Неподвижные детали двигателя (картер, головки блока, цилиндры, гильзы)

Картер является основной корпусной деталью двигателя. Изолированное внутреннее пространство картера образует самую большую полость в двигателе, содержащую коленчатый вал. Верхняя часть картера содержит блок цилиндров.

В небольших двигателях, как бензиновых, так и дизельных, картер играет роль корпуса, объединяющего двигатель в единое целое, и представляет собой одну литую деталь. Часто в таком картере заодно отливаются и гильзы цилиндров.

Но уже в среднем двигателе отливка картера требуемых размеров как единой детали оказывается технически проблематичной задачей, в крупных двигателях — практически неразрешимой. Поэтому в таких двигателях основной несущий элемент — рама двигателя, а картер, как правило, представляет собой набор сварных или литых стоек, соединённых либо анкерными связями, либо болтами, а иногда — сваркой.

Головка блока цилиндров выполняет несколько основных функций:

· Обеспечение необходимой формы и герметичности камер сгорания;

· Выполнение функций газораспределения — ГБЦ служит корпусом для всего газораспределительного механизма, в головке же располагаются впускные и выпускные каналы;

· Обеспечение достаточной механической и тепловой прочности;

· Смазка ГРМ;

· Охлаждение камер сгорания со всей верхней частью двигателя (а также обеспечение герметичности водяной рубашки мотора);

· Обеспечение надежного монтажа для установки свечей зажигания, внешних элементов ГРМ и иного оборудования.

Таким образом, головка блока играет очень важную роль в двигателе, делая в принципе возможной его работу. Поэтому любая неисправность, деформация или повреждение ГБЦ или ее отдельных компонентов влечет за собой ухудшение работы двигателя, а в ряде случаев и полный отказ силового агрегата.

Устройство ГБЦ двигателей ВАЗ

Все описанные выше функции головка блока выполняет с помощью встроенных в нее деталей и целых узлов. Основу головки составляет цельнолитая деталь, изготовленная из прочного алюминиевого сплава, который обладает высокой теплопроводностью, а также некоторой вязкостью — она необходима для прочного прилегания головки через прокладку к блоку цилиндров.

В ГБЦ имеется ряд отверстий, полостей и углублений различной формы и назначения:

· Камеры сгорания;

· Полости водяной рубашки охлаждения (в головках современных типов там же располагаются и ребра жесткости);

· Впускные и выпускные каналы;

· Каналы для установки клапанов;

· Шахта для цепи ГРМ (в ГБЦ моторов ВАЗ «Классика»);

· Отверстия под установку свечей зажигания, датчиков (температуры, фаз, давления масла) и других деталей;

· Отверстия для болтов, с помощью которых головка прикручивается к блоку;

· Масляные каналы;

· Масляная ванна для смазки деталей ГРМ;

· Место для установки пенала с распределительным валом (на моделях ВАЗ «Классика»);

· Постель для установки распределительного вала (на поздних моделях ВАЗ).

Цили́ндр поршневого двигателя внутреннего сгорания представляет собой рабочую камеру объемного вытеснения.

Внутренние и наружные части цилиндров испытывают различный нагрев и обычно выполняются из отдельных частей:

· внутренняя — рабочая втулка или гильза цилиндра

· наружная — рубашка (у двигателей воздушного охлаждения рубашка имеет рёбра для эффективного отвода тепла)

Пространство между ними называется зарубашечным, в двигателе с водяным охлаждением тут циркулирует охлаждающая жидкость.

В подавляющем большинстве случаев рубашки цилиндров выполняются в виде одной отливки для всего ряда цилиндров и называются блоком цилиндров. Рубашки и корпус блока цилиндров изготавливают обычно из того же материала, что и станина двигателя.

Внутренняя поверхность втулки или гильзы цилиндра является рабочей и называется зеркало цилиндра. Она подвергается специальной обработке (хонингование, хромирование, азотирование) с высокой точностью и имеет очень высокую чистоту. Иногда на зеркало цилиндра наносят специальный микрорельеф, высота которого составляет доли микрометров. Такая поверхность хорошо удерживает масло и способствует снижению трения боковой поверхности поршня и колец о зеркало цилиндра.

Гильзы отливают из чугуна высокой прочности или специальных сталей.

Цилиндры двухтактных двигателей отличаются по конструкции от цилиндров 4-х тактных двигателей наличием выпускных и продувочных окон. Кроме того, у цилиндров двухтактных двигателей двойного действия имеется в наличии нижняя крышка для образования рабочей полости под поршнем.

