Двс основные детали: Основные детали двигателя автомобиля / Двигатель / Автозапчасти / Технический центр «Гвардейский» – Основные детали двигателей внутреннего сгорания
- 20.06.2020
Основные детали двигателей внутреннего сгорания
Фундаментная рама является основанием двигателя и состоит из двух продольных балок коробчатого или двутаврового сечения, на которые устанавливаются стойки и станины, и нескольких поперечных балок необходимой формы для установки рамовых подшипников. Фундаментные рамы могут быть сварными или литыми (стальными, чугунными). Они бывают закрытые и открытые, цельные и составные. Нижняя часть закрытой фундаментной рамы, т. е. поддон, выполнена за одно целое с продольными балками. Между поперечными балками вращаются кривошипы (мотыли) коленчатого вала, поэтому пространства между ними и продольными балками называют мотылевыми колодцами. Поперечные балки в нижней части имеют отверстия для перетекания масла из одного мотылевого колодца в другой. В быстроходных и легких двигателях применяют так называемые картерные рамы, позволяющие устанавливать блок цилиндров непосредственно на раме, в результате чего отпадает необходимость в станине. На рис. 55 показан общий вид фундаментной рамы. По блокам рамы по всей длине имеются горизонтальные полки с приливами, в которых сделаны отверстия для болтов, крепящих фундаментную раму к судовому фундаменту.
Рис. 55. Общий вид фундаментной рамы двигателя.
Станина двигателя устанавливается на фундаментную раму и соединяется с ней болтами. Станины бывают цельными и составными и могут иметь различную конструкцию. Некоторые двигатели большой мощности имеют станины открытого типа в виде соединенных между собой вверху и внизу колонн. Сверху на колонны устанавливают цилиндры двигателя.
На рис. 56 показана литая станина 3 мощного двигателя, которая так называемыми анкерными связями — длинными стяжными шпильками 1 — соединяется с рубашками цилиндров 2 и фундаментной рамой 4 в одно целое.
Рис. 56. Литая станина мощного двигателя.
Рабочие цилиндры изготовляют каждый в отдельности или в виде блочной конструкции. Конструкция отдельного цилиндра четырехтактного двигателя показана на рис. 57. Цилиндр состоит из рубашки 1 (или блока цилиндров) и рабочей втулки 2, запрессованной в расточку рубашки и опирающейся буртиком 9 на верхний кольцевой выступ рубашки. Между рубашкой и втулкой образуется замкнутая полость — зарубашечное пространство, куда непрерывно нагнетается насосом циркулирующая охлаждающая вода; через отверстие 3 вода вначале попадает в нижнюю часть зарубашечного пространства, а затем поднимается и переходит через отверстие 8 в полость охлаждения крышки цилиндра. Рубашка имеет фланец 4, которым цилиндр соединен со станиной двигателя. В нижней части рубашки расположен поясок 6 для фиксирования положения втулки. В пояске делают кольцевую выточку, в которую укладывают резиновые кольца 5 круглого сечения, что обеспечивает плотность соединения, т. е. предотвращает проникновение охлаждающей воды из зарубашечного пространства в картер двигателя. Для очистки и осмотра зарубашечного пространства в наружной рубашке предусмотрены горловины 7, плотно закрываемые крышками. Если рубашки цилиндров выполнены за одно целое, то такая общая конструкция называется блоком цилиндров.
Рис. 57. Цилиндр четырехтактного двигателя.
Рабочие цилиндры двухтактных двигателей отличаются от рабочих цилиндров четырехтактных тем, что имеют окна для подвода продувочного воздуха и удаления отработавших газов. Это приводит к необходимости обеспечивать уплотнение между втулкой и рубашкой не только в нижней ее части, но и в районе окон. В канавки, прилегающие к окнам, закладывают медные кольца, а в остальные канавки— резиновые кольца.
Крышка цилиндра — наиболее ответственная и сложная по конфигурации деталь двигателя. Она должна выдерживать высокое давление и температуру. Если две или более крышек выполнены за одно целое, то такая деталь называется головкой блока. Самой сложной по конфигурации является крышка четырехтактного двигателя, где кроме отверстий для форсунки и клапанов имеются канал для подвода воздуха к пусковому клапану и каналы для газообмена между цилиндром и атмоферой.
Простейшая конструкция крышки цилиндра двухтактного двигателя показана на рис. 58. Крышка имеет центральное отверстие в котором устанавливают объединенные в одном корпусе форсунку и пусковой клапан. В кольцевом пространстве 2 циркулирует охлаждающая вода. Крышка крепится к цилиндру при помощи шпилек 3. Для увеличения жесткости во внутренних полостях крышки имеются ребра 4. Уплотнение крышки осуществляется при помощи буртика 5, входящего в кольцевую выточку фланца цилиндра. В выточку для уплотнения устанавливают медное отожженное кольцо.
Рис. 58. Простейшая конструкция крышки цилиндра двухтактного двигателя.
