Кривошипно-шатунный механизм
Кривошипно-шатунный механизм состоит из подвижных и неподвижных деталей, а так же деталей фиксации и крепления.
К подвижным деталям относятся: поршни в сборе с кольцами и поршневыми пальцами, шатун, коленчатый вал, маховик.
К неподвижным деталям относятся: блок цилиндров, цилиндры, головка блока или цилиндров, поддон картера.
К деталям фиксации и крепления относятся: шкивы, стопорные кольца и т.д.
1. Подвижные детали
Поршень состоит из трех основных частей (рис. 3): 1 — днища, 5 — уплотняющей и 6 — направляющей масти (юбки). Он изготавливается из алюминиевого или кремнисто-алюминиевого сплава, что позволяет значительно уменьшать массу двигателя в целом.
Днище разных двигателей имеет разнообразную форму: плоскую (наиболее распространены на карбюраторных двигателях, например на двигателях ЗМЗ), выпуклую (для большинства автомобилей ИЖ), фасонную (например, на дизелях). Оно в совокупности с головкой цилиндра (ее внутренней частью) составляет камеру сгорания, которая воспринимает давление расширяющихся газов.
В уплотняющей части проточены канавки для поршневых колец и юбки. Днище и уплотняющая часть — головка поршня, на ней расположены кольца (маслосъемные и компрессионные), количество которых соответствует определенной частоте вращения коленчатого вала и типу двигателя.
Диаметр головки поршня меньше диаметра направляющей части, а зазор между головкой и стенками цилиндра равен 0,4—0,6 мм. Это объясняется возникновением высоких температур при работе двигателя.
Между юбкой и зеркалом цилиндра также имеется зазор (от 10,04 до 0,08 мм при 80-90 С), который позволяет поршню свободно перемещаться.
Юбка имеет форму конуса, сечение которого является овалом. На ней расположены П- или Т-образные прорези, обеспечивающие юбке пружинящие свойства, а холодному двигателю — работу без стука и предупреждающие заклинивание при нагревании (у двигателей для автомобилей ВАЗ и УАЗ вместо прорезей в тело поршня заливается терморегулирующее кольцо или термокомпенсационная стальная пластина, у двигателей для дизелей прорезей тоже нет). Поршень в цилиндре устанавливается так, чтобы на прорези не действовало боковое давление при расширении (во время рабочего хода). Для охлаждения на внутренней стороне юбки расположены ребра. Там же располагаются бобышки, в которых имеются отверстия для поршневого пальца. Отверстия под поршневой палец смещается по ходу движения на 1,5 мм вправо (для уменьшения стука и перекашивания).
Для предотвращения задиров юбка поршня может быть покрыта тонким слоем олова или на поршне около торцов поршневого пальца делаются углубления, которые выполняют роль холодильников (отводят тепло).
Поршневые кольца разделяются на маслосъемные и компрессионные (рис. 4). Они предназначены для уплотнения, обеспечения герметичности, отвода тепла, масла. Изготавливаются из легированного чугуна или специальной стали. Имеют форму плоской разрезной пружины с зазором (замком), который предназначен для удобства установки и свободного расширения при высоких температурах. Для повышения износостойкости верхнее поршневое кольцо подвергается хромированию, а остальные покрываются тонким слоем олова или молибдена.
Кольца устанавливаются таким образом, чтобы замки соседних колец были бы смещены относительно друг друга на некоторый угол (90-180 ). Если имеется чугунное маслосъемное кольцо, то замки всех колец смещаются на 90° относительно друг друга. При наличии составных маслосъемных колец только замки компрессионных колец смещаются на равные углы
Компрессионные кольца предназначены для уплотнения поршня в гильзе цилиндра. При установке компрессионные кольца сжимаются, что обеспечивает плотное прилегание их к поверхности цилиндра. Кольца располагаются в канавках поршня так, чтобы выточки на внутренней поверхности кольца были бы обращены вверх (в сторону днища). Нижнее компрессионное кольцо устанавливается так, чтобы конусность его наружной поверхности была обращена вниз. Изначально кольца подбираются с зазором 0,02—0,07 мм по высоте.
Маслосъемные кольца предназначены для удаления излишков масла со стенок цилиндра и дальнейшего отвода их в поддон картера. В канавках поршня, предназначенных для установки этих колец, имеются отверстия, предназначенные для попадания масла внутрь поршня.
Часто применяются составные маслосъемные кольца (например, встречаются на двигателях для автомобилей ГАЗ, УАЗ, ЗИЛ).
Зазор в замке равен:
1) для верхних компрессионных колец 0,25— 0,60 мм;
2) для нижних компрессионных колец 0,15— 0,40 мм;
3) для чугунного маслосъемного кольца 0,25— 0^60 мм;
4) для составных маслосъемных колец 0,8—1,4 мм.
Поршневой палец предназначен для шарнирного соединения поршня с верхней головкой шатуна
Изготавливается полым (в виде толстостенной трубки). Для того чтобы пальцы надежно работали при передаче больших усилий, они изготавливаются из сталей (легированных или углеродистых), подвергаются цементизации или закалке высокочастотными токами.
С шатуном поршневые пальцы соединяются по-разному. В зависимости от этого пальцы разделяются на закрепленные и плавающие (наиболее распространены). Плавающие пальцы устанавливаются так, чтобы могли свободно вращаться в бобышках и втулке, находящихся в верхней головке шатуна. Для исключения появления (из-за разного материала сопрягаемых деталей) стуков в бобышках при работе двигателя пальцы устанавливаются с натягом 0,005-0,015 мм (при 80-90Х).
Шатун предназначен для передачи усилий от поршня к коленчатому валу, изготавливается из легированной или углеродистой стали. При такте расширения (рабочего хода) он передает усилия, возникающие от давления газов на поршень, к валу, а при вспомогательных тактах (впуск, сжатие, выпуск) передает усилия от вала к поршню.
Нижняя головка и крышка соединяются болтами, затянутыми гайками, и стопорят шплинтами (или контргайками, шайбами)
Стальные вкладыши устанавливаются в нижнюю головку. Изнутри они покрываются тонким слоем антифрикционного оловянисто-алюминиевого сплава. Отогнутые усики (выступы) служат для предотвращения проворачивания и осевого смещения, они упираются в пазы шатуна и его крышки. Для впрыскивания масла во вкладыше, как и в нижней головке, имеется отверстие.
Во время работы двигателя шатун совершает сложные движения: возвратно-поступательное вдоль оси цилиндра и качательное относительно оси поршневого пальца.
В многоцилиндровых двигателях разница в массе шатунов должна быть не более 6 г (для уравновешенности).
Коленчатый вал предназначен для восприятия передаваемых шатунами усилий и преобразования их в крутящий момент, который затем трансмиссией передается колесам автомобиля. Изготавливаются из легированных сталей (штамповкой) или магниевых чугунов (отливкой).