Рабочий цикл четырёхтактного карбюраторного двигателя

 

 

а) б) в) г)

Рис. 3. Схема работы четырёхтактного двигателя

а – впуск в цилиндр горючей смеси; б – сжатие рабочей смеси; в – расширение газов или рабочий ход; г – выпуск отработавших газов; 1 – коленчатый вал; 2 – распределительный вал; 3 – поршень; 4 – цилиндр; 5 – впускной трубопровод; 6 – карбюратор; 7 – впускной клапан; 8 – свеча зажигания; 9 – выпускной клапан; 10 – выпускной трубопровод; 11 – шатун; 12 – поршневой палец; 13 – поршневые кольца

Первый такт – впуск (рис. 3 а). Поршень перемещается из ВМТ в НМТ и в верхней части цилиндра создается разряжение. Распределительный вал через детали газораспределения открывает впускной клапан (7) и из карбюратора (6) за счёт разряжения поступает горючая смесь в цилиндр (4). Горючая смесь перемешивается с остатками отработавших газов и образуется рабочая смесь.

Второй такт – сжатие (рис. 3 б). Такт впуска заканчивается, когда поршень приходит в НМТ. При дальнейшем повороте коленвала поршень перемещается из НМТ в ВМТ и сжимает рабочую смесь. Оба клапана при этом закрыты. Объём смеси при этом уменьшается, а давление увеличивается с увеличением температуры смеси.

Третий такт – рабочий ход или расширение газов (рис. 3 б). Оба клапана закрыты. При подходе поршня, в конце такта сжатия, к ВМТ между электродами свечи проскакивает электрическая искра. Сжатая рабочая смесь воспламеняется, образуя большое количество горючих газов, которые давят на поршень и он перемещается из ВМТ в НМТ и через шатун (11) вращает коленвал. Этот такт является основным, при нём совершается полезная работа.

Четвёртый такт – выпуск (рис. 3 г). Поршень движется от НМТ к ВМТ и через открывшийся выпускной клапан (9) вытесняет отработавшие газы в выпускной трубопровод (10), глушитель и далее в атмосферу. У дизельного двигателя в рабочем цикле при впуске в камеру сгорания подаётся заряд свежего воздуха, а распылённое топливо подаётся в конце такта сжатия.

Кривошипно-шатунный механизм (КШМ)

КШМ – преобразует прямолинейное возвратно-поступательное движение поршней во вращательное движение коленчатого вала.

Детали КШМ можно разделить на подвижные и неподвижные.

К подвижным относятся: кольца, поршни, поршневые кольца, шатун, каленвал, маховика; к неподвижным – блок цилиндров, головка блока, крышка блока распредшестерён, поддон.

Блок цилиндров является остовом двигателя, может быть отлит из чугуна или алюминиевого сплава. Блок может быть отлит, вместе с цилиндрами или иметь вставные гильзы (5) (рис. 4). Гильзы устанавливаются в расточенных отверстиях перегородок блока. Гильзы могут быть мокрыми или сухими. Мокрые гильзы омываются непосредственно жидкостью системы охлаждения.

Гильзы отливают из чугуна. Внутреннюю поверхность гильзы или цилиндра называют зеркалом цилиндра. Для фиксации в верхней части гильзы имеется бурт. Гильзы уплотняются в блоке резиновыми кольцами 6 или медными прокладками. Между головкой (4) и блоком устанавливается уплотнительная прокладка, изготовленная из сталеасбеста.

Головка блока или головка цилиндров

Головка является крышкой закрывающей цилиндры. Однорядные двигатели имеют одну головку, V-образные отдельные головки для каждого ряда цилиндров (ГАЗ-53, ЗИЛ-130) или отдельные головки на каждый цилиндр (дизель КамАЗ-740).

Гайки и болты крепления головок к блоку цилиндров затягивают равномерно в определённой последовательности при помощи динамометрического ключа. Головка имеет сложную конструкцию: в ней располагаются вставки седла, свечи, направляющие втулки, форсунки, а также полости водяной рубашки, каналы для подвода горючей смеси и отвода отработавших газов. Головка, кроме того, образует камеру сгорания. Камеры сгорания по форме разделяются на: неразделённые и разделённые. Неразделённые камеры сгорания представляют пространство между днищем поршня, когда он находится в ВМТ, и нижней плоскостью головки. У раздельных камер сгорания часть камеры находится непосредственно в головке.