Основные подвижные детали двигателя входят в состав кривошипно-шатунного механизма, назначение которого — преобразование возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение коленчатого вала. Кривошипно-шатунный механизм тронковых двигателей состоит из поршня, поршневого пальца, поршневых колец, шатуна и коленчатого вала. В крейцкопфных двигателях в состав кривошипно-шатунного механизма входят, кроме того, поршневой шток и поперечина (крейцкопф) с ползунами. Крейцкопфом называется узел, соединяющий нижнюю часть штока с верхней головкой шатуна.
Поршень тронкового двигателя, выполняющий дополнительно функции ползуна, имеет сравнительно длинную направляющую часть, называемую «юбкой» или тронком. Поршень тронкового двигателя соединен с шатуном шарнирно — при помощи поршневого пальца. На рис. 59 показано устройство тронкового поршня, у которого головка 3 и тронк 1 отлиты за одно целое. Применяется наиболее часто такой способ установки поршневого пальца 5 в бобышках направляющей части поршня, когда он может свободно проворачиваться вокруг своей оси, но лишен возможности передвигаться вдоль оси. Такой палец называется плавающим. В верхних канавках 4 поршня установлены уплотнительные поршневые кольца 2, а в нижней части — маслосъемные кольца 6.
Рис. 59. Поршень тронкового двигателя.
На рис. 60 показана конструкция поршня крейцкопфного двигателя. Вогнутое днище 1 поршня подкреплено ребрами 2. В верхних канавках поршня установлены уплотнительные кольца 3, а в нижней части — маслосъемные кольца 4. Поршень соединен со штоком 6 при помощи шпилек 5 фланцем 7. Диск 8 закрывает внутреннюю полость поршня, охлаждаемую водой.
Рис. 60. Поршень крейцкопфного двигателя.
Маслосъемные кольца имеют обычно скос на наружной поверхности. Благодаря этому при ходе поршня вниз маслосъемные кольца удаляют с поверхности цилиндра излишки смазочного масла, а при ходе вверх свободно проскальзывают по масляному слою.
Поршневой шток крейцкопфного двигателя соединен с поперечиной крейцкопфа фланцем или конусным соединением. Для уменьшения массы шток часто выполняют полым.
Крейцкопф состоит из поперечины и присоединенных к ней башмаков (ползунов). Поперечина имеет две цапфы для соединения с вилкой шатуна. Рабочую поверхность башмаков заливают баббитом. Крейцкопфы реверсивных двигателей имеют башмаки с обеих сторон. Для соединения с поршневым штоком поперечина имеет конусное отверстие, соответствующее конусу поршневого штока, или пятку для соединения с фланцем штока.
Шатун двигателя передает усилие от поршня коленчатому валу двигателя. На рис. 61 показан шатун тронкового двигателя. Он состоит из трех основных частей — нижней головки с мотылевым подшипником, стержня и верхней головки с головным подшипником. В неразрезной верхней головке устанавливают путем запрессовки головной подшипник 12, имеющий вид втулки. Эта втулка может фиксироваться шпонкой и пластиной 11 для обеспечения неизменного положения в головке. Стержень шатуна имеет центральное отверстие 10 для подачи под давлением смазки к головному подшипнику. Мотылевый подшипник состоит из двух половин 2 и 4, рабочая поверхность которых залита антифрикционным сплавом. Выступ 1 разгружает винты 7 от срезывающих усилий и служит также для центровки стержня с мотылевым подшипником. Изменяя толщину прокладки 9, установленной между пяткой шатуна и верхней половиной мотылевого подшипника, можно регулировать объем камеры сгорания. Набор прокладок 3 в разъеме мотылевого подшипника служит для установки и регулирования масляного зазора между мотылевой шейкой коленчатого вала и подшипником; прокладки фиксируют шпильками 8 и винтами 7. Обе половины мотылевого подшипника стягиваются двумя шатунными болтами 6, которые имеют три посадочных пояска и крепятся корончатыми гайками 5. У быстроходных дизелей наличие прокладок в разъеме мотылевого подшипника не допускается.
Шатуны крейцкопфного двигателя отличаются от шатунов тронкового тем, что имеют два головных подшипника, соединяющихся с цапфами поперечины крейцкопфа, если шатун имеет вильчатую форму.
Коленчатый вал — одна из самых ответственных и дорогостоящих деталей двигателя. Валы изготовляют из высококачественной стали, а также отливают из модифицированного и легированного чугуна. В зависимости от конструкции и числа цилиндров коленчатый вал может иметь разное число колен (кривошипов). Кривошипы вала развертывают по отношению друг к другу на определенный угол, который зависит от числа цилиндров и от тактности двигателя. Коленчатые валы чаще всего бывают цельноковаными и реже сборными, состоящими из двух-трех отдельных частей, соединенных между собой фланцами.
