Рис. 1.6. Рабочий цикл одноцилиндрового четырехтактного карбюраторного
двигателя:
а — такт впуска; б —такт сжатия; в —такт расширения; г —такт выпуска; 1 — цилиндр; 2 —
выпускная труба; 3 — выпускной клапан; 4— поршень; 5 — искровая зажигательная свеча; 6 —
впускной клапан; 7—впускная труба; 8— карбюратор; 9—шатун; 10— коленчатый вал
Такт сжатия. При дальнейшем повороте коленчатого вала 10 (рис. 1.6, б) поршень движется от н. м.т. к в. м.т. В это время впускной 6 и выпускной 3 клапаны закрыты, поэтому поршень сжимает находящуюся в цилиндре рабочую смесь. В такте сжатия составные части рабочей смеси хорошо перемешиваются и нагреваются. В конце такта сжатия между электродами свечи 5 возникаем электрическая искра, от которой рабочая смесь воспламеняется. В процессе сгорания топлива выделяется большое количество теплоты, давление и температура газов повышаются.
Такт расширения. Оба клапана закрыты. Под давлением расширяющихся газов поршень движется от в. м.т. к н. м.т. (рис. 1.6, в) и при помощи шатуна 9 вращает коленчатый вал 10, совершая полезную работу.
Такт выпуска. Когда поршень подходит к н. м.т., открывается выпускной клапан 3 и отработавшие газы под действием избыточного давления начинают выходить из цилиндра в атмосферу через выпускную трубу 2. Далее поршень движется от н. м.т. к в. м.т. (рис. 1.6, г) и выталкивает из цилиндра отработавшие газы.
Далее рабочий цикл повторяется.
МНОГОЦИЛИНДРОВЫЕ ДВИГАТЕЛИ
В одноцилиндровом четырехтактном двигателе коленчатый вал вращается неравномерно, поэтому маховик должен обладать большим моментом инерции. В многоцилиндровом двигателе вращение коленчатого вала происходит равномернее, так как рабочие ходы в различных цилиндрах не совпадают друг с другом. Чем больше цилиндров имеет двигатель, тем равномернее вращается коленчатый вал. Нагрузка на детали кривошипно-шатунного механизма в многоцилиндровом двигателе изменяется более плавно, чем в одноцилиндровом.
Цилиндры двигателя могут быть расположены следующим образом: вертикально в один ряд — однорядные (рис. 3.7, а) в двига-
Рис. 3.7. Схемы расположения цилиндров двигателя: а — однорядного; 6 — однорядного с наклоном к вертикали; в — V-образного; г — с противоположно лежащими цилиндрами; 1 — цилиндры; 2 — головки блоков; 3 — блоки цилиндров; 4 — поддон телях автомобилей ВАЗ-21213 «Нива», ГАЗ-52-04, ГАЗ-3102 и ГАЗ- 3110 «Волга», ЗИЛ-5301 «Бычок» и др.; под углом а к вертикали (рис. 3.7, б) в двигателе автомобиля «Москвич-2140»; в два ряда — V- образные (рис. 3.7, в) в двигателях автомобилей ГАЗ-3307, ЗИЛ- 431410, MA3-5335, КамАЗ-5320, «Урал-4320» и др.; горизонтально с углом 180° между рядами цилиндров — двигатели с противоположно лежащими цилиндрами (рис. 3.7, г), т.е. с противоположно движущимися поршнями. Эти двигатели иногда называют оппозит- ными. При таком расположении цилиндров уменьшается высота двигателя и его можно устанавливать под полом кузова, например в автобусах.
При 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.
На отечественных автомобилях устанавливают четырех-, шести-, восьми- и двенадцатицилиндровые двигатели. Многоцилиндровые двигатели обычно делают V-образными с углом (3 между цилиндрами 60, 75 и 90° (чаще).
Четырехцилиндровый двигатель. Равномерность работы многоцилиндрового двигателя обеспечивается в том случае, если чередование одноименных тактов в его цилиндрах происходит за цикл (720° в четырехтактном) через равные углы поворота коленчатого вала.
Для определения угла, через который в цилиндрах четырехтактного двигателя будут повторяться одноименные такты (допустим, такты расширения), необходимо 720° разделить на число цилиндров. В четырехцилиндровом двигателе такт расширения совершается через 720/4 = 180° поворота коленчатого вала. За каждые два оборота коленчатого вала в четырехтактном четырехцилиндровом двигателе происходит четыре такта расширения, четыре такта выпуска и т.д., т.е. рабочий цикл повторяется 4 раза.
