Тема 3.

КШМ

Заняття І

План

1. Призначення та будова КШМ двигунів, що вивчаються.

2. Призначення та будова деталей нерухомої групи КШМ: блок-картера, головки блоку циліндрів, прокладки головки блоку циліндрів, картера.

Д/3 § 12-13 ст.37-42 [1] § 12-15 cm. 29-36 [2]

Деталі кривошипно-шатунного механізму: циліндрів;

а – V-подібного карбюраторного двигуна; б – V-подібного дизеля; в – з’єднання головки циліндра й гільзи, головки й блоку кришки й головки циліндрів дизеля КамАЗ-740;

1 – кришка блоку розподільних зубчастих коліс; 2 – прокладка головки блока; 3 – камера згоряння; 4 – головка блоку циліндрів; 5 – гільза циліндра; 6 і 19 – ущільнювальні кільця; 7 – блок циліндрів; 8 – гумова прокладка; 9 – головка циліндра; 10 – прокладка кришки; 11 – кришка головки циліндра; 12 і 13 – болти кріплення кришки й головки циліндра; 14 – патрубок випускного колектора; 15 – болт-стяжка; 16 – кришка корінного підшипника; 17 – болт кріплення кришки корінного підшипника; 18 – сталеве опорне кільце; 20 – сталева прокладка головки циліндра.

1. КШМ перетворює прямолінійний зворотно – поступальний рух поршнів, які сприймають тиск газів в обертовий рух колінчатого вала.

Деталі КШМ можна розділити на 2 групи: нерухома і рухома.

До першої відноситься – блок циліндрів, головка блока, прокладка головки блока, піддон (картер), кришка розподільних шестерень.

До другої групи відносяться – поршень з кільцями і поршневими пальцями, шатун, колінчастий вал, маховик. В обидві групи входять також кріпильні деталі.

2. Блок — картер є основою двигуна. На ньому і всередині його розміщені основні механізми і деталі систем двигуна.

Блок циліндрів – це складна відливка коробчастої форми. Він може бути відлитий з легованого сірого чавуну (ЗІЛ-130, МАЗ-5335, КамАЗ-5320) або з алюмінієвого сплаву (ГАЗ-53,ГАЗ-24, ГАЗ-3102 і ін.)

Після лиття блок піддається штучному старінню, що зменшує його короблення в процесі експлуатації і забезпечує збереження правильної геометричної форми.

Блок циліндрів може бути відлитий разом з циліндрами або мати вставні циліндри-гільзи.

В верхній частині блока розточені отвори для установки гільз циліндрів. В циліндрі, який є напрямною при русі поршня здійснюється робочий цикл двигуна.

Гільзи можуть бути мокрими або сухими. Гільзу циліндра називають мокрою, якщо вона безпосередньо омивається рідинною системою охолодження, і сухою, якщо вона безпосередньо не омивається охолоджувальною рідиною.

Гільзи циліндрів відливають з спеціального чавуну і встановлюють в блок циліндрів. Двигуни, які мають циліндри, виготовлені в вигляді змінних мокрих гільз (двигун ГАЗ, ЗІЛ, МАЗ і КамАЗ простіше змонтувати і експлуатувати ) Блок циліндрів, відлитий разом з циліндрами, складніше ремонтувати, тому, що коли вийшов з ладу хоча б один циліндр ( наприклад, в результаті задиру дзеркала циліндра), то потрібно розточувати і шліфувати всі циліндри.

Внутрішня поверхня циліндра, всередині якої переміщується поршень називають дзеркалом циліндра. Цю поверхню піддають загартуванню з нагрівом СВЧ.

Гільзи в блок циліндра встановлюють так, щоб охолоджувальна рідина не проникала з них в піддон, а гази не проривались з циліндру.

Передбачено можливість зміни довжини гільз в залежності від температури двигуна. Для фіксації вертикального положення гільзи мають спеціальний бурт, для упора в блок циліндрів і установочні пояси. Мокрі гільзи в нижній частині ущільнюють гумовими кільцями, які розміщені в канавках блока циліндра (КамАЗ), в канавках гільз (МАЗ, ЗІЛ) або мідними кільцевими прокладками, що встановлені між блоком і опорною поверхнею нижнього поясу гільзи (ГАЗ).