Основными элементами коленчатого вала (рис. 62, а) являются рамовые или коренные шейки 1, мотылевые или шатунные шейки 2 и щеки 3, соединяющие шейки между собой. Иногда для уравновешивания сил инерции вращающихся масс к щекам 1 крепят противовесы 2 (рис. 62, б). Мотылевые шейки коленчатого вала охвачены подшипником нижней головки шатуна, а рамовые шейки опираются на рамовые подшипники, установленные в фундаментной раме двигателя. Смазка шеек осуществляется так: к рамовым шейкам масло подается под давлением через отверстие в крышке подшипника и верхнем вкладыше, а затем через сверление в щеке (рис. 62, в) направляется к мотылевой шейке.
Рис. 62. Коленчатый вал двигателя.
В коленчатых валах с полыми шейками масло поступает на рабочие поверхности мотылевых шеек через полости рамовых шеек и радиальные отверстия, выполненные в мотылевых шейках. Для предотвращения утечки масла из полостей шеек последние с торцов закрыты заглушками, стянутыми болтами или шпильками.
СУДОРЕМОНТ ОТ А ДО Я.: Остов ДВС.
Остов ДВС состоит из следующих основных деталей: фундаментной рамы, станины, рабочих цилиндров и цилиндровых крышек. Все эти детали при помощи болтов и шпилек плотно соединяются между собой, образуя прочную и жесткую конструкцию, воспринимающую нагрузку от массы двигателя и усилия от давления газов, передаваемые через движущиеся детали.Фундаментная рама служит основанием двигателя, на котором устанавливается станина. Она представляет собой опору для рамовых подшипников, на которые укладывается коленчатый вал двигателя. Рама должна выполняться герметичной, так как служит емкостью (картером) для масла, стекающего из системы смазки и охлаждения поршней. Фундаментные рамы в зависимости от их конструкции, технологии изготовления и применяемого материала могут быть цельными или составными, литыми или сварными, чугунными, стальными или из легких сплавов.
Фундаментные рамы судовых ДВС отливаются в основном из серого чугуна. Однако в последнее время нередко применяют стальные сварные конструкции. Рамы длиной более 4— 5 м изготавливают составными из нескольких частей, жестко соединяемых между собой болтами.
На рисунке показана цельная литая чугунная фундаментная рама 4 четырехцилиндрового двигателя, состоящая из двух продольных 6 и пяти поперечных 3 балок. Крепление рамы к судовому фундаменту осуществляется при помощи полок 5, имеющих отверстия для отжимных и крепежных болтов, часть из которых изготавливается калиброванными (призонными). Призонные болты фиксируют раму на фундаменте в строго определенном положении. Рама двигателя устанавливается на судовой фундамент на клиньях, планках и сферических прокладках.
В поперечных балках фундаментной рамы, которые подкрепляются ребрами жесткости, расположены постели для вкладышей рамовых подшипников 2, закрытых крышками 1.
Крышки крепятся к поперечным балкам при помощи шпилек. Снизу фундаментная рама имеет поддон, вместе с поперечными балками образующий отсеки (колодцы), соединенные между собой (для перетока масла). Внутренние полости отсеков отделяются от поддона сетками. Для уменьшения массы рамы поддон изготавливают отдельно из листовой стали толщиной 2—3 мм и прикрепляют к ней болтами или при помощи сварки.
В настоящее время большинство главных двигателей выполняются с сухим картером, а маслосборная цистерна для циркуляционного масла располагается под ним.
Для снижения вредного действия вибрации и уменьшения шума во время работы вспомогательные ДВС часто устанавливают на фундаменте с помощью пружинных или резино-металлических амортизаторов.
Рамовые подшипники служат опорой коленчатого вала и воспринимают усилия, передаваемые шатуном фундаментной раме. Рамовый подшипник показан на рисунке:
Он состоит из верхнего 6 и нижнего 8 вкладышей, залитых антифрикционным сплавом 3 (баббитом Б83). Нижний вкладыш устанавливается в постели, расположенной в фундаментной раме 9, верхний — в крышке 4, крепящейся к раме при помощи шпилек 7 с гайками, которые после затяжки должны быть зашплинтованы. Оба вкладыша имеют заплечики 1, предотвращающие их перемещение в осевом направлении. Между торцами верхнего и нижнего вкладышей устанавливается набор латунных прокладок 2 разной толщины, предназначенных для установки и регулирования зазора между вкладышами и шейкой коленчатого вала. Смазочное масло к рамовому подшипнику подводится по трубке и штуцеру 5, который ввинчивается в крышку 4. Нижним концом штуцер входит в отверстие верхнего вкладыша, тем самым предохраняя его от проворачивания в постели.
Существуют и другие стопорные приспособления от проворачивания вкладышей подшипников. При отсутствии специального упорного подшипника один из рамовых, обычно ближайший к маховику, выполняет его функции. Он называется установочным и предотвращает осевое перемещение коленчатого вала. Длина этого вкладыша равна длине рамовой шейки. Остальные рамовые вкладыши делаются несколько короче для обеспечения беспрепятственного удлинения коленчатого вала при его нагревании. Торцевые поверхности установочного подшипника являются упорными и залиты антифрикционным сплавом. В качестве антифрикционного материала для наплавки вкладышей подшипников, кроме баббита, используется свинцовистая бронза и некоторые другие сплавы на основе алюминия и др.
