Конструкция и взаимодействие деталей КШМ.

Детали КШМ, ГРМ и всех систем двигателя находятся внутри базовых де­талей или на них. К базовым деталям относятся блок цилиндров, головка ци­линдров, крышка распределительных шестерен и картер.

Блок цилиндров. Блок цилиндров— это деталь, которая объединяет цилин­дры двигателя. Картер представляет со­бой полость, в которой расположен ко­ленчатый вал. Блок-картер— это жесткая моноблочная конструкция, объединяющая цилиндры и картер. На блок-картере и внутри него расположе­ны основные механизмы и детали сис­тем двигателя. Он может быть отлит из легированного серого чугуна (трактор­ные двигатели). После литья блок-картер подвергают искусственному старению, что в про­цессе эксплуатации уменьшает его ко­робление и обеспечивает сохранность правильной геометрической формы. Основное требование к блок-картерам — жесткость конструк­ции, обеспечивающая сохранение фор­мы.

В верхней части и в горизонтальной перегородке блок-картера расточены отверстия — гнезда под цилиндры или под устанавливаемые гильзы цилиндров. В перегородках картера расточены отверстия под под­шипники коленчатого вала. Эти отвер­стия обрабатывают в сборе с крышками подшипников. Поэтому крышки подшипников не взаимозаменяемые. Для правильной установки крышек на их наружной поверхности проставлены метки номера подшипника.

Блок-картер двигателя Д-240 — чугунный с четырьмя вставными мок­рыми гильзами. Верхние буртики гильз выступают над верхней плоскостью, чтобы при прижатии головки цилинд­ров к блоку продавить прокладку для обеспечения герметичности стыка. Нижние части гильз уплотнены двумя резиновыми кольцами, установленны­ми в канавках. Внутри блока при от­ливке предусмотрен канал 4 (централь­ный распределительный) с выпускными отверстиями для подвода воды оди­наковой температуры к каждому ци­линдру, а также просверлен канал под­вода масла к коренным подшипникам (главная масляная магистраль).

Двигатели Д-144, Д-21 воздушного охлаждения имеют чугунный катер, к которому индивидуально шпильками 20 крепят оребренные чу­гунные цилиндры, т. е. двигатель не имеет блока цилиндров.

Головка цилиндров.Головка цилинд­ров служит крышкой, закрывающей цилиндры. Утракторных двигателей она чугунная.

Головка цилиндров имеет довольно сложную конструкцию, так как в ней размещены форсунки, гнезда клапа­нов, выполнены каналы для поступ­ления свежего заряда и отвода отрабо­тавших газов, камера сгорания и др. В местах расположения цилиндров в го­ловках предусмотрены углубления, ко­торые формируют камеру сгорания.

Внутри головки предусмотрены по­лости,называемые водяной рубаш­кой, в которую охлаждающая жидкость поступает из водяной рубашки блока. Однорядные двигатели имеют одну об­щую головку блока.

Точность обработки верхней плос­кости блока цилиндров и нижней плос­кости головки должна быть достаточно высокой, чтобы обеспечивалось плот­ное их взаимное прилегание. Между этими плоскостями устанавливают ста-

леасбестовую уплотняющую проклад­ку, предотвращающую прорыв газов наружу и исключающую проникновение охлаждающей жидко­сти и масла в цилиндры.

Гайки и болты крепления головки цилиндров к блоку затягивают равно­мерно в строго определенной последо­вательности специальным ди­намометрическим ключом. Последова­тельность затяжки — крест накрест от центра головки к периферии, как бы разглаживая головку и прокладку. При прогреве двигателя го­ловка цилиндров увеличивается в высо­ту и давление ее на блок также уве­личивается. Поэтому болты (шпильки) крепления головок следует затягивать на холодном двигателе.

Момент затяжки указывают в инст­рукции по эксплуатации. Обычно он равен 90...110Н-М (большее значение при температуре 20...25 °С).