5. Детали кривошипно-шатунного механизма (Коленчатый вал, поршневая группа, шатунная группа)

Коленчатый вал – это вращающееся звено в кривошипном механизме, применяются коленчатые валы в поршневых двигателях, компрессорах, насосах и т.д. Количество коленчатых валов в поршневых машинах в основном равно числу цилиндров. Изготавливают коленчатые валы чаще всего из углеродистых и легированных сталей или высокопрочного чугуна.

Состоит коленчатый вал из одного или нескольких колен и нескольких соосных коренных шеек, которые опираются на подшипники. В состав одного колена входят две щеки и одна шейка для присоединения шатуна. Оси шатунных шеек относительно оси вращения вала сдвинуты, часто во время работы к щекам дополняют противовесы, чтобы уравновесить коленчатый вал. Коленвал является частью т.н. кривошипно-шатунного механизма, преобразующего энергию расширяющихся при сгорании в цилиндрах газов в механическую энергию, (крутящий момент) которая (через трансмиссию) передается на колеса автомобиля.

Поршневая группа
В нее входят поршень с поршневыми кольцами, поршневой палец и шатун. Поршень воспринимает усилия от расширяющихся газов и через шатун 5 передает их коленчатому валу. Поршни отливают из алюминиевого сплава.

Верхняя часть поршня — головка — имеет днище. На головке поршня проточены три кольцевые канавки для двух компрессионных колец и одного маслосъемного. От канавки масло-съемного кольца к внутренней полости идут две щелевидные прорези, по которым излишнее масло, снимаемое маслосъемным кольцом с цилиндра, сбрасывается в картер двигателя.

Шатунная группа включает шатун, втулки, вкладыши, болты (или шпильки) с гайками, элементы крепления вкладышей и элементы шплинтовки гаек. Шатун связывает колено вала с поршнем в тронковых двигателях или с ползунами в крейцкопфных двигателях. При работе шатун совершает сложное качательное движение и подвергается переменной по величине и направлению нагрузке от давления газов и сил инерции. Действующие на шатун силы вызывают в нем сложные деформации: сжатие, растяжение, продольный и поперечный изгибы. Поэтому шатун должен быть прочным и жестким при возможно малой массе. Материалом для шатунов обычно служит углеродистая или легированная сталь, реже – алюминиевый сплав. Шатуны изготовляют большей частью ковкой в штампах с последующей механической и термической обработкой.

В зависимости от типа двигателя и расположения цилиндров шатуны можно разделить на три группы:

§ шатуны однорядных двигателей с тронковым кривошипно-шатунным механизмом;

§ шатуны двухрядных двигателей (V-, W-,VR-образных);

§ шатуны двигателей с крейцкопфным кривошипно-ша- тунным механизмом.

Основные элементы конструкции шатуна тронкового кривошипно-шатунного механизма следующие: верхняя (или поршневая) головка шатуна, стержень (или тело) и нижняя головка. Верхняя головка шатуна, которая охватывает поршневой палец, обычно делается неразъемной цилиндрической формы. В нее запрессовывается бронзовая втулка или вставляются стальные вкладыши с тонким слоем антифрикционного сплава, которые являются подшипником поршневого пальца. Иногда втулку в верхней головке шатуна стопорят болтом, чтобы предотвратить ее проворачивание и перемещение в осевом направлении

Стержень шатуна, соединяющий его верхнюю и нижнюю головки, может быть различной формы сечения (рис. 1.15). В тихоходных двигателях сечение стержня часто имеет цилиндрическую или овальную форму. Стержни с таким сечением просты в изготовлении, но круглая форма нерациональна, так как при равной жесткости шатун с круглым стержнем получается более тяжелым. Для уменьшения массы круглый стержень делают обычно пустотелым (сверленым). Во избежание концентрации напряжений переходы от стержня к головкам выполняются более плавными. Так как нижняя головка всегда значительно больше верхней, поперечное сечение стержня должно постепенно увеличиваться от верхней головки к нижней. В быстроходных двигателях стержень шатуна изготовляют преимущественно двутаврового сечения; в этом случае обеспечивается наибольшая жесткость детали в плоскости качания при наименьшей массе. Для подвода масла к подшипнику поршневого пальца большей частью по всей длине стержня высверливают отверстие диаметром 6–8 мм.

Нижняя головка шатуна (рис. 1.16) по условиям ее монтажа, как правило, делается разъемной и имеет размеры, позволяющие вынимать поршень с шатуном через цилиндр. Разъем головки обычно располагают в плоскости оси шатунной шейки. При значительном диаметре шатунных шеек нижнюю головку шатуна иногда изготовляют с косым разъемом для облегчения демонтажа шатуна через цилиндр.