 

 

Рис. 4. Кривошипно-шатунный механизм (КШМ)

а – V-образного карбюраторного двигателя; б – V-образного дизеля; в – соединение головки цилиндра и гильзы, головки и блока цилиндров дизеля КамАЗ-740; 1 – крышка блока распределительных зубчатых колес; 2 – прокладка головки блока; 3 – камера сгорания; 4 – головка блока цилиндров; 5 – гильза цилиндра; 6 и 19 – уплотнительные кольца; 7 – блок цилиндров; 8 – резиновая прокладка; 9 – головка цилиндра; 10 – прокладка крышки; 11 – крышка головки цилиндра; 12 и 13 – болты крепления крышки и головки цилиндра; 14 – патрубок выпускного коллектора; 15 – болт-стяжка; 16 – крышка коренного подшипника; 17 – болт крепления крышки коренного подшипника; 18 – стальное опорное кольцо; 20 – стальная прокладка головки цилиндра

Поршневая группа

Поршень – воспринимает давление газов во время рабочего хода и передаёт его через палец и шатун коленвалу.

Поршень состоит из трёх основных частей (рис. 5 а): днища (6), головки (7) и юбки (8). На внешней поверхности головки и юбки проточены канавки для установки компрессионных (4) и маслосъемных колец (3). По окружности канавок под маслосъёмные кольца просверлены отверстия для отвода масла в картер. На внутренней поверхности юбки имеются два прилива (бобышки) с отверстиями под установку поршневых пальцев и канавками под стопорные кольца (1). Поршни дизельных двигателей имеют фигурные днища, а карбюраторных – плоские. Поршни имеют форму усеченного корпуса с меньшим диаметром в верхней части. поршни отливают из алюминиевых сплавов и покрывают тонким слоем олова для лучшей приработки.

Поршневые кольца подразделяют на компрессорные (4) (рис. 5) и маслосъемные (3).

 

 

Рис. 5. Шатунно-поршневая группа

а – дизелей семейства ЯМЗ; б и в – двигателей автомобилей ГАЗ-53А и ГАЗ-53-12 (даны поршни в сборе с шатуном, устанавливаемые соответственно в первый, второй, третий и четвертый цилиндры правого блока и в пятый, шестой, седьмой и восьмой цилиндры левого блока); 1 – стопорное кольцо; 2 – поршневой палец; 3 – маслосъемные кольца; 4 – компрессорные кольца; 5 – камера сгорания в днище поршня; 6 – днище поршня; 7 – головка поршня; 8 – юбка; 9 – поршень; 10 – распылитель масла (форсунка); 11 – шатун; 12 – вкладыши; 13 – замковая шайба; 14 – длинный болт; 15 – короткий болт; 16 – крышка шатуна; 17 – втулка в головке шатуна; 18 – надпись на поршне; 19 – номер на шатуне; 20 – метка на крышке шатуна; 21 – шатунный болт

 

компрессорные кольца обеспечивают компрессию (сжатие), маслосъемные – препятствуют проникновению масла из картера в камеру сгорания. Кольца изготавливают из легированного чугуна или стали. Разрез кольца (замок) бывает прямой или косой. За счет упругости кольцо при работе плотно прилегает к зеркалу цилиндра. Зазор в замке позволяет кольцу расширяться. верхнее кольцо упрочняется покрытием молибдена. Маслосъемные кольца чаще состоят из двух доскообразных колец, между которыми расположены радиальный и осевой расширители. У соседних колец, установленных на поршень, замки должны быть смещены один относительно другого на некоторый угол (90-180º).

Поршневые пальцы

Поршень с верхней головкой шатуна соединяется поршневым пальцем (2) (рис. 5). Пальцы изготавливают из углеродистой стали, наружную поверхность пальца цементируют и закаливают на глубину 1,5 мм. При сборке шатуна с поршнем последний нагревают до 70-80ºС.