В тракторных двигателях Д-240 головки чугунные единые на все цилиндры.

ЦИЛИНДРОПОРШНЕВАЯ ГРУППА

К цилиндропоршневой группе отно­сятся гильзы 8, поршни 7, поршневые пальцы 6 и кольца 10.

Цилиндры двигателя могут быть ра­сточены в блоке или выполнены (чаще всего) в виде специальных вставок — гильз. При использовании гильз повы­шается износостойкость двигателя и сокращается время его ремонта за счет выпрессовки изношенной и установки новой гильзы.

Гильзы цилиндровотливают из спе­циального чугуна и устанавливают в блок цилиндров. В рассматриваемыхконструкциях установлены мокрые гильзы. Они омываются снаружи охлаждающей жидкостью в рубашке охлаждения.

В двигателях воздушно­го охлаждения все гильзы сухие с вне­шним оребрением для лучшего охлаждения воздухом.

Внутреннюю поверхность цилиндра, служащую направляющей движения поршня, называют зеркалом цилиндра. С целью повышения износостойкости и долговечности эту поверхность зака­ливают с использованием токов высо­кой частоты или иногда лазерного луча, а затем тщательно шлифуют и полиру­ют для уменьшения трения.

Во время работы двигателя в верх­ней части цилиндров сгорает рабочая смесь, при этом выделяются продукты окисления — оксиды углерода, азота и сернистого газа, пары воды и другие ве­щества. При работе двигателя с охлаж­дающей жидкостью и маслом, темпера­туры которых 50...60°С, часть продук­тов окисления, особенно пары воды, конденсируются на стенках цилиндров, вследствие чего образуются кислоты, вызывающие коррозию цилиндров.

Помимо коррозии зеркало цилинд­ров подвергается механическому изна­шиванию вследствие проникновения в двигатель пыли. Интенсивность меха­нического изнашивания зеркала в верх­ней части цилиндра больше, чем в нижней, так как в верхней части дей­ствуют значительные силы N и выше концентрация кислот, вызывающих коррозию.

В верхней и нижней частях гильз с внешней стороны выполнены пояски. Они предназначены для центровки гильз в блоке за счет их плотной посадки и уплотнения стыков водяной рубашки.

Для уплотнения газового стыка гильзы с головкой цилиндров верхний буртикАгильзы выступает над плоско­стью блока на 0,05...0,15 мм, чтобы обеспечить надежное прижатие про­кладки головки блока.

В нижней части гильзы устанавлива­ют уплотнительные термостойкие ре­зиновые кольца, которые предотвра­щают попадание в картер охлаждаю­щей жидкости из водяной рубашки.

В тракторных двигателях Д-240гильзы мокрые из легированного чугу­на, запрессованы в блок верхней час­тью. Уплотняющее резиновое кольцо установлено в проточке блока в его нижней части

Размерные группы. Для обес­печения заданного зазора междугиль­зой и поршнем гильзы подразделяют на несколько размерных групп, обозначае­мых буквами. Для тракторных двигате­лей: М — малая группа, С — средняя, Б — большая. Соответствующую букву (метку) ставят на верхнем торце. Гильзы размерных групп различаются внутрен­ним диаметром на 0,05 мм. Поршни, комплектуемые с этими гильзами, вы­бирают тех же групп.

Поршеньвоспринимает давление га­зов во время рабочего хода и передает его через палец и шатун коленчатому валу. Поршень в цилиндре движется неравномерно, в результате чего возни­кают большие силы инерции, завися­щие от массы поршня и его ускорения. Кроме механических нагрузок поршень подвергается дей­ствию высоких температур в период сгорания топлива и расширения обра­зовавшихся газов. Охлаждение поршня происходит в основном через стенки цилиндра и частично поступающим при впуске свежим зарядом воздуха или горючей смеси.