Поскольку чередование одноименных тактов происходит через 180° поворота коленчатого вала, то и шатунные шейки вала должны быть расположены под углом 180° одна от другой, т.е. лежать в одной плоскости. Шатунные шейки первого и четвертого цилиндров направлены в одну сторону относительно оси коленчатого вала, а шатунные шейки второго и третьего цилиндров — в противоположные
(рис. 3.8, а). Такая форма коленчатого вала обеспечивает равномерное чередование рабочих ходов в цилиндрах двигателя. Последовательность чередования (за два оборота) одноименных тактов в различных цилиндрах двигателя называют порядком работы цилиндров двигателя. Порядок работы четырехцилиндровых четырехтактных двигателей может быть 1—3—4—2 (табл. 3.1) или 1—2—4—3.
Кривошипно-шатунный механизм. Назначение и устройство КШМ
Виктор
Кривошипно-шатунный механизм (далее сокращенно – КШМ) – механизм двигателя. Основным назначением КШМ является преобразование возвратно-поступательных движений поршня цилиндрической формы во вращательные движения коленчатого вала в двигателе внутреннего сгорания и наоборот.
Поршень
Поршень имеет вид цилиндра, изготовленного из сплавов алюминия. Основная функция этой детали заключается в превращении в механическую работу изменение давления газа, или наоборот, – нагнетание давления за счет возвратно-поступательного движения.
Поршень представляет собой сложенные воедино днище, головку и юбку, которые выполняют совершенно разные функции. Днище поршня плоской, вогнутой или выпуклой формы содержит в себе камеру сгорания. Головка имеет нарезанные канавки, где размещаются поршневые кольца (компрессионные и маслосъемные). Компрессионные кольца исключают прорыв газов в картер двигателя, а поршневые маслосъемные кольца способствуют удалению излишков масла на внутренних стенках цилиндра. В юбке расположены две бобышки, обеспечивающие размещение соединяющего поршень с шатуном поршневого пальца.
Шатун
Изготовленный штамповкой или кованый стальной (реже – титановый) шатун имеет шарнирные соединения. Основная роль шатуна состоит в передаче поршневого усилия к коленчатому валу. Конструкция шатуна предполагает наличие верхней и нижней головки, а также стержня с двутавровым сечением. В верхней головке и бобышках находится вращающийся («плавающий») поршневой палец, а нижняя головка – разборная, позволяющая, тем самым, обеспечить тесное соединение с шейкой вала. Современная технология контролируемого раскалывания нижней головки позволяет обеспечить высокую точность соединения ее частей.
Коленчатый вал
Изготовленный из стали или чугуна высокой прочности коленчатый вал состоит из шатунных и коренных шеек, соединенных щеками и вращающихся в подшипниках скольжения. Щеки создают противовес шатунным шейкам. Основная функция коленчатого вала состоит в восприятии усилия от шатуна для преобразования его в крутящий момент. Внутри щек и шеек вала предусмотрены отверстия для подачи под давлением масла системой смазки двигателя.
Маховик
Маховик устанавливается на конце коленчатого вала. На сегодняшний день находят широкое применение двухмассовые маховики, имеющие вид двух, упруго соединенных между собой, дисков. Зубчатый венец маховика принимает непосредственное участие в запуске двигателя через стартер.
Блок и головка блока цилиндров
Блок цилиндров и головка блока цилиндров отливаются из чугуна (реже – сплавов алюминия). В блоке цилиндров предусмотрены рубашки охлаждения, постели для подшипников коленчатого и распределительного валов, а также точки крепления приборов и узлов. Сам цилиндр выполняет функцию направляющей для поршней. Головка блока цилиндра располагает в себе камеру сгорания, впускные-выпускные каналы, специальные резьбовые отверстия для свечей системы зажигания, втулки и запрессованные седла. Герметичность соединения блока цилиндров с головкой обеспечены прокладкой. Кроме того, головка цилиндра закрыта штампованной крышкой, а между ними, как правило, устанавливается прокладка из маслостойкой резины.
В целом, поршень, гильза цилиндров и шатун формируют цилиндр или цилиндропоршневую группу кривошипно-шатунного механизма. Современные двигатели могут иметь до 16 и более цилиндров.
Газораспределительный механизм двигателя - ГРМ.