Шатуны

Шатун соединяет поршень с коленчатым валом и преобразует возвратно-поступательное движение коленвала. Основными частями шатуна (рис. 6) являются верхняя головка (7) с запрессованной в нее бронзовой втулкой (5), стержень (40) и нижняя головка (9) с крышкой (10).

Рис. 6. Шатун

1 – гайка; 2 – болт; 3 и 14 – отверстия для масла; 4 – стержень шатуна; 5 – бронзовая втулка; 6 – отверстие для прохода масла к поршневому пальцу; 7 – верхняя головка шатуна; 8 – номер шатуна; 9 – нижняя головка шатуна; 10 – крышка нижней головки; 11 – стопорная шайба; 12 – метка; 13 – вкладыши; 15 – усик; 16 – паз в головке шатуна

 

 

Шатун штампуют из стали и подвергают термообработке, его стержень имеет двутавровое сечение. Нижняя головка шатуна разъемная и крышка (10) крепится к нему двумя специальными болтами (2) и гайками (1). Крышки не взаимозаменяемые, на них и на шатуне имеются метки. В нижней головке шатуна установлены подшипники скольжения (вкладыши) (13): верхний и нижний, изготовленные из стальной ленты толщиной 1,3-1,8 мм и 2-3,6 мм (для дизелей), залитой сплавом алюминия и олова. От осевого смещения вкладыши удерживаются расположенными на них усиками, входящими в пазы (16) в головке шатуна.

Коленчатый вал и маховик

Коленчатый вал (рис. 7) имеет следующие части: коренные (7) и шатунные (3) шейки, щеки (8), противовесы (4), передний конец (1) и задний конец (хвостовик) с маслотолкателем (5), маслосгонной резьбой и фланцем (6) для крепления маховика. Коренные шейки служат опорой коленвала в постелях блока через коренные вкладыши. Щеки (8) соединяют коренные и шатунные шейки и образуют колена или кривошипы. Форма коленвала зависит от числа и расположения цилиндров. У V-образных двигателей на одной шатунной шейке установлено по два шатуна (один для левого, а другой для правого ряда цилиндров). Переход от шейки к щекам называют галтелью, его делают плавным. Коленчатый вал удерживается от осевого смещения двумя стальными неподвижными шайбами, установленными с обеих сторон первого коренного подшипника. На переднем конце вала устанавливаются шестерня привода распредвала и шкив привода водяного насоса и других агрегатов. Внутри кривошипов вала имеются просверленные косые масляные каналы, соединяющие масляные каналы коренных шеек с грязеуловительными полостями в шатунных шейках.

Маховик – служит для накопления энергии рабочего хода, вращения коленвала при вспомогательных тактах, уменьшению неравномерности вращения коленвала и для облегчения запуска двигателя.

Маховик отливают из серого чугуна. На обод маховика напрессовывают зубчатый венец привода коленвала от стартера. Маховик крепят к фланцу коленчатого вала специальными болтами. Одно из отверстий смещено на 2º (для их точного соединения при сборке).

Картер двигателя

Картер состоит из двух частей – верхней и нижней. Верхнюю часть отливают заодно с блоком цилиндров, в ней устанавливают коленчатый вал и распределительный вал. Нижняя половина картера предохраняет от загрязнения детали КШМ и газораспределительного механизма и, кроме того, используется для масла как резервуар. Нижнюю часть называют поддоном. Внутри поддона имеются перегородки, сливное отверстие с пробкой. Между поддоном и блоком цилиндров устанавливается уплотнительная прокладка.

 

 

Рис. 7. Коленчатые валы

а) двигателя ЗИЛ-130; б) дизеля ЯМЗ-236; в) дизеля КамАЗ-740; 1 – передний конец вала; 2 – грязеуловительная полость; 3 – шатунная шейка; 4 – противовесы; 5 – маслоотражатель; 6 – фланец для крепления маховика; 7 – коренная шейка; 8 – щека; 9 – гайка; 10 и 15 – съемные противовесы; 11 – распределительное зубчатое колесо; 12 – установочный штифт; 13 – зубчатое колесо привода масляного насоса; 14 – винт; 16 – шпонка; А – величина перекрытия шеек

Практическая работа № 1

 

Выполнение заданий по самостоятельному изучению