В двигателях чаще всего устанавли­вают поршни, изготовленные из крем­нистого алюминия, который достаточ­но прочен и обладает малой массой, высокой теплопроводностью и хоро­шими антифрикционными свойствами. Для повышения прочности и надежно­сти поршни подвергают термической обработке — старению.

Части поршня. В поршне раз­личают днище, уплотняю­щую часть и на­правляющую часть (юбку). Для креп­ления с поршневым пальцем в пор­шне сделаны бобышки .В днище пор­шня у дизелей выполненафигурная выемка, котораяформирует камеру сгорания. Иногда на днище предус­матривают выточки для предотвраще­ния соприкосновения клапанов с пор­шнем.

В процессе работы поршни нагрева­ются неравномерно. Чтобы компенси­ровать разную степень расширения, поршни делают овальной и конусной формы. Диаметр холодного поршня по оси бобышек на 0,14...0,5 мм меньше его диаметра в поперечном направле­нии овальность поршня, поскольку расширение прямо пропорционально массе металла. Диаметр головки на 0,01...0,05 мм меньше диаметра юбки конусность поршня, так как верхняя

Поршни:

а —дизеля А-41; б — карбюраторного двигателя ЗМЗ-511; в — формы камер сгорания в поршнях различ­ных двигателей; / — днище; 2—камера сгорания; 3 — уплотняющая часть; 4 — направляющая часть; 5 — свер­ление в шатуне; 6— шатун; 7— подшипник верхней го­ловки шатуна; 8— бобышка; 9— канавка под масляное кольцо; 10— палец; 11 — стопорное кольцо; 12 — канав­ки под компрессионные кольца; 13 — маслосъемное кольцо; 14— отверстия для вывода масла; I—двигатели Д-144, Д-120; II-ЯМЗ, А-41, СМД; III-Д-240

часть больше нагревается. В области бобышек иногда делают углубления (холодильники X), благодаря которым тепловое расширение поршня в этой области уменьшается.

Выше бобышек (иногда и на направ­ляющей части) выполняют канавку 9 под маслосъемное кольцо 13. Внутри нее сделаны отверстия 14 для отвода со­скребаемого кольцом со стенок цилин­дра масла внутрь поршня. На внутрен­ней стороне нижней части юбки есть прилив (магазин М), срезая металл с ко­торого подгоняют поршни по весу.

Во многих двигателях ось бобышек смещают от оси поршня на 1...3мм. При подходе поршня к ВМТ и отходе от нее положение шатуна изменяется, что заставляет поршень оторваться от одной стенки цилиндра и с ударом прижаться к другой. Это явление назы­вают перекладкой поршня. Наличие сме­щения снижает ударный эффект.

Метки на поршне. На днище обычно выбивают следующие метки: направление установки (стрелка или надпись «Вперед»); размерная группа (см. метки гильзы); масса поршня. В отверстии бобышек краской разного цвета наносят метку размерной группы поршневого пальца.

Поршневые пальцысоединяют пор­шень с верхней головкой шатуна. Они должны быть легкими, прочными и из­носостойкими, так как во время работы подвергаются большим механическим нагрузкам (переменным по величине и направлению) и трению. Поэтому на­ружная поверхность пальца должна быть твердая, а сердцевина вязкая. Пальцы изготовляют из углеродистой и малоуглеродистой стали в виде пусто­телых труб. Наружную поверхность пальца цементируют и закаливают на глу­бину 1... 1,5 мм, а затем тщательно шли-

фуют и полируют. В основном в двига­телях рассматриваемых автомобилей применяют пальцы «плавающего» типа, которые могут поворачиваться и в верхней головке шатуна, и в бобыш­ках поршня. Это позволяет обеспечить равномерный износ пальца. Плаваю­щие поршневые пальцы фиксируются в поршне двумя стопорными кольцами. Пальцы изготовляют с высокой точ­ностью и подбирают к поршням и ша­тунам по размерным Размерную группу обычно наносят краской на внутренней повер­хности пальца.

