Устройство и принцип действия кривошипно-шатунного механизма

 
Рис. 16, Схемы кривошипно-шатунных механизмов

 
остов двигателя. Подвижные детали — поршень 6 с пальцем 12, шатун 13, коленчатый вал 3 и маховик 16. 
Наиболее распространенные схемы компоновок кривошипно-шатунных механизмов автомобильных двигателей представлены на рис. 16. При однорядных схемах расположения цилиндров их оси могут занимать вертикальное положение (рис. 16, а), быть наклоненными к вертикали под углом 20^-45° (рис. 16, б) и занимать горизонтальное положение (рис. 16, в). По первой схеме выполнены двигатели автомобилей ЗИЛ-157К, ГАЗ-52, ГАЗ-24 «Волга», по второй — двигатель автомобиля «Москвич-412», что позволило уменьшить его высоту, рациональнее расположить впускной трубопровод и оборудование двигателя. При горизонтальном расположении, цилиндров уменьшается высота двигателей, и их можно размещать под полом кузова (в автобусах). На схеме (рис. 16, г) представлен двигатель с двухрядным расположением цилиндров. У большинства V-образных двигателей оси цилиндров расположены под углом 90° (двигатели ЗИЛ-130, ЯМЗ-236). Двигатели, оси цилиндров которых расположены под углом 180°, называются двигателями с противоположно движущимися поршнями (рис. 16, д).

 
Рис. 17. Блок цилиндров, гильза, крышка распределительных шестерен и головка  блока двигателя ЗМЗ-53

 
конструкции. Спереди к блоку  цилиндров крепят крышку 1 (рис. 17) распределительных  шестерен. 
Головка блока цилиндра закрывает цилиндры сверху и служит для полного или частичного размещения камеры сгорания (в некоторых двигателях значительная часть камеры сгорания расположена в поршне). Камеры сгорания имеют различную форму, обеспечивающую эффективное протекание процесса, сгорания. Головки блока цилиндров изготовляют из алюминиевого сплава, обеспечивающего интенсивный отвод тепла. В головке 3 расположены камеры сгорания 7, в которые вставлены изготовленные из специального чугуна седла // клапанов. Кроме того, в головке выполнены каналы 6 и 8 для подачи горючей смеси, а также рубашка для охлаждающей жидкости с входными 4, 10 и выходными 5, 9 отверстиями. Головка прикреплена к блоку шпильками 13 и прижимает каждую гильзу цилиндров к специальным выточкам в блоке. Плоскость стыка головки и блока уплотнена сталеасбестовой прокладкой 2. Гайки шпилек головки блока затягивают соответствующим моментом только на холодном двигателе и в строго определенной последовательности, чем достигается надежное уплотнение стыка. 
Поршни воспринимают при рабочем ходе значительные усилия от расширяющихся газов. Поэтому они должны быть достаточно прочными. Для уменьшения сил инерции, действующих на поршни вследствие непрерывно изменяющейся скорости движения, их массы должны быть как можно меньшими. Для удовлетворения этих противоречивых требований поршням придается рациональная форма и их изготовляют из соответствующих материалов. Поршни подвергаются воздействию высоких температур, так как непосредственно соприкасаются с горячими газами. С целью отвода тепла поршни имеют внутренние охлаждающие ребра, одновременно повышающие их прочность. 
Поршни большинства современных автомобильных карбюраторных двигателей и дизелей изготовлены из алюминиевого сплава. Такие поршни обладают достаточной прочностью, высокой теплопроводностью и хорошими антифрикционными свойствами. Днище поршня выполняют плоским, выпуклым, вогнутым и фигурным. 
Поршень двигателя ЗИЛ-130 имеет плоское днище 4 (рис. 18, а), воспринимающее давление газов, головку 5 и юбку 6. В головке выточены канавки 2 для поршневых колец. В нижней канавке выполнены дренажные отверстия. Снизу днище поршня снабжено ребрами/. В бобышках 3 сделаны отверстия для поршневого пальца. Юбка 6 соприкасается со стенками цилиндра и передает на них боковые усилия. 
Поршень подбирают к цилиндру так, чтобы между юбкой и стенками цилиндров был минимальный зазор. Чтобы на прогретом двигателе поршни из алюминиевого сплава при расширении не заклинивались в чугунных гильзах, применяют ряд мер: на юбке поршня делают разрезы различной формы (по всей длине, П- и Т-образные); юбке в поперечном сечении придается овальная форма, а в продольном сечении — конусная; в юбку вставляют компенсирующие вставки из материалов с малым коэффициентом линейного расширения, огранивающие ее расширение; направляющую часть юбки изолируют от более горячей части поршня холодильниками — местными углублениями, не соприкасающимися со стенками цилиндров. Для лучшей