Верхній торець гільзи виступає над площиною блока циліндрів на 0,02-0,15 мм, що сприяє кращому обтисканню прокладки головки блока і надійному ущільненню гільзи, блока і головки блока.

При V-подібному розміщенні циліндрів, блок циліндрів менший по довжині, але ширший.

Вертикальні перегородки всередині блока забезпечують йому необхідну міцність і жорсткість. Блок циліндрів розточують разом з кришками корінних підшипників (вкладишів) тому вони не взаємозамінні, і встановлюють в одному строго фіксованому положенні.

Верхні вкладиші корінних підшипників розміщені в гніздах, що розточені в перегородках, а також в передній і задній стінках блока циліндрів.

Нижні вкладиші корінних підшипників розміщені в кришках, прикріплених до блока гвинтами або шпильками.

В дизелях ЯМЗ кришки корінних підшипників кріплять двома гвинтами М20 вертикальними і двома горизонтальними М14. Останні загвинчують в кришки з зовнішніх бокових сторін блока циліндрів. Подібне кріплення кришок корінних підшипників використовують і в КамАЗ-740, що забезпечує і підвищує жорсткість блока циліндрів і постілей корінних підшипників.

В V-подібних двигунах один з рядів блока циліндрів дещо зміщений відносно другого, це визвано розміщенням на шатунній, шийці колінчастого вала двох шатунів: для правого і лівого блоків.

Так в V-подібних двигунах ГАЗ-53А лівий ряд циліндрів зміщено вперед (по ходу автомобіля) на 24 мм; в автомобілі ЗІЛ-130 на 29 м; в автомобілях КамАЗ на 29,5 мм відносно правого ряду; на автомобілі МАЗ правий ряд зміщено на 35 мм відносно лівого ряду.

Головка блоку являє собою кришку, яка закриває циліндри. Головки блоків відливають з легованого сірого чавуну (ЯМЗ-236, 238) і алюмінієвого сплаву (карбюраторні двигуни ГАЗ, ЗІЛ, ВАЗ і дизель КамАЗ-740). Після лиття для зняття ливарних напруг головки блока піддаються штучному старінню. Однорядні двигуни з рідинною системою охолодження, як правило мають одну загальну головку блока. В V-подібному двигуні головки блока окремі для кожного ряду циліндрів (двигуни ГАЗ-53, ЗІЛ-130). В V-подібному дизелі КамАЗ-740 на кожний циліндр встановлено окрему головку, що покращує відвід теплоти. Верхню площину блока циліндрів і нижню площинну головку блока ретельно обробляють для отримання щільного з'єднання. Між цими площинами встановлюють сталеазбестову прокладку для ущільнення, яка запобігає прориву газів на зовні і виключає проникнення охолоджувальної рідини і масла в циліндри. Перед установкою прокладки на двигун, обидві її сторони натирають графітом, що запобігає її пригорянню до блока або до головки. Гайки і гвинти кріплення головки до блока затягують рівномірно в два - три прийому по концентричним колам хрест на хрест за допомогою динамометричного ключа. Чавунні головки блока дизелів затягують на гарячому двигуні, а алюмінієві - на холодному ( строго по інструкції).

- З'єднання головки з блоком двигуна КамАЗ-740 ущільнена двома прокладками: стальною і гумовою (мал. 25 (6))

Головка блоку циліндру двигуна з нижнім розміщенням клапанів (ГАЗ-52) простіше по конструкції, так як в ній розміщені тільки камери згоряння, водяні сорочки, отвори для установки свічок запалювання. і кріплення головки до блока.

Головка блока циліндру двигуна з верхнім розміщенням клапанів має більш складну конструкцію. В ній розміщені вставні сідла, свічки запалювання або форсунки, направляючі втулки, клапани, і інші деталі ГРМ. Крім того є водяні сорочки, отвори для штанг, підводу масла, впускні і випускні канали.