При сборке палец, поршень и шатун комплектуют из деталей только одной группы. В холодном состоянии соедине­ние пальца с поршнем (в бобышках) должно быть с натягом, т. е. неподвиж­ное. При нагреве поршень расширяетсяи соединение становится подвижным. Во избежание задиров на сопряженных поверхностях сборку пальца с поршнем следует проводить при температуре поршня 55... 100 °С (в горячем масле).

Поршневые кольца,надеваемые на поршень, создают подвижное уплотне­ние между поршнем и цилиндром. Раз­личают компрессионные и маслосъемные поршневые кольца.

Компрессионные кольца обеспечивают создание давления в камере сгорания (компрес­сию, так как уменьшают прорыв газов из камеры сгорания в картер: верхнее кольцо — на 75 %, среднее — дополни­тельно на 20 % и нижнее — на 5 %. Эти кольца также отводят теплоту от голов­ки поршня к стенкам цилиндра.

Кольца изготавливают из специаль­ного легированного чугуна или стали. Разрез кольца, называемый замком, мо­жет быть прямым (наиболее распрост­ранен), косым или ступенчатым.

Компрессионные кольца обладают пружинящими свойствами, благодаря чему плотно прижимаются к стенке ци­линдра. Вместе с канавками поршня они образуют лабиринтное уплотнение. Для повышения уплотняющего

Поршневые кольца:

а —размещение колец в поршне; б—сечения компрессионных колец; в —типы замков; г — уплотняющее (Г) и на­сосное (II) действие компрессионных колец; д — типы и составные части колец; 1 — маслосъемное кольцо; 2, 3, 4— компрессионные кольца; 5—гильза цилиндра; 6— прокладка головки; 7—поршень; #—чугунное маслосъемное кольцо; 9— кольцо-скребок; 10— осевой расширитель; 11 — радиальный расширитель; 12— стальное кольцо в сборе

эффекта кольца и канавки дела­ют специального сечения. Кольцо тра­пецеидального сечения при движении поршня вниз выжимает­ся из канавки и плотно прижимается к стенке цилиндра. В кольце прямо­угольного сечения по внутренней его верхней кромке предусматривают вы­точку, что заставляет кольцо скручиваться и прижиматься нижним внешним краем к стенке ци­линдра (торсионные кольца). Выточки с внешней стороны уменьшают площадь соприкоснове­ния кольца со стенкой, что повышает давление кольца, обеспечивая плотное прижатие.

Насосное действие компрессионных колец заключается в сле­дующем. При движении поршня вниз кольцо прижимается к верхней стенке канавки. При этом соскребаемое со стенки цилиндра масло заполняет про­странство в канавке под и за кольцом. При изменении направле­ния движения (вверх) поршень прижи­мается к нижней поверхности кольца, выжимая масло в пространство над кольцом. Кольцо переме­щает эту порцию масла в верхнюю часть цилиндра. Благодаря этому эффекту масло постепенно (ход за ходом) попа­дает в камеру сгорания, где и сгорает. Чем больше износ колец, тем больше за­зоры между кольцом и канавкой порш­ня, тем заметнее данный эффект. Внеш­не это определяется по повышенному угару масла и сизому цвету дыма, выхо­дящего из системы вентиляции.

Зазор между кольцом и канавкой по высоте при сборке двигателя в холод­ном состоянии составляет 0,04...0,2 мм. Зазор в замке должен быть 0,15...0,8 мм. При установке колец на поршень их замки должны быть расположены по окружности на одинаковом расстоянии один от другого.

Стальные составные компрессион­ные кольца часто применяют в карбю­раторных двигателях. Эти кольца со­стоят из двух уплотняющих колец-скребков и двух расшири­телей (эспандеров) — осевого и радиального. Такие кольца хорошо прилегают к цилиндру и быстро прира­батываются.