Наиболее широко в судовых двигателях используются баббиты. Но они надежно работают при сравнительно небольших удельных давлениях (до 20 МПа) и невысоких температурах нагрева (до 100 С). Подшипники из свинцовистой бронзы выдерживают удельные давления до 50 МПа и нагрев до 200 С. Недостатком этих подшипников является плохая их приработка, поэтому необходима точная обработка вкладышей и тщательная их установка. Шейки коленчатого вала должны иметь поверхностную закалку, чего не требуется при заливке вкладышей баббитом.
Станина служит опорой для цилиндров двигателя, скрепляет их в одну жесткую конструкцию и образует закрытую камеру для кривошипно-шатунного механизма. В крейцкопфных двигателях станина, кроме того, воспринимает давление газов через параллели. В зависимости от конструкции и технологии изготовления станины бывают цельные или составные, литые или сварные. Материалом для изготовления станин служит в основном чугун или сталь.
Станины в судовых двигателях применяются двух основных типов: в виде отдельных колонн или стоек, закрытых съемными щитами и люками, и в виде закрытой коробки (картерный тип). Станины первого типа используются в тихоходных судовых крейцкопфных двигателях большой мощности. При такой конструкции литые чугунные колонны располагаются над каждым рамовым подшипником в плоскости, параллельной движению кривошипов, и крепятся внизу к общей фундаментной раме.
Конструкция станины в виде колонн удобна для осмотра и разборки деталей движения и подшипников ДВС. В двигателях тронкового типа станины для увеличения жесткости выполняют в виде коробок, представляющих собой цельную отливку для всех цилиндров. В двигателях малой и средней мощности широко применяется блок-картер, отливаемый заодно с рубашками цилиндров, или общий блок картера с фундаментной рамой. Во время работы двигателя станина и цилиндры (блоки цилиндров) испытывают действие растягивающих усилий в результате давления газов на крышки цилиндров. Для разгрузки этих деталей от растягивающих усилий используют анкерные связи, изготавливаемые из высокосортной стали.
Анкерные связи:
Длинные анкерные связи 1, имеющие резьбу на обоих концах, проходят через отверстия в фундаментной раме 4, станине 3 и цилиндре (блоке цилиндров) 2. Анкерные связи стягивают эти детали при помощи гаек, которые после затяжки шплинтуются.
Рабочие цилиндры являются очень ответственной деталью двигателя. В них совершаются рабочие циклы, в течение которых давление и температура газов изменяются в широких пределах.
Цилиндры судовых двигателей состоят, как правило, из внутренней части (рабочей втулки) и наружной рубашки. Между рабочей втулкой и рубашкой образуется полость, служащая для постоянной циркуляции охлаждающей воды во время работы двигателя. Она называется зарубашечным пространством. Цилиндры двигателей могут быть отлиты и установлены на станину каждый отдельно или в виде одной общей отливки, образующей цилиндровый блок, что значительно повышает жесткость конструкции, одновременно уменьшая ее массу. Одиночные цилиндры применяются сравнительно редко, главным образом в тихоходных двухтактных ДВС большой мощности.
В настоящее время в судовых двигателях наиболее часто используется блочная конструкция цилиндров. Для облегчения изготовления блок цилиндров может быть выполнен из нескольких частей, которые при сборке двигателя жестко соединяются между собой. Рубашки или блоки четырехтактных двигателей отличаются от блоков двухтактных тем, что последние имеют полости для подвода продувочного воздуха и отвода отработавших газов.
Цилиндр тихоходного двухтактного ДВС с прямоточной клапанной продувкой показан на рисунке:
В рубашке 1 установлена съемная рабочая втулка 2, которая своим верхним фланцем плотно садится на кольцевой выступ рубашки, а нижней частью входит в ее отверстие. Для предотвращения попадания охлаждающей воды в картер двигателя в нижней части рабочей втулки с наружной стороны устанавливают уплотнительные резиновые кольца 10. Подача смазочного масла в цилиндры осуществляется по штуцерам 8, которых может быть от двух до восьми. Продувка цилиндра осуществляется через окна 9, а удаление отработавших газов производится через выпускной клапан, установленный в отверстии 4 крышки цилиндра. Осмотр и очистка зарубашечного пространства от осадков и накипи производится через отверстия (с люками) 3.
В нижней части рубашки цилиндра находится отверстие для подвода охлаждающей воды в зарубашечное пространство, поступающей через выходной канал 7 и переливной патрубок 6 в полость охлаждения 5 крышки цилиндра и далее в отливной трубопровод.
Рабочие втулки, непосредственно соприкасающиеся с охлаждаемой водой, называются мокрыми. Сухие втулки (не соприкасающиеся с водой) в судовых двигателях не применяются.