Форма камери згоряння здійснює значний вплив на сумішоутворення, згоряння робочої суміші і на ступінь стиску двигуна. Камери згоряння з верхнім розміщенням клапанів більш компактні і забезпечують краще наповнення циліндрів пальною сумішшю при тому ж діаметрі впускного клапана, ніж камери згоряння з нижнім розміщення клапанів.

Напівсферичні, клинові (II і III) камери отримали поширення в карбюраторних двигунах. Зміщені (Г-подібні IV) камери використовують на двигунах з нижнім розміщенням клапанів. Для покращення сумішоутворення в дизелях використовують різні по формі і об'єму камери згоряння. Дизелі випускають з нероздільною(V і VI) і роздільною камерою(VIIіVIII) згоряння. Двигуни з нероздільною камерою згоряння називають двигуном з безпосереднім впорскуванням палива. Нероздільна камера згоряння являє собою простір що розташовано у днищі поршня, коли він знаходиться в ВМТ (один об'єм)

Форми камер згоряння:

а – карбюраторних двигунів; б – дизелів; І – циліндрична; ІІ – напівсферична; ІІІ – клинова; IV – зміщена

(Г-подібна); V і VI – нероздільні; VII і VIII – роздільні;1 – клапан; 2 – свіча запалювання; 3 – поршень; 4 – камера згоряння; 5 – форсунка; 6 – передкамера; 7 – основна камера; 8 – вихрова камера

Роздільні камери згоряння (двооб'ємні) складаються з основної і допоміжної (передкамера або вихрова) камер і з'єднаних між собою каналом.

Картер двигуна (§. 17) складається з двох частин – верхньої і нижньої. Верхню частину відливають, як одне ціле з блоком циліндрів. В ній встановлюють колінчастий і розподільний вали і інші вузли і деталі двигуна. Нижня половина картера захищає від забруднення деталі КШМ і ГРМ, крім того служить, як резервуар для масла. Тому нижню частину картера називають піддоном. Він закриває блок циліндрів знизу. В середині піддона встановлюють горизонтальні і вертикальні перегородки, які затримують рух хвиль масла і захищають ущільнення картера від ударів масла. Конструкція і розміри піддона залежить від необхідного об’єму масла, а також від максимальних повздовжніх нахилів, при яких повинен працювати двигун. Піддони виготовляють частіше штампованими з смугової сталі товщ. 1,5-2,0 мм (ГАЗ, ЗІЛ, КамАЗ) або відливають з алюмінієвих сплавів.(Москвич, ВАЗ, ЗАЗ)

В піддоні є зливний отвір, що закривається, пробкою, в якій де коли встановлюють магніт для вловлювання металевих продуктів зношення.

Для щільного з'єднання між блоком циліндрів і фланцем піддона ставлять ущільнюючу прокладку. Площина роз’єму картера може проходити по осі колінчастого валу, але в більшості двигунів її зміщують вниз, щоб підвищити жорсткість верхньої половини картера.

Контрольні питання.

1. Призначення і будова КШМ двигунів, що вивчаються.

2. Призначення і будова блок-картера.

3. Призначення, типи і будова гільз циліндрів, технологія встановлення їх в блок циліндрів.

4. Як встановлюються корінні підшипники і кришки корінних підшипників.

5. Призначення і будова головки блока, технологія їх виготовлення. Прокладка головки блока.

6. Форми камер згорання і межі їх застосування.

7. Призначення і будова картера двигуна.

КШМ

Тема З

Заняття 2

План

1. Призначення та будова деталей рухомої групи КШМ: поршнів, поршневих кілець, поршневих пальців, шатунів.