Неразъемные нижние головки в виде исключения применяют только в двигателях, коленчатые валы которых делаются разъемными, а также в случае применения подшипников качения (мотоциклетные, звездообразные и другие двигатели).

Крышка шатуна – это нижняя часть его головки. Она может быть зафиксирована относительно верхней различными способами: фиксирующим пояском у шатунных болтов, штифтами, буртиками на крышке, шлицами в полости стыка. Нижнюю головку шатуна или непосредственно заливают антифрикционным сплавом, или снабжают вкладышами с заливкой. Для регулирования зазора в шатунном подшипнике в плоскости разъема нижней головки шатуна двигателей больших размеров помещают набор калиброванных прокладок.

Шатунные подшипники, так же как и коренные, имеют вид толсто- или тонкостенных вкладышей с баббитовой или свинцовисто-бронзовой заливкой, а также сталеалюминиевых вкладышей. От проворачивания и смещения в осевом направлении вкладыши подшипника фиксируются штифтами или выступами, которые входят в соответствующие пазы в крышке.

Шатунные болты для крепления разъемных кривошипных головок шатуна испытывают переменные нагрузки. Основной нагрузкой являются сила инерции поступательно движущихся частей и центробежная сила инерции массы вращающейся части шатуна за вычетом массы крышки. Сила предварительной затяжки болтов должна обеспечивать плотность стыка и значительно превосходить по величине силу, стремящуюся раскрыть стык. При недостаточной жесткости шатунной головки и неточности ее изготовления опорные поверхности головки и гайки шатунного болта перекашиваются, что вызывает дополнительные напряжения от изгиба болта. Обрыв шатунного болта на работающем двигателе обычно вызывает разрушение деталей кривошипно-шатунного механизма и корпуса.

В двухрядных V-,VR- и W-образных двигателях с неразъемным коленчатым валом возможны три способа размещения шатунов на коленчатом вале:

1. Сочлененные шатуны (рис. 1.17). Нижняя головка главного шатуна имеет косой разъем относительно оси шатуна. Крышка крепится к головке шпильками. В верхней части нижней головки имеются две проушины, расположенные под углом, соответствующим углу развала цилиндров двигателя. Прицепной шатун снабжен неразъемной нижней головкой с бронзовой втулкой. Сочленение нижней головки прицепного шатуна с главным осуществляется при помощи пальца, установленного в проушинах главного шатуна. Масло к рабочей поверхности бронзовой втулки прицепного шатуна подводится от главного шатуна по системе отверстий и через внутреннюю полость пальца.

2. Центральные шатуны (рис. 1.18). Нижнюю головку главного шатуна выполняют вильчатой (рис. 1.18б). Две отъемные нижние крышки охватывают стальной разрезной вкладыш шатунного подшипника (рис. 1.18а). Заливка антифрикционным сплавом на вкладышах делается по всей внутренней поверхности, а также посередине наружной поверхности. В развилку главного шатуна входит нижняя разъемная головка внутреннего шатуна (рис. 1.18в), которая охватывает средний пояс вкладыша.

) Смещенные шатуны. В этом случае на одной общей шатунной шейке рядом расположены две нижние головки шатунов нормального типа, применяющихся в однорядных двигателях.

Преимуществом сочлененных шатунов является повышенная жесткость нижней головки. К недостаткам следует отнести различный ход поршней, соединенных с главными и прицепными шатунами, и сложность конструкции сочлененных шатунов. Центральные шатуны обеспечивают одинаковый ход поршней правого и левого рядов цилиндров, но также сложны в изготовлении и не обладают достаточной жесткостью. В случае применения смещенных шатунов приходится смещать ряды цилиндров в осевом направлении один относительно другого, что увеличивает длину двигателя и усложняет конструкцию передачи механизма газораспределения. Однако в современных двигателях часто при-меняются смещенные шатуны.

В кривошипно-шатунном механизме крейцкопфного типа шатун сочленяется с поршнем через шток и крейцкопф (ползун). С головкой поршня шток соединяется при помощи фланца, откованного вместе с ним. Крейцкопф представляет собой стальную паковку с двумя цапфами для соединения с верхней вильчатой головкой шатуна. Шток поршня крепится к крейцкопфу. Кроме того, к крейцкопфу болтами присоединяется один или два башмака с плоской или цилиндрической подошвой, залитой антифрикционным сплавом. Башмаки движутся по направляющим крейцкопфа. Обычно верхние головки вилки шатуна делаются разъемными с крышками, которые крепятся болтами. В верхние головки вставляются вкладыши, залитые антифрикционным сплавом