3. Врівноваженість двигунів

Сили, які виникають при роботі двигуна, поділяються на внутрішні і зовнішні. Останні інколи називають вільними. До внутрішніх сил відно­сять ті, що зрівноважуються силами реакції у середині ДВЗ і не переда­ються на його опори. Це сила тиску газів та сили тертя. До зовнішніх відносять сили, які спроможні викликати коливання двигуна і сприйма­ються його опорами. До них відносять сили інерції, силу тяги вентиля­тора системи охолодження, сили реакції відпрацьованих газів, маси рідин, що рухаються, та інші. Зовнішні сили можуть бути зрівноваженими і не зрівноваженими. Зрівноваженими називаються сили, рівнодіюча яких дорівнює нулю і які у багатоциліндровому двигуні не дають як результат не зрівноваженого моменту.

Не зрівноважені сили іноді досягають великих значень. Вони пере­даються на корпус двигуна і через його опори - на раму автомобіля; викликають вібрацію і двигуна, і автомобіля, внаслідок чого можливі по­рушення кріплення агрегатів та деталей, а при появі резонансу їх по­ломки; спотворюють показники контрольних приладів; підвищують уто­млюваність водіїв та пасажирів. Тому однією з основних вимог, яку ста­влять до кожного транспортного двигуна, є забезпечення необхідної зрівноваженості. Із всіх не зрівноважених сил основним джерелом вібра­ції є сили інерції мас, що обертаються разом з колінчастим валом і мас, що рухаються зворотно-поступально. Якщо ці сили залишити не зрівноваженими для окремих циліндрів, то разом вони можуть привести до появи не зрівноважених повздовжніх моментів.

Зрівноваженість ДВЗ досягається, в основному, двома способами: по-перше, вибором такої схеми розміщення циліндрів і кривошипів колін­частого вала, при якій не зрівноважені для окремих циліндрів сили або моменти інерції взаємно зрівноважуються; по друге, застосуванням до­поміжних мас - противаг, які створюють нові сили інерції, що дорівню­ють не зрівноваженим і протилежно направлені цим силам або момен­там від них.

Контрольні питання

1. Способи визначення показників роботи двигунів.

2. Особливості врівноваження КШМ.

3. Фактори які впливають на врівноваження двигунів.

4. Способи врівноваження двигунів.

ТЕМА №13. ОСОБЛИВОСТІ БУДОВИ БЛОКІВ ДВЗ

1. Загальні відомості про блоки ДВЗ і вимоги до них.

2. Особливості гільз циліндрів

3. Особливості будови корінних опор колінчастих валів

1. Загальні відомості про блоки ДВЗ і вимоги до них.

Блок двигуна — основна (базова) деталь, до якої кріпляться деталі механізмів двигуна, при цьому на сучасних автомобілях блоки відливають як одне ціле з картером, тому інколи їх називають блок-картером. Така конструкція значно підвищує жорсткість контрукції. Розміщення циліндрів буває однорядним (ГАЗ-24 «Волга») або V-подібним дворядним з кутом нахилу 90° (двигуни ЗМЗ-53, ЗИЛ-130 і КамАЗ-740).

Картер - відлитий як одне ціле з блоком, має кілька перегородок, посилених ребрами, в яких розміщені корінні підшипники колінчастого вала та отвори для опорних шийок розподільного вала. Знизу до картера кріпиться піддон. Місце з'єднання картера і піддона ущільнене пробкою.

У більшості автомобільних двигунів використовується блок-картер: єдиний відливок блоку і картера, який має підвищену жорсткість.

Основні вимоги до корпусних блоку циліндрів двигунів:

• Жорсткість, міцність ( блоку циліндрів, силових шпильок, корпусів підшипників колінчастого валу).

• Стійкість проти спрацювання.

• Щільність матеріалу ( блоку) , які повинні забезпечувати відсутність втрат рідини і повітря, що рухаються по каналах.

• Мінімальні габарити і маса.

• Технологічність виготовлення.

• Низька собівартість.

Найбільш поширеними є дві силові схеми блок-картерів (рис.13.1):

1) несучий блок циліндрів, коли блок циліндрів і гільзи відпиваються як одне ціле (двигуни ВАЗ, МеМЗ-245), в цьому випадку стінки блока навантажуються газовими силами;

2) несучий блок оболонки циліндрів, коли відливається блок без гільз циліндрів і використовуються вставні гільзи (3M3-53, ЗІЛ-ІЗО, КамАЗ, УМЗ-412).

Рисунок 13.1. а - з несучим блоком циліндрів; б - з несучим блоком оболонки циліндрів

Матеріали блок-картера з несучим блоком циліндрів - сірий дрібнозернистий чавун, часто легований хромом, нікелем, титаном; несучий блок оболонки циліндрів виготовляється із чавуну (3IJI-130, КамАЗ), СЧ18; СЧ21; СЧ 24; СЧ30, або з алюмінієвих сплавів АЛ4, АЛ9(3M3-53, УМЗ-412,ЗМЗ-24).