Д/3 §14- §15 ст. 43-49 [1] §16 - §17 ст. 36-42 [2]

Шатунно-поршнева -група:

а — дизелів сімейства ЯМЗ; б і в — двигунів автомобілів ГАЗ-53Л і ГАЗ-53-12 (дані поршні у зборі із шатуном, установлені відповідно в перший, другий, третій і четвертий циліндри правою блоку й у п'ятий, шостий, сьомий і восьмий циліндри лівого блоку);

1 – стопорне кільце; 2 – поршневий палець; 3 – маслознімні кільця; 4 – компресійні кільця; 5 – камера згоряння у днище поршня; 6 – днище поршня; 7 – головка поршня; 8 – спідниця; 9 – поршень; 10 – розпилювач масла (форсунка); 11 – шатун; 12 – вкладиші; 13 – замкова шайба; 14 – довгий болт; 15 – короткий болт; 16 – кришка шатуна; 17 – втулка в головці шатуна; 18 – напис на поршні; 19 – номер на шатуні; 20 – мітка на кришці шатуна; 21 – шатунний болт

Поршень призначений для сприйняття тиску газів, що розширюються і передачі його через поршневий палець і шатун колінчатому валу двигуна.

Поршень також бере участь в допоміжних тактах, забезпечує потрібну форму камери згоряння і геометричність внутрішньо циліндрового простору.

В циліндрі поршень рухається нерівномірно; в крайніх положеннях (в ВМТ і НМТ) його швидкість рівна нулю, а поблизу середини ходу вона досягає максимального значення. В результаті цього виникають великі сили інерції, на величину яких впливає маса поршня і кутова швидкість колінчастого вала.

Крім механічних навантажень поршень піддається дії високих температур в період згоряння палива і розширення газів, які утворюються внаслідок згорання, а також внаслідок тертя його бокової поверхні в стінки циліндра.

На автомобільних двигунах часто встановлюють поршні виготовлені з алюмінієвого сплаву, тому що вони досить міцні, легкі, мають високу теплопровідність і добре антифрикційні властивості. Для підвищення міцності, надійності і забезпечення постійних розмірів поршні з алюмінієвого сплаву піддають термообробці - старінню

Поршень складається з трьох основних частин:

- днище;

- головки;

- юбки.

Днище сприймає тиск газів.

На зовнішній поверхні головки поршня і юбки проточені канавки для установки компресійних та маслознімних кілець.

Головка є ущільнюючим поясом, тому що тут розміщені поршневі кільця, які запобігають прориву газів через зазори між поршнем і циліндром.

Число кілець, що встановлюється на поршні, залежить від типу двигуна і частоти обертання колінчастого вала. По колу канавок, в яких розміщені маслознімні кільця просвердлені наскрізні отвори для відводу масла в картер двигуна. Юбка є напрямною частиною поршня при русі його в циліндрі і передає бокову силу від шатуна стінкам циліндра. На внутрішній стороні юбки є два масивних приливи, які називають бобишками. Вони з'єднані ребрами жорсткості з днищем поршня, збільшуючи міцність поршня. При цьому покращується відвід теплоти до поршневих кілець в циліндр і охолоджуючу рідину. В бобишках проточені отвори для установки поршневого пальця, в отворах проточені кільцеві канавки для установки стопорних кілець.

В карбюраторних двигунах використовують поршні з плоским днищем, які отримали поширення внаслідок простоти виготовлення і меншого нагріву при роботі. Форма днища, як правило, залежить від типу камери згоряння. Для збільшення міцності і покращення відводу теплоти днище поршня дизеля виготовляють більшої товщини і посилюють ребрами з внутрішньої сторони. Стінки юбки відливають більшої товщини, ніж карбюраторні двигуни. Частіше поршні дизелів мають фігурні днища. Це покращує процес сумішоутворення і дозволяє надати камері згоряння необхідної форми.

При нагріві поршень розширюється, більше чим циліндр, який охолоджується рідиною, тому виникає можливість заклинювання поршня. Для запобігання цього і для забезпечення нормальної роботи двигуна, діаметр поршня повинен бути меншим від діаметра циліндра, тобто між поршнем і циліндром повинен бути діаметральний зазор. Використовують поршні, в яких діаметр юбки більший, ніж діаметр головки, тобто поршень має форму усіченого конуса. Для підвищення пружності (усунення небезпеки заклинювання) юбку роблять розрізною, і надають їй овальної форми (більша вісь овалу повинна бути перпендикулярною осі пальця поршня). Якщо на юбках поршнів є розрізи поршні встановлюють так, щоб боковий тиск при робочому ході сприймала частина поршня без розрізу.