На рисунке показан цилиндр четырехтактного ДВС, состоящий из рубашки 1 и съемной рабочей втулки 2, опирающейся своим буртиком (верхним фланцем) 9 на выточку в верхней части рубашки. Положение рабочей втулки в нижней части фиксируется направляющим пояском 5. Между ним и втулкой устанавливаются уплотнительные резиновые кольца 6 круглого сечения, предотвращающие попадание воды в картер. Рубашка цилиндра имеет фланец 4 для крепления к станине, горловины 7 для осмотра и очистки зарубашечного пространства, а также отверстия 3 и 8 для подвода охлаждающей воды в зарубашечное пространство и отвода ее в полость охлаждения крышки цилиндра.
Материалом для изготовления рубашек отдельных цилиндров и блоков цилиндров служит серый и легированные чугуны, литая сталь и алюминиевые сплавы. Рабочие втулки изготавливаются из легированного чугуна и реже отливаются из стали. Внутреннюю часть рабочей втулки шлифуют до зеркального блеска и подвергают специальной обработке. На зеркало чугунной втулки часто наносят тонкий слой хрома, а зеркало стальной — цементируют, азотируют или закаливают токами высокой частоты.
Крышки рабочих цилиндров служат для плотного их закрытия и образования над поршнем камер сгорания. Они изготовляются отдельно для каждого цилиндра или в виде блока (для быстроходных двигателей малой мощности). Материалом для изготовления крышек служит в основном высококачественный чугун, реже сталь и легкие сплавы. На крышке четырехтактного двигателя устанавливаются форсунка, впускной, выпускной, пусковой и предохранительный клапаны и стойки осей клапанных рычагов. Крышка двухтактного двигателя проще по конструкции, так как на ней размещаются лишь форсунка, пусковой и предохранительный клапаны. Исключение составляют двухтактные двигатели с прямоточной клапанной продувкой, на крышках которых дополнительно устанавливается выпускной клапан.
Внутри крышки имеются полости для циркуляции охлаждающей воды и отверстия для ее подвода и отвода. По форме крышки бывают квадратные, шести- или восьмиугольные, но наиболее часто применяются цилиндрические. К цилиндрам (или блокам) они крепятся шпильками, проходящими через специальные отверстия в крышках.
На рисунке показана крышка цилиндра двухтактного двигателя, в которой имеется отверстие 5 для форсунки, крепящейся при помощи двух шпилек. Справа расположены отверстие 6 для пускового клапана и отверстие (малого диаметра) для крепления патрубка пускового воздуха. Крышка к блоку цилиндров крепится шпильками, для прохода которых имеются восемь отверстий 9. Охлаждающая вода из зарубашечного пространства в полость крышки подводится по переливному патрубку 2 и отводится через сливное отверстие 3 в отводящий трубопровод. Для осмотра и очистки охлаждающей полости крышки предусмотрены четыре люка 7. Отверстие 8 служит для установки индикаторного крана с предохранительным клапаном. Между крышкой и цилиндровой втулкой устанавливается уплотнительная красно-медная прокладка 1. В отверстие 4 устанавливается водяной термометр.
В двухтактных двигателях большой мощности применяются составные крышки, что делается для значительного уменьшения напряжений, возникающих в них под действием больших тепловых нагрузок.
Конструкции судовых двигателей внутреннего сгорания
Любой двигатель внутреннего сгорания имеет аналогичные по конструкции основные узлы и детали, а также механизмы и системы. Все они могут быть сгруппированы следующим образом (рис. 38):
неподвижные детали, образующие остов двигателя — фундаментная рама 1, станина (картер) 2, блок цилиндров 3 и крышка цилиндров 4;
подвижные детали, или кривошипно-шатунный механизм,— поршень 9, поршневые кольца 8, поршневой палец 10, шатун 11, коленчатый вал 16, маховик и др.;
механизм газораспределения — впускные и выпускные клапаны 6 с пружинами, детали привода клапанов (толкатель) 7, 12, 13, 14, шестерни 15 и 17 привода распределительного вала и т. д.;
топливоподающая система — топливный бак, фильтры, топливо-подкачивающий насос, топливный насос высокого давления, регуляторы топлива, трубопроводы, форсунки и др.;
система смазки и охлаждения двигателей — масляный бак, трубопроводы, фильтры, масляные насосы (приводные и ручные), маслоподкачивающие насосы, охлаждающие водяные насосы и т. д.;
система наддува и продувки свежим воздухом (для двухтактных двигателей) —продувочные насосы, компрессоры, газовые турбины и др.
Рис. 38. Устройство двигателя внутреннего сгорания.
Кроме этого, двигатель оснащается различными пусковыми и реверсивными устройствами, измерительными приборами и арматурой.
Остов двигателя. Остов двигателя служит для соединения в один жесткий блок всех неподвижных деталей двигателя, для расположения в нем подвижных частей, на нем — всех навешиваемых механизмов и для крепления двигателя к судовому фундаменту.
