессовываются в расточенные отверстия цилиндров и не имеют контактов с охлаждающей жидкостью.

Для увеличения жесткости блок-картера двигателя выполняют следующее:

  • объединяют все основные элементы в единый силовой каркас, имеющий пространственную конфигурацию (рис. 2);
  • увеличивают число несущих перегородок, расположенных в одной плоскости с коренными опорами коленчатого вала;
  • делают дополнительное оребрение перегородок и стенок;
  • располагают плоскости разъема картера ниже оси коленчатого вала;
  • используют V-образную компоновку;
  • применяют туннельный картер.

Наиболее жесткую конструкцию имеет блок-картер с неразъемным туннельным картером (рис. 3), который обычно применяется при использовании в качестве коренных опор подшипников качения. В этом случае коленчатый вал монтируется с торца двигателя, и наружные обоймы подшипников устанавливаются в расточенных гнездах картера. Туннельный блок-картер наиболее сложен в производстве.

назначение и устройство КШМ

Обычно блок-картеры выполняют из серого чугуна или из алюминиевых сплавов. Себестоимость блок-картера, выполненного из серого чугуна, ниже себестоимости аналогичного картера, выполненного из алюминиевого сплава, поскольку чугун технологичнее в обработке и дешевле алюминия. Серый чугун обладает хорошими литейными качествами, прочен и легко обрабатывается. Отливки из серого чугуна не склонны к короблению и образованию трещин.

Если чугунные блоки отливаются в земляные формы, то блоки из алюминиевого сплава изготовляются литьем под давлением в разборные металлические формы. При этом обеспечивается высокая точность и производительность. Существенным недостатком алюминиевых блоков является их повышенное тепловое расширение, что в процессе работы может вызвать искажение форм. Основное достоинство – малая масса по сравнению с чугунными блоками.
Вероятность деформации блок-картера при эксплуатации во многом определяется технологией его изготовления.

Искажение формы (деформация) может произойти при неудачном выборе компоновочной схемы КШМ двигателя, неравномерном нагреве, а также вследствие механической и особенно термической перегрузки двигателя при работе.
Кроме того, это может произойти при сборке двигателя, если не соблюдать рекомендуемый порядок и моменты затяжки болтов и гаек крепления головки блока цилиндров и крышек коренных подшипников.

Недопустимые деформации элементов блок-картера вплоть до разрушения могут произойти при его заправке холодной охлаждающей жидкостью при разогретом двигателе, а также при замерзании воды в рубашке охлаждения.
Заправка системы охлаждения горячего двигателя холодной охлаждающей жидкостью может привести не только к деформации и разрушению базовых деталей – блока цилиндров, головки блока, но также вызвать повреждение элементов резьбовых соединений, изменение взаимного положения деталей и нарушение технологических регулировок.

***

Головка блока цилиндров и поддон картера