При переході поршня через ВМТ він переміщується від однієї стінки циліндра до другої, що супроводжується стуками. Для усунення цих стуків, отвори під палець зміщують в сторону максимального бокового тиску на 1,5…2 мм. Тому поршні мають надпис "Перед" або "Назад". Для покращення спрацювання поршнів до циліндрів і усунення можливих задирів, поршні покривають тонким шаром олова. Юбки поршнів дизелів ЯМЗ і КамАЗ не мають розрізу, але вони також виконані в вигляді конуса овального перерізу.

Діаметр поршнів: ЯМЗ-236, ЯМЗ-238 – 130 мм, КамАЗ-740 – 120 мм, ЗІЛ-130 – 100 мм, ГАЗ-53 – 92 мм

Для правильної установки поршнів в циліндри і точного з’єднання з шатунами на поршнях і шатунах є мітки. Перед установкою в двигун поршні, підбирають по розміру і масі.

Поршневі кільця. Призначені для створення щільного рухомого з’єднання між поршнем і циліндром.

Кільця бувають компресійні і маслознімні. Перші забезпечують необхідну компресію (стиск) завдяки зменшенню к-ті газів які прориваються, в картер двигуна, і відводять теплоту від головки поршня до стінок циліндра.

Маслознімні - заважають проникненню масла з картера в камеру згоряння та рівномірно розповсюджують масло по дзеркалу циліндрів.

Кільця виготовляють із спеціального легованого чавуну або сталі.

Розріз кільця, що називають замком, може бути прямим, косим або ступінчастим. Найбільш поширені кільця з прямим розрізом як найбільш прості в виготовленні. В вільному стані діаметр кільця більше діаметру циліндра. Тому кільце вставлене в канавку поршня і введене в стиснутому стані в циліндр, розтискаючись щільно прилягає до внутрішньої поверхні циліндра забезпечуючи герметичність. Зазор в замку кільця дозволяє йому розширюватись при нагріві.

Різні форми поперечного перерізу компресійних кілець приведені в підручнику (мал. ЗО а). Кільце з конічною боковою поверхнею доторкається з циліндром не всією поверхнею, а лише невеликою кромкою і здійснює на стінки циліндру значний тиск. Таке кільце швидше припрацьовується до циліндра і краще ущільнює з'єднання поршень-циліндр. Особливості кілець з фаскою (ІІІ) і виточкою (IV) є те, що надіті на поршень і введені в циліндр вони скручуються до центру. Такі кільця прилягають до дзеркала циліндру гострою кромкою і працюють так, як конічні, але забезпечує більшу герметичність рухомого з'єднання в результаті кращого контакту з торцевими поверхнями поршневої канавки. Такі кільця ставлять на поршень так, щоб фаски і виточки були направлені вверх, в сторону головки блока.

Перше компресійне кільце працює в умовах високої температури, високого тиску і зношується швидше інших. Для підвищення зносостійкості першого компресійного кільця його зовнішню циліндричну поверхню піддають пористому хромуванню. Масло, яке збирається в порах дещо покращує умови роботи. При хромуванні першого кільця покращується довговічність інших, які покривають шаром олова для кращого припрацювання.

Проникнення масла в камеру згоряння дуже небажане, так як приводить до інтенсивного нагароутворення і погіршення роботи двигуна.

Маслознімні кільця встановлюють на поршні нижче компресійних. По конструкції вони відрізняються від компресійних тим, що на їх зовнішній поверхні є кільцеві канавки і наскрізні прорізи або отвори для проходу масла. Використовують складні маслознімні кільця. Таке кільце склад, з двох плоских стальних дископодібних кілець, і двох розширювачів: осьового і радіального, що притискають дископодібні кільця до стінок циліндра. Складне кільце здійснює більший тиск на стінки циліндра і краще очищає його від надлишків масла. Встановлюючи кільця на поршень необхідно слідкувати, щоб замки сусідніх кілець були повернуті на деякий кут (90-180°), а не розміщені по одній прямій.