Основанием двигателя является фундаментная рама. Она состоит из двух продольных балок коробчатого или двутаврового сечения, на которые устанавливаются обычно стойки и станины, и нескольких поперечных балок специальной формы с расточками для установки рамовых подшипников. Фундаментные рамы современных судовых двигателей изготовляют литыми (чугунными или стальными) или сварными. Они бывают закрытые и открытые, цельные и составные.
Нижняя часть закрытой фундаментной рамы, т. е. поддон, представляет собой одно целое с продольными и поперечными балками. Между поперечными балками располагаются кривошипы коленчатого вала, поэтому пространство между ними и продольными балками называется мотылевым колодцем. В нижней части поперечных балок имеются отверстия для перетекания масла из одного мотылевого колодца в другой.
В целях облегчения обработки, транспортировки и монтажа на судне фундаментные рамы двигателей большой мощности выполняют по длине составными из двух и более частей. Отдельные части пригоняют друг к другу и соединяют болтами. Для двигателей средней мощности фундаментные рамы изготовляют открытыми. В этом случае поддон изготовляют отдельно из тонкой листовой стали и крепят шпильками к нижней части рамы. Рама становится более легкой, но менее жесткой. В быстроходных и легких двигателях применяют так называемые картерные рамы, позволяющие устанавливать блок цилиндров непосредственно на раме, в результате чего отпадает необходимость в станинах.
На рис. 39 показан общий вид закрытой фундаментной рамы с уложенным на нее коленчатым валом и с закрепленными крышками рамовых подшипников. В нижней части рамы виден поддон и отверстие для стока отработанного масла. С боков рама имеет по всей длине горизонтальные полки с приливами, в которых находятся отверстия для болтов, соединяющих раму с судовым фундаментом.
Рис. 39. Общий вид закрытой фундаментной рамы.
Станина двигателя присоединяется к фундаментной раме на болтах. Станины изготовляют цельными и составными, литыми (из чугуна или стали) и сварными. Для двигателей большой мощности станины выполняют открытого типа в виде отдельно стоящих, соединенных между собой вверху и внизу колонн, которые обычно располагают в плоскости рамовых подшипников и крепят к фундаментной раме. Такая конструкция значительно увеличивает жесткость остова двигателя и обеспечивает свободный доступ к движущимся деталям и подшипникам. Колонны чаще всего выполняют двутаврового сечения с поперечными ребрами жесткости. Сверху на колонны устанавливают цилиндры двигателя.
Если станина мощного двигателя отлита из чугуна, применяют так называемые анкерные связи — длинные стяжные болты 1, соединяющие цилиндры 2, станину 3 и фундаментную раму 4 в одно целое (рис. 40). Это позволяет уменьшить толщину стенок станины, повысить прочность и жесткость всей конструкции.
Рис. 40. Литая станина мощного двигателя.
В двигателях малой и средней мощности применяют станины закрытого (коробчатого) типа. Такая станина представляет собой цельную отливку в виде коробки, открытой снизу (см. рис. 38). Полость, образуемая станиной 2 и фундаментной рамой/, носит название картерного пространства, а сама станина, присоединенная на болтах к фундаментной раме, называется картером. К верхней части картера крепят рабочие цилиндры 3 двигателя. Такая конструкция остова двигателя увеличивает его продольную жесткость, позволяет иметь отдельные, не собранные в блок цилиндры и облегчает фундаментную раму.
В последнее время в двигателях средней мощности широко применяют сварные блочные конструкции фундаментных рам и станин, которые обладают значительной жесткостью и меньшим весом по сравнению с литыми чугунными станинами.
Рабочие цилиндры современных двигателей изготовляют или каждый в отдельности, или чаще всего в виде блочной конструкции. Преимущество блочной отливки цилиндров в том, что она повышает жесткость конструкции, уменьшает вес и габарит двигателя, снижает стоимость изготовления цилиндров. Дизели малой и средней мощности имеют обычно блочную конструкцию цилиндров, и только двухтактные (изредка — четырехтактные) двигатели большой мощности — отдельные цилиндры.
Конструкция отдельного цилиндра четырехтактного двигателя показана на рис. 41. Цилиндр состоит из наружной рубашки 1 (цилиндра) и рабочей втулки 2, запрессованной в цилиндр и опирающейся буртиком 9 на кольцевой выступ, имеющийся в верхней части наружного цилиндра. Между наружной рубашкой и втулкой образуется полость — зарубашечное пространство, куда поступает непрерывно циркулирующая охлаждающая вода. От охлаждающего насоса через отверстие 3 вода вначале попадает в нижнюю часть зарубашечного пространства, а затем поднимается вверх и переходит в полость охлаждения крышки цилиндра через отверстие 8- Внутренняя поверхность рабочей втулки при работе двигателя смазывается. Смазка осуществляется при помощи штуцеров, ввернутых в цилиндр, через которые масло под давлением попадает на внутреннюю поверхность втулки. Вторым способом смазки является смазка разбрызгиванием (для быстроходных двигателей), когда масло фонтанирует из торцевых зазоров подшипников коленчатого вала и разносится при движении поршня по всей рабочей поверхности втулки.