Рисунок 13.2 - Конструкції блок-картерів 

А - блок-картер з площиною роз'єму по центру колінчастого валу,  В - блок-картер з опущеними стінками,  С - блок-картер з верхньою і нижньою частинами,  1 - верхня частина блок-картера,  2 - отвір для колінчастого валу,  3 - кришка корінного підшипника,  4 - нижня частина блок-картера (конструкція з bedplate),  5 - масляний піддон

Товщина стінок і перегородок, частин картера дорівнює 4…7 мм. Блоки з алюмінієвих сплавів мають товщу стінку на 1…2мм. При застосуванні прогресивних технологій ( лиття під тиском у металеві форми)

Дозволяє знизити товщину чавунних стінок до 3,2…3,5мм. Для карбюраторних двигунів дають перевагу блокам з алюмінієвих сплавив, які майже у 4 рази легше від чавунних. Ширина картера визначається траєкторією крайньої зовнішньої головки шатунного болта. Мінімальна відстань від стінки картера не перевищує 10…15мм. Довжина блока залежить від кількості циліндрів і міжосьової відстані між циліндрами

Картер, циліндри, їх головки та інші нерухомі (корпусні) деталі, що утворюють остов двигуна, навантажуються силами тиску газів і силами інерції від мас, що здійснюють зворотно-поступальний і обертальний рухи, моментами від цих сил, відчувають пружні та теплові впливи. Тому корпусні деталі і остов двигуна в цілому повинні володіти високою міцністю і жорсткістю.

Картер є головним з елементів кістяка (корпусу) двигуна. Із зовнішнього боку до нього кріплять циліндри, а внутрішню його порожнину займає колінчастий вал з його опорами. У картері розміщують також основні пристрої механізму газорозподілу, різні вузли системи мащення з її складною мережею каналів і найчастіше з ємністю для мастила та інше допоміжне обладнання. До однієї з торцевих стінок картера в автомобільних двигунах кріплять кожух маховика, до бічних - кронштейни або лапи для установки двигуна на підмоторну раму. У двотактних двигунах з кривошипно-камерної продувкою циліндрів внутрішню порожнину картера використовують як камери для продування циліндрів. Довжина картера залежить від розміру та кількості циліндрів в ряду, а поперечний переріз його внутрішній порожнині визначається в основному радіусом кривошипа і розмірами шатуна.

Блок циліндрів з верхньою частиною картера двигунів ЗМЗ-53 і ГАЗ-24 відливають з алюмінієвого сплаву, а двигунів ЗИЛ-130 і КамАЗ-740 з чавуну. Порожнина між циліндрами і зовнішніми стінками блока називається сорочкою охолодження

У блоках двигунів ЗМЗ-53, ЗИЛ-130, КамАЗ-740 і ГАЗ-24 «Волга» циліндри виготовлено у вигляді вставних чавунних гільз, які охолоджуються рідиною; такі гільзи називають мокрими.

Ретельно відшліфована внутрішня поверхня гільзи циліндра, яка спрямовує рух поршня, називається дзеркалом. Щоб збільшити строк служби гільзи, у верхню її частину запресовують короткі тонкостінні вставки з кислотривкого чавуну.

В автомобільних двигунах з рідинним охолодженням блок циліндрів звичайно являє собою єдину виливок з верхньою половиною картера і разом вони утворюють блок-картер. Подібна монолітна виливок має велику твердість у площинах дії сил інерції, сил тиску газів і їх моментів. Висока жорсткість блок-картерів забезпечує мінімальні деформації в зонах корінних підшипників, гільз циліндрів і площині стику з головкою циліндрів. Крім того, в цьому випадку зовнішні стінки і внутрішні перегородки можуть бути зроблені більш тонкими, що трохи знижує масу блок-картера і зменшує витрату металу.

У загальному випадку блок-картер являє собою складну просторову конструкцію коробчатої форми (рис.13.3), яка сприймає всі силові навантаження, що виникають у процесі здійснення робочого циклу, діючі на остов двигуна.

  Рисунок 13.3 - Блок-картер

 

Блок-картер відливають з легованого чавуну або з алюмінієвого сплаву з хорошими ливарними властивостями. Алюмінієві блоки піддають штучному старінню для зняття внутрішніх напружень у відливах. При переході від чавунних відливів до алюмінієвих значно (до 60%) може бути знижена маса двигуна. Недоліками застосування алюмінієвих відливів для блок-картера є великі температурні деформації, що призводять до зміни геометричної форми опорних поверхонь, і більш низька механічна міцність.

Картери поршневих двигунів автомобілів роблять роз'ємними і нероз'ємним. Найбільшого поширення набули роз'ємні картери з горизонтальною площиною роз'єму, яка паралельна осі колінчастого валу (рис. 13.4).

Рисунок 13.4 – Роз’ємний блок-картер

Блок-картер горизонтальною перегородкою розділено на дві частини. У нижній частині (рис..13.5, б) в вертикальних перегородках розташовані опори колінчастого валу, у верхній (рис.13.5, а) - гільзи циліндрів.

   

Рисунок 13.5- Блок-картер з горизонтальною перегородкою

Блок-картер може бути відлитий разом з циліндрами (рис.13.6, а – циліндр із сухою гільзою по всій довжині, б - циліндр із сухою гільзою у верхній частині) або мати вставні змінні гільзи (рис, 13.7).

 

Рисунок 13.6 - Циліндри двигуна із сухими гільзами

 Рисунок 13.7 - Циліндри двигуна із мокрими гільзами