Первое (верхнее) компрессионное кольцо работает в условиях высокой температуры, больших давлений и из­нашивается быстрее других. Наружную цилиндрическую поверхность первого кольца подвергают пористому хроми­рованию или напыливают молибденом. Пористая поверхность лучше удержи­вает смазочный материал, благодаря чему износостойкость первого кольца повышается. Остальные кольца покры­вают слоем олова для лучшей прира­ботки их к цилиндрам.

При изготовлении поршневые коль­ца подвергают сложной механической и термической обработке, что позволя­ет обеспечить наиболее выгодное рас­пределение давления внешней поверх­ности кольца на стенку гильзы, а сле­довательно, и увеличить срок службы кольца.

Маслосъемные кольца при движении поршня вниз (а также вверх) соскреба­ют излишки масла со стенок (зеркала) цилиндра и препятствуют проникнове­нию его в камеру сгорания. Затем через отверстия в стенках поршня масло по­падает внутрь последнего и далее — в картер. Эти кольца делают чугунными коробчатого сечения или стальными составными. Чугунное кольцо имеет две узкие кромки, кото­рые плотно прилегают к зеркалу ци­линдра. Между ними выполнены свер­ления или проточки, через которые масло отводится к поршню.

Составное маслосъемное кольцо ус­троено аналогично компрессионному.

В двигателях Д-144, Д-21А, Д-240 применено три компрессионных коль­ца прямоугольного сечения и два маслосъемных.

ШАТУНЫ

Шатун соединяет поршень с колен­чатым валом. Условия работы шату­на — большие нагрузки, изменяющиеся по величине и направлению. Шатун со­вершает сложные движения: верхняя головка вместе с поршнем движется возвратно-поступательно, нижняя го­ловка вращается вместе с шатунной шейкой коленчатого вала, стержень шатуна совершает сложное колебатель­ное движение. Он подвергается сжа­тию, изгибу и растяжению. Чтобы вы­держать такие нагрузки, шатун должен быть прочным и жестким, а для умень­шения сил инерции — легким.

Шатун штампуют из качественной хромистой стали и подвергают термо­обработке (закалке и отпуску). Его стержень имеет двутавровое сечение для увеличения жесткости.

В шатуне различают следующие час­ти: верхнюю головку, стержень и ниж­нюю головку. В верхнюю головку с за­прессованной в нее бронзовой втулкой устанавливают поршневой палец. Ниж­няя головка разрезная. Крышку ниж­ней головки крепят к стержню шатун­ными болтами. Внут­реннюю поверхность нижней головки («постель подшипников») тщательно обрабатывают вместе с присоединен­ной крышкой. Поэтому крышки и ша­туны нельзя переставлять и переворачи­вать.

Плоскости соединения крышки со стержнем шатуна также тщательно об­рабатывают. Иногда с целью более плотного прилегания на них выполняют елочные (мелкие) шлицы.

Шатунные болты изготавливают из легированной стали. Их поверхности термически обрабатывают и шлифуют. В отверстие крышки они входят с натя­гом (плотно) — призонные болты. На головках болтов выполненылыски для стопорения болта от проворачивания при его затяжке. Гайки болтов (или болты) затягивают исключительно ди­намометрическим ключом, создавая момент 80... 100 Н • м для ди­зелей, а затем шплинтуют и стопорят. Для многих современных двигателей резьбу болтов делают самостопорящей, что не требует дополнительных уст­ройств для предотвращения самоотво­рачивания (шайб, шплинтов и др.). Это обеспечивается выбором определенно­го угла нарезки резьбы.

В верхней головке шатуна сверху выполняют сверление, по которому капли масла попадают на пары палец — втулка. В стержнях шатунов многих двигателей также имеется сверление 5 (см. рис. 4.8), по которому масло от ша­тунного подшипника подается для сма­зывания этой пары.

Метки. На боковой поверхности нижней головки шатунов и их крышках указывают номер и массу шатуна (трех­значная цифра), на верхней головке — размерную группу втулки.