Поршневі пальці. Поршень з верхньою головкою шатуна з'єднує поршневий палець. Він повинен бути міцним, легким і зносостійким, так як при роботі зазнає великих навантажень, змінних по величині і напрямку. Пальці виготовляють, з вуглецевої і маловуглецевої сталі в вигляді пустотілих трубок. Для підвищення надійності і зносостійкості зовнішність поверхні пальця цементують або загартовують з послідуючим шліфуванням, поліруванням.

В бобишках поршня палець закріплюють стопорними кільцями, які утримують його від осьового зміщення. Такий палець називають плаваючим, так як при роботі він може провертатись в верхній головці шатуна і в бобишках поршня. Такі пальці рівномірно зношуються і більш довговічні. В працюючому двигуні поршень з алюмінієвого сплаву розширюється більш ніж палець, тому можливий його стук в бобишках поршня. Для усунення цього явища поршень перед зборкою з шатуном нагрівають до 70-80°С, далі в поршень і шатун вставляють палець. На двигуні ВАЗ пальці запресовують в верхні головки шатунів, такі пальці провертаються в бобишках поршня.

Шатуни. Поршень з колінчастим валом з'єднує шатун, він перетворює зворотно поступальний рух поршня в обертовий рух колінчастого валу. Основними частинами шатуна є верхня головка з запресованою в ній бронзовою втулкою, стержень і нижня головка з кришкою. Шатун сприймає великі навантаження змінні по величині і напрямку. Він зазнає стиску, згину і розтягу, тому шатун повинен бути міцним, жорстким і легким для зменшення сил інерції. Шатун штампують з сталі і піддають термообробці (загартовуванню і відпуску). Його стержень має двотавровий переріз для збільш міцності і жорсткості. В більшості випадків нижню головку шатуна виготовляють роз'ємною в площині перпендикулярно до осі шатуна. Інколи площину роз'єму розміщують під кутом до осі шатуна (ЯМЗ-236). Необхідність в такому роз'ємі виникає при великих діаметрах шатунних шийок колінчастого валу. Тоді нижня головка виходить масивна, що робить неможливим монтаж і демонтаж поршня з шатуном через циліндр.

Кришку шатуна кріплять двома болтами і затягують динамометричним ключем, ретельно шплінтують і стопорять шайбами. Нижню головку шатуна і кришку розташовують разом для отримання правильної циліндричної форми. Тому кришки не можна перевертати або переставляти на інші шатуни. На шатунах і кришках з однієї сторони ставлять мітки.

В нижні головці шатунів ставлять підшипники ковзання, що складаються з двох вкладишів. Вони взаємозамінні, виготовлені з стальної стрічки товщиною 1,3-1,8 для карбюраторних двигунів і 2-3,6 для дизелів залитої антифрикційним сплавом (товщина відповідно 0,25-0,4 мм і 00,3-0,7 мм). Від осьового зміщення і провертання вкладиші утримують вусиками, які входять пази і повинні бути розміщені з однієї сторони шатуна. Зазвичай нижні головки виготовляють симетричними, в ГАЗ-53 – не симетрична, для забезпечення упора двох шатунів в галтелі шатунних шийок колінчастого валу.

На нижній голівці шатуна є отвір для подачі масла. Для взаємозамінності на обох вкладишах також є отвори. При розбиранні і зборці двигуна необхідно обережно поводитьсь з шатунами: не кидати, не звалювати навалом, оберігати від ударів.

Контрольні питання.

1.Призначення, умови роботи і будова поршня.

2. Призначення і будова окремих складових: верхньої частини, днища (головки), юбки.

3. Типи і призначення поршневих кілець.

4. Форми компресійних кілець, чим обумовлені. Будова масло знімного кільця.

5. Призначення, будова типи поршневих пальців, з якого матеріалу виготовляють

6. Призначення і основні частини шатуна.

7. Які підшипники використовують в нижніх головках шатунів, які бувають нижні головки шатунів, чим обумовлені конструкції несиметричності головки.

кшм