Рис. 41. Цилиндр четырехтактного двигателя.
Наружная рубашка имеет фланец 4, которым цилиндр крепится к станине двигателя. В нижней части рубашки расположен поясок 5 для фиксирования положения втулки. В пояске выполняют кольцевую выточку, в которую укладывается резиновое кольцо 6 круглого сечения, что обеспечивает плотность соединения, т. е. предотвращает проникновение охлаждающей воды из зарубашечного пространства в картер двигателя. Для осмотра и очистки зарубашечного пространства в наружной рубашке предусмотрены горловины 7, плотно закрываемые крышками.
Конструктивные особенности рабочих цилиндров двухтактных двигателей обусловлены системой продувки и расположением продувочных и выпускных окон. В отличие от цилиндров четырехтактных двигателей в стенках этих рабочих цилиндров расположены каналы для подвода продувочного воздуха и удаления отработавших газов. Это обстоятельство приводит к необходимости уплотнения между вставной втулкой и рубашкой не только в ее нижней части, но и в районе продувочных и выпускных окон. В канавки, прилегающие к окнам, закладывают кольца из красной меди, а в остальные — резиновые кольца.
В быстроходных дизелях для уменьшения их веса рабочую втулку изготовляют заодно с крышкой цилиндра из легированной кованой стали, а рубашку из листовой нержавеющей стали приваривают к втулке. Применение отдельных вставных втулок благоприятно отражается на работе и ремонте двигателя: уменьшаются тепловые напряжения в металле цилиндра и втулки, так как последняя может удлиняться при нагреве; достигается возможность изготовления втулок из более прочного и износоустойчивого материала, чем стенки наружного цилиндра. Основное преимущество — возможность замены втулки при износе ее рабочей поверхности, что упрощает изготовление и ремонт цилиндров.
Крышка, или головка, цилиндра — наиболее ответственная и сложная по конфигурации деталь остова двигателя. Она крепится к верхнему фланцу цилиндра при помощи шпилек. Для обеспечения плотности соединения в кольцевую выточку 10 буртика 9 (см. рис. 41) втулки рабочего цилиндра закладывают красно-медную или медно-асбестовую прокладку, которая обжимается выступающим буртиком крышки.
По геометрической форме крышка цилиндра напоминает пустотелую круглую или прямоугольную коробку, имеющую два днища и боковые стенки. Нижнее днище находится в наиболее тяжелых условиях работы, оно подвержено высоким давлениям и температуре газов, образующихся в цилиндре. В полости между верхним и нижним днищами циркулирует охлаждающая вода, поступающая из зарубашечного пространства цилиндра. Таким образом, крышка является не только наиболее ответственной, но и наиболее нагруженной деталью остова двигателя, так как в ней возникают как механические, так и тепловые напряжения, вызываемые неравномерным нагревом ее стенок.
В крышке цилиндра четырехтактного двигателя (рис. 42) предусмотрены отверстия 1 для размещения двух впускных клапанов, в центре — отверстие 3 для форсунки и сбоку от него — отверстие 2 для пускового клапана. Кроме того, крышка имеет вертикальный индикаторный канал 4, а внизу — горизонтальную перегородку 5, которая служит для улучшения охлаждения нижнего днища. Охлаждающая вода омывает вначале нижние днища, а затем по мере нагревания по специальным переходам в горизонтальной перегородке перетекает в верхнюю часть плоскости крышки. Крышка цилиндра двухтактного двигателя отличается более простым устройством.
Рис. 42. Крышка цилиндра четырехтактного двигателя.
Вследствие тяжелых условий работы цилиндровых крышек материалы, из которых они изготовляются, должны отличаться высокой механической прочностью, жаростойкостью, хорошими литейными свойствами и незначительным коэффициентом линейного расширения.
Автомобильный двигатель: основные детали и принцип работы AutoRemka
Мотор автомобиля работает на бензине или на каком-либо другом горючем, которое легко воспламеняется. Двигатель машины чаще называют двигателем внутреннего сгорания, так как внутри цилиндра происходит процесс горения топлива.
Детали мотора
Коленчатый вал четырехцилиндрового мотора представляет собой круглые точеные элементы, на которых крепятся шатуны и поршни.
Две головки шатуна – это верхний и нижний подшипники, благодаря которым шатун подвижно крепит меж собой коленчатый вал и поршень.
Поршень – это цилиндрическое тело в двигателя, на которое оказывают воздействия действие газы. Специальные пружинящие кольца служат для того, чтобы удержать внутри газы большого давления. Они устанавливаются в выступах поршня, и называются поршневыми шашками.
В цилиндре мотора автомобиля происходит процесс сгорания топлива и воздуха. Следует отметить, что при этом вырабатывается высокая температура, которая довольно вредно воздействует на цилиндр, поэтому автомобильные цилиндры оборудованы водным охладителем. Для данного действия в верхней части цилиндра имеется двойная стенка, по которой циркулирует вода.
