2.2. Кривошипно-шатунный механизм

Кривошипно-шатунный механизм (КШМ) преобразует возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение коленчатого вала.

Все детали КШМ делятся на подвижные и не­подвижные. К непод­вижным дета­лям относятся блок цилиндров, го­ловка блока цилиндров и картер, которые образуют остов двигателя.

П ри одно­рядном расположении цилин­дров их оси могут занимать вертикаль­ное положение (а), могут быть расположены под углом к верти­кальной оси (б). Наклонное расположение цилиндров двигателя позволяет умень­шить его высоту, рацио­нальнее расположить впуск­ной трубопровод и другое оборудование.

Многоцилиндровые двигатели имеют, как правило, двухрядное рас­положение ци­линдров. У большинства та­ких (V-образных) двигателей оси цилиндров распо­ложены под углом 90° (в), у оппозит­ных двигателей с про­тивоположно движущимися поршнями (г) оси цилиндров распо­ложены под углом 180°.

П ри двухрядном V-образном расположении цилиндров двига­тель имеет большую жесткость конструкции, меньшие размеры и массу, чем однорядный той же мощности. Жесткий коленчатый вал (вследствие уменьшения его длины) допускает работу без га­сителя крутильных коле­баний и позволяет форсировать двигатель по степе­ни сжатия. К недостат­кам V-образных двигателей можно отнести их значительную ширину и бо­лее сложную конструкцию.

При оппозитном расположении цилин­дров резко уменьша­ется вы­сота двигателя и его можно устанавливать под полом кузо­ва.

К подвижным деталям КШМ отно­сятся поршни 1, уплотняемые в цилиндре ком­прессионными и маслосъемными коль­цами и соединяемые пальцами с шатунами 2, ко­ленчатый вал 3 и маховик 4.

2.3. Газораспределительный механизм

Газораспределительный механизм (ГРМ) обеспечивает своевремен­ный впуск го­рючей смеси или воздуха (у дизелей) в цилиндр и удаление из камер сгорания отрабо­тавших газов.

Четырехтактные автомобильные дви­гатели имеют клапанные ГРМ, в которых впуск горю­чей смеси и выпуск отработавших газов происходит при помощи впускных и вы­пускных клапанов.

В зависимости от расположения кла­панов различают ГРМ с ниж­ними клапанами, рас­положенными в блоке цилиндров и с верхними клапа­нами, размещенными в головке блока.

При размещении клапа­нов в головке блока камера сгорания имеет наиболее ра­циональную форму и меньшую площадь поверхности те­плоот­дачи, что благоприятно отражает­ся на рабочем цикле; улучшается напол­нение цилиндров горючей смесью или воздухом; удобнее регулировать кла­паны. Однако такой ГРМ сложнее, более металло­емок и имеет боль­шую стоимость, чем меха­низм с нижними клапанами.

Основными частями ГРМ являются привод, передаточные детали и клапан­ная группа. Привод состоит из собственно механизма привода и распределительного вала. Детали передачи – толкатель 2, штанга 3, коро­мысло 5. Клапанная группа включает в себя клапан 9, направляю­щую втулку, пружину 8 и замок пружи­ны.

Кулачки 1 распределитель­ного вала, вращаясь, под­нимают толкатели 2, движение которых че­рез штанги 3 пере­дается коромыс­лам 5. Коромысла 5 на­деты на ось 6, закре­пленную на головке цилин­дров. Совершая коле­ба­тельные движения, коромысла 5 непо­средст­венно воз­дей­ствуют на стержни клапа­нов 9, заставляя по­следние от­крываться и за­крываться в нужные моменты времени.

Обращенное к штанге 3 ко­роткое плечо коромысла 5 снаб­жено регулиро­вочным винтом 4, вращением кото­рого можно регу­лировать тепловой зазор клапана.

На концах стержней клапанов предусмотрены ка­навки под установку опорных та­релок 7 с сухарями для фик­сации пружин 8. Пружины 8 прижимают тарелки кла­панов уплотняющими поверхностями к седлам, обеспе­чивая тем самым герметичность камер сгорания.

Клапаны движутся в направляющих втулках, кото­рые поддерживают клапан в правильном положении относительно седла, обеспечивают его свободное передвижение и отводят избыток тепла. Втулки запрессованы в головку цилиндров.

На втулки надеты маслоотражательные колпачки, использование которых позво­ляет снизить расход масла, связан­ный с проникновением его в камеры сгорания.

В ерхнее расположе­ние распредели­тель­ного вала применяют в высо­кооборот­ных дви­гателях, так как в этом слу­чае движение пере­да­ется от кулачка непосред­ственно че­рез коро­мысло или толкатель на кла­пан, что по­зволяет исключить промежуточные де­тали, имеющие воз­вратно-поступа­тельное движение и большие силы инерции.

Распределительный вал при нижнем расположении чаще приводится от шестерни коленчатого вала. При боль­шом удалении распредели­тель­ного и коленчатого валов вво­дится промежуточная шестерня или цепная пере­дача. Распределительные валы при верхнем расположении приводятся с помощью цилиндрических шестерен, зубчатого ремня или цепи.

При рассмотрении рабочих циклов двигателей условно было при­нято, что откры­тие и закрытие клапанов происхо­дит в момент нахождения поршня со­ответственно в ВМТ или в НМТ. В дей­ствительности моменты открытия и закрытия клапанов не совпа­дают с по­ложением поршней в мертвых точках.

Моменты открытия и закрытия клапанов, выра­женные в градусах угла поворота колен­чатого вала по отношению к соответ­ствую­щим мертвым точкам, называют фазами газораспределения и изображают в виде круговых диаграмм.

Впускной клапан открывается (точка 1) с опережением (угол α), до прихода поршня в ВМТ. Вслед­ствие этого в начале движения поршня вниз впускной клапан бу­дет уже от­крыт на значительную величину, и наполне­ние цилиндра горючей сме­сью или воздухом улуч­шится.

Закрывается впускной клапан (точка 2) с запаздыванием (угол δ), когда поршень прохо­дит НМТ и уже поднимается вверх, совершая такт сжатия. В это время впускной клапан еще открыт, а горючая смесь или воздух по инер­ции заполняют ци­линдр.

Выпускной клапан открывается (точка 3) до прихода поршня в НМТ с опереже­нием (угол γ). Поршень еще движется вниз, а отработавшие газы уже начинают вы­ходить из цилиндра, так как давление в нем больше атмо­сферного. Вследствие этого при движе­нии поршня вверх, во время такта выпуска, на вытал­кивание отработавших га­зов из ци­линдра затрачивается меньше мощности.

Закрытие выпускного клапана (точка 4) происхо­дит с запаздыванием (угол β) — после перехода поршнем ВМТ. В этом случае используется инерционное движение по­тока отработавших газов в выпускном трубопро­воде.

По диаграмме фаз газораспределения ви­дно, что в течение некото­рого времени, за которое коленчатый вал поворачи­вается на угол, равный сумме углов (α + β), открыты оба клапана – впускной и выпускной. Этот период называют перекрытием клапанов.

Для правильной установки фаз газо­распределения распределитель­ные зуб­чатые колеса двигателя необходимо точно соединять по меткам.