 
Рис. 18. Поршень двигателя ЗИЛ-130: 
а — общий вид; б — поршневые кольца; в — размещение колец в поршне

 
работы цилиндра поверхность юбки поршня покрывают тонким слоем олова.

 
Рис. 19. Детали кривошипно-шатунного  механизма двигателя ЗИЛ-130

 
из качественных сталей. Шатун состоит  из верхней головки 7, которая соединена  пальцем с поршнем, стержня 8 и  нижней головки 10. Для увеличения прочности  стержень шатуна обычно имеет двутавровое  сечение, расширяющееся книзу. Нижнюю головку делают разъемной. Съемная  половина // нижней головки, называемая крышкой шатуна, прикреплена к  шатуну болтами 9.

 
коленчатый вал которого вращается  с угловой скоростью 630 рад/с, равен 0,005 с. Чтобы улучшить наполнение цилиндров  и их очистку, время впуска и выпуска  стремятся увеличить. Поэтому продолжительность  фаз впуска и выпуска делают больше 180° за- счет того, что моменты  открытия и закрытия клапанов не совпадают  с положениями поршня в в. м. т. и н. м. т. 
Впускной клапан начинает открываться за 10—30° до момента достижения поршнем в. м. т. В этом случае для заполнения свежим зарядом цилиндра, давление в котором превышает атмосферное, используется инерционный напор горючей смеси или воздуха во впускном трубопроводе. Закрывается впускной клапан после 40—70° с момента достижения поршнем н. м. т. Заполнению цилиндра в этом случае благоприятствует некоторое разрежение в конце такта впуска, а также инерционный напор горючей смеси или воздуха во впускном трубопроводе. За время запаздывания закрытия впускного клапана в цилиндр поступает 10—15% заряда. Таким образом, фаза впуска у современного автомобильного двигателя в среднем составляет 230—280°. 
Примерно такая же продолжительность фазы выпуска. Выпускной клапан открывается за 40—60° до достижения поршнем н. м. т., когда давление отработавших газов в цилиндре составляет 300—500 кН/м3. Под действием такого давления основная масса (60—70%) отработавших газов успевает удалиться из цилиндра до того, к^ак поршень дойдет до н. м. т. Поэтому при движении поршня от н. м. т, к в. м. т. им затрачивается меньшая работа на выталкивание отработавших газов. Закрывается выпускной клапан через 15—20° после в.м.т., что позволяет использовать повышенное давление в цилиндре в конце выпуска для улучшения очистки его от отработавших газов. 
Фазы газораспределения изображаются круговой диаграммой, называемой диаграммой газораспределения. На рис. 23 приведена диаграмма газораспределения двигателя автомобиля ГАЗ-53А, из которой видно, что при положении поршня, близком к в. м. т., оба, клапана приоткрыты. Это явление называется перекрытием клапанов. Оно длится в течение очень небольшого промежутка времени. Поэтому за это время не происходит ни перемешивания потоков отработавших газов и свежего заряда, ни утечки горючей смеси с отработавшими газами.