Нужно отметить, что цилиндры мотора машины закрепляются болтами на картере, который одновременно является разъемной коробкой, имеющей посередине коленчатый вал. На нем укреплены прибор зажигания, охлаждения и смазки мотора.
Внутри цилиндра поршень двигается вверх и вниз, вдоль оси, при этом коленчатый вал крутится подшипниками; при помощи шатуна, от поршня движение передается к коленчатому валу. Предназначение клапанов мотора состоит в запуске свежего газа в цилиндр и выпуска из него перегоревшего. Поднятие клапанов происходит с помощью толкателей, которые движутся кулачковыми валиками и связанными с коленчатым валом цилиндрическими шестернями.
В моторе машины происходит сжигание смеси паров бензина (или другого горючего) и воздуха. Отметим, что данная смесь воспламеняется электрической искрой, при этом сама смесь должна хорошо сгорать. Число горючего и воздуха должно составлять около 15 кг кислорода на 1 кг топлива, при этом горючее должно полностью испариться и смещаться с воздухом. Для этого в двигателе имеется карбюратор. К нему по особой трубке из бака поступает топливо, которое, в свою очередь, внутри карбюратора распыляется и смешивается с воздухом в четком количестве.
Чтобы элементы мотора имели меж собой малое трение, в моторе имеется специальный масляный насос, с помощью которого масло подается к трущимся деталям.
Особенности работы двигателя
Итак, мы рассмотрели основные детали двигатели и узнали, что мотор работает за счет внутреннего сгорания горючего в цилиндрах, а также за счет тепла, которое выделяется в процессе этого.
Следовательно, работа двигателя – это общность процессов, а именно: заполнение цилиндра двигателя рабочим раствором, сгорание которого и чистит цилиндр от остатков продуктов сгорания.
Обычно, двигатель машины имеет от двух до двенадцати цилиндров, однако рабочие процессы в них всегда одинаковы. При обороте коленчатого вала вправо, движущийся поршень создает в цилиндре давление газа меньше внешнего. Вал расположен так, что позволяет под толкателем открывать всасывающий клапан. В цилиндр через клапан засасывается консистенция бензина и воздуха, которая образовалась в карбюраторе.
Процесс всасывания необходим для того, чтобы зарядить цилиндр новой рабочей смесью и является первый шагом к запуску мотора. За этот период поршень сделает один ход, а коленчатый вал пройдет половину оборота.
Вал, вращаясь, приводит поршень из нижнего положения в верхнее, а кулачковые валики не подходят к толкателям клапанов, поэтому они остаются прикрытыми, когда поршень движется вверх. В этот момент полость цилиндра не соприкасается с воздухом и внутри цилиндра совершается сокращение консистенции. При верхнем положении поршня сокращение является максимальным, не менее 6—6,5 атмосфер. Это второй шаг рабочего процесса мотора.
Поршень двигается вверх и сжимает рабочую смесь, затем на короткий промежуток времени останавливается в верхнем положении. В этот момент через свечу проходит электрическая искра, которая и воспламеняет смесь. Горючая смесь быстро сгорает, повышая ее температуру и давление до 25—30 атмосфер.
Далее поршень движется вниз под давлением газов, заставляя поворачиваться коленчатый вал. При этом возрастает размер полости цилиндра, и давление газа уменьшается. При нижнем положении поршня давление падает до 4—5 атмосфер.
Процедура расширения перегоревших газов и передачи их на коленчатый вал двигателя считается третьим шагом в работе мотора.
Тогда, когда поршень будет приближаться к нижней точке расположения, кулачковый вал развернется так, что его кулачок поднимет выпускной клапан и газы начнут извергаться вовне. Потом клапан остается раскрытым во время всех движений поршня вверх, через него будет выталкиваться с цилиндра перегоревшее топливо.
Эта процедура очистки цилиндра от перегоревшего топлива является четвертым тактом рабочего хода мотора.
Во время того, как поршень за процедуру выталкивания дойдет до собственного верхнего состояния, выпускной клапан прикрывается, так как кулачок уже минует толкач клапана. Кулачок валика к этому времени дойдет к толкателю всасывающего клапана и приоткроет последний, после чего все процессы начнутся сначала, и будут меняться друг за другом — всасывание, сжатие, расширение и выталкивание.
Тут же клапаны открываются по 1 разу, следовательно, за 2 оборота вала кулачки приблизятся по 1 разу к толкателям всасывающего и выпускного клапанов.
Для того, чтобы снизить колебания скорости оборотов коленчатого вала за рабочий процесс мотора, на коленчатый вал прикрепляется большой элемент — маховик. Чем он массивнее, тем правильнее ход двигателя и тем лучше он работает. В многоцилиндровом моторе за 2 оборота коленчатого вала такое количество рабочих ходов равно количеству цилиндров. Иными словами, чем больше имеется цилиндров у мотора, тем плавнее движется автомобиль.
