ЧАСТЬ ПЕРВАЯ Устройство и техническое обслуживание автомобиля
Двигатель
Глава 4. Кривошипно-шатунный механизм
Силы, действующие на детали кривошипно-шатунного механизма. Сила Р\
(рис. 6), приложенная к поршневому пальцу, является суммой двух сил:
силы Р давления газов на поршень и силы инерции Р. Суммарная сила <Di
разлагается на две силы: силу 5, направленную вдоль оси шатуна, и силу N,
прижимающую поршень к стенкам цилиндра. Сила N достигает наибольшей
величины при расширении, когда поршень прижимается к левой (по рис. 6) N
стенке цилиндра, чем и объясняется ее обычно больший износ.
Силу S можно перенести в центр шатунной шейки; если к центру коленчатого
вала приложить две равные силе 5 и параллельные ей силы Si и S2, то
совместное действие сил Si и S создаст (на плече г) крутящий момент,
приводящий во вращение коленчатый вал.
Сила S2 нагружает коренные подшипники и через них передается на картер
двигателя. Ее можно разложить на две перпендикулярно направленные силы
N1 и Р2 Сила Nt численно равна силе N, но направлена в противоположную
сторону; совместное действие сил N и Ni образует момент N1, который
стремится опрокинуть двигатель в сторону, обратную вращению коленчатого
вала. Сидр Р:, численно равная силе Pi, действует вниз, а сила Р
действует на головку цилиндра вверх, т. е. в противоположную сторону;
разность между силами Р и Р1 представляет собой силу инерции
поступательно движущихся масс Р". Наибольшей величины эта сила достигает
в момент изменения направления движения поршня.
Вращающиеся массы шатунной шейки, щек кривошипа и нижней части шатуна
создают центробежную силу Рц, направленную по радиусу кривошипа в
сторону от центра вращения.
Рис. 6. Схема сил, действующих на детали
кривошипно-шатунного механизма
Из вышеизложенного следует, что в кривошипно-шатунном механизме
одноцилиндрового двигателя, кроме крутящего момента, возникающего на
коленчатом валу, действует ряд неуравновешенных моментов и сил, как-то:
а) реактивный, или опрокидывающий, момент N1, воспринимаемый опорами
двигателя через картер;
б) сила инерции поступательно движущихся масс Р", направленная по оси
цилиндра;
в) центробежная сила вращающихся масс Рц, направленная по кривошипу
вала.
Значительные по величине силы, действующие в кривошипно-шатунном
механизме, и высокие температуры (в камере сгорания в среднем окало
1000°) вызывают необходимость использования в двигателе таких
материалов, которые при небольшом весе обеспечивают достаточную
прочность деталей.
Блок цилиндров. Для автомобильных двигателей применяют блоки из 4, 6 и 8
цилиндров, в редких случаях - из 12 и 16. Расположение цилиндров может
быть однорядным или двухрядным (V-образным с углом наклона 60-90°). При
двухрядном расположении цилиндров двигатели получаются легче и короче, с
лучшей формой камеры сгорания и более рациональным газораспределением;
повышается также жесткость коленчатого вала. Поэтому новые
восьмицилиндровые двигатели (<Чайка>, ЗИЛ-111) имеют двухрядное
расположение цилиндров.
На рис. 7 показан поперечный разрез восьмицилиндрового двигателя ЗИЛ-111
с двухрядным расположением цилиндров под углом 90°. Правый и левый
шатуны каждого цилиндра установлены рядом на одну шейку коленчатого
вала, поэтому один ряд цилиндров соответственно сдвинут относительно
другого вдоль оси вала.
Двигатели автомобилей <Чайка> и ЗИЛ-111 являются короткоходными, т. е.
имеют отношение - хода поршня к диаметру цилиндра меньше единицы
(0,88-0,95).
Такая конструкция позволяет получить при высоких числах оборотов
коленчатого вала двигателя умеренную скорость поршня, уменьшает отдачу
тепла в охлаждающую воду, улучшает общее теплоиспользование, разгружает
подшипники от инерционных сил, улучшает износостойкость поршней и
цилиндров, повышает механический к.п.д. двигателя.
Блок цилиндров отливают вместе с верхней частью картера двигателя из
чугуна или из алюминиевого сплава (М-21). Плоскость разъема картера у
некоторых двигателей располагают ниже оси коленчатого вала (ЗИЛ-164,
ЯАЗ-206), что повышает жесткость картера. Для повышения износостойкости
стенок цилиндров и упрощения ремонта и сборки двигателя в цилиндры
запрессовывают вставные сменные гильзы из кислотоупорного чугуна; они
называются сухими, если не соприкасаются с охлаждающей водой, и мокрыми,
если омываются водой. В цилиндрах двигателя ЯАЗ-206 устанавливают сухие
гильзы со скользящей посадкой от руки (зазор 0,05 мм); в средней части
гильзы расположены отверстия для впуска воздуха, образующие с радиусом
гильзы угол 30°. Уменьшение износа верхней части цилиндров достигается
установкой коротких вставок - гильз высотой 50 мм со стенками толщиной 2
мм.
В цилиндрах двигателя M-2I (см. рис. 24) устанавливают мокрую гильзу
8 по всей высоте цилиндра и сухую короткую гильзу 9 в верхней части
мокрой гильзы. Уплотнение соединений' гильзы с блоком цилиндров
достигается при помоши резиновых колец (снизу) и прокладки головки
цилиндров
(сверху).
Как правило, головки цилиндров делаются съемными и отливаются из
алюминиевого сплава, который, помимо уменьшения веса, улучшает отвод
тепла и позволяет повысить степень сжатия примерно на 0,2-0,3 единицы.
Между головкой и блоком цилиндров ставят уплотнительную сталеасбестовую
прокладку.
Головка цилиндров двигателя ЯАЗ-206 отлита из легированного чугуна.
Основная прокладка головки состоит из шести стальных листов, соединенных
отбортовкой нижнего листа; по краям кладут вторую прокладку - пробковую
- толщиной 3 мм.
Существенное влияние на протекание рабочего процесса в двигателе, на
детонацию и экономический к.п.д. оказывает форма камеры сгорания. При
нижних клапанах распространенной формой является <вихревая> камера с
расположением свечи зажигания над клапанами, при верхних клапанах -
клиновидная (см. рис. 7) с односторонним расположением клапанов или
полусферическая с двухсторонним расположением клапанов (американские
легковые автомобили). Камера сгорания двигателя М-21 имеет овальную
форму, вытянутую в продольном направлении. Между поршнем и головкой
цилиндров (по бокам) имеется небольшой зазор, образующий так называемые
вытеснители, уменьшающие опасность возникновения детонации.
