Файл: Лпз 1. Двигатели внутреннего сгорания Основные части двигателя.pdf

ЛПЗ №1. Двигатели внутреннего сгорания
1.1. Основные части двигателя
Двигатель автомобиля состоит из целого ряда механизмов и систем.
Бензиновый двигатель и дизель имеют кривошипно-шатунный механизм, газораспределительный механизм, смазочную систему, систему охлаждения и систему питания, а бензиновый двигатель - еще и систему зажигания.
Рисунок 1 - Двигатель легкового автомобиля малого класса:
1–коленчатый вал; 2–вентилятор; 3–блок цилиндров; 4–зубчатый ремень; 5–
головка блока цилиндров; 6 – клапан; 7 – распределительный вал; 8–крышка; 9 – маховик; 10 – подушка передней опоры; 11 – поршень; 12–шатун; 13 – масляный поддон

Рисунок 2 - Двигатель легкового автомобиля особо малого класса:
1- маслоприемник; 2 - масляный насос; 3- головка цилиндров; 4- крышка головки цилиндров; 5- распределительный вал; 6- топливный насос; 7- датчик - распределитель зажигания; 8- поршень; 9- шатун; 10- блок цилиндров; 11- маховик; 12 - коленчатый вал;
13- масляный поддон; 14, 24- уравновешивающие валы; 15 - масляный фильтр; 16- жидкостный насос; 17- впускной трубопровод;18- карбюратор; 19- воздушный фильтр; 20- клапан; 21- свеча зажигания; 22- генератор; 23- стартер
Рисунок 3 - Бензиновый двигатель с впрыском топлива легкового автомобиля
среднего класса:1 - распределительный вал впускных клапанов; 2- распределительный вал выпускных клапанов; 3- головка блока цилиндров; 4, 11- выпускной и впускной трубопровод соответственно; 5- блок цилиндров; 6- масляный поддон; 7 - масляный насос;
8- коленчатый вал; 9 - шатун; 10 - поршень

Рисунок 4 - Дизель легкового автомобиля с разделенной камерой сгорания:
1 - коленчатый вал; 2 - шатун; 3- поршень; 4 - блок цилиндров; 5 - головка цилиндров; 6- свеча накаливания; 7 - форсунка; 8 - дополнительная камера сгорания; 9 - распределительный вал; 10 - впускные клапаны; 11- выпускной клапан
Двигатель внутреннего сгорания состоит следующих механизмов и систем:
1.
Кривошипно-шатунный механизм − преобразование индика- торной работы, получаемой в результате сгорания, в эффективную работу, отдаваемую потребителю.
2.
Газораспределительный механизм − наполнение цилиндров двигателя свежим зарядом и очистка их от отработавших газов.
3.
Система питания топливом − подача топлива, организация смесеобразования.
4.
Смазочная система − обеспечение смазывания трущихся по- верхностей подвижных деталей двигателя.
5.
Система охлаждения − обеспечение требуемого температурного режима работы двигателя.
6.
Система питания воздухом − очистка и подача воздуха в ци- линдры двигателя и снижение шума впуска.
7.
Система наддува − организация форсирования двигателя.
8.
Система выпуска − глушение шума выпуска и нейтрализация отработавших газов.
9.
Система пуска − обеспечение надежного пуска двигателя в раз- личных эксплуатационных условиях.
10.
Система зажигания − воспламенение рабочей смеси в двигателе с искровым зажиганием.

Кривошипно-шатунный механизм – обеспечивает рабочий процесс двигателя. Газораспределительный механизм – производит открытие и закрытие впускных и выпускных клапанов двигателя. Смазочная система –
подает масло к трущимся деталям двигателя. Система охлаждения – отводит теплоту от сильно нагретых деталей двигателя. Система питания –
готовит горючую смесь для двигателя и обеспечивает выпуск из двигателя отработавших газов. Система зажигания – производит воспламенение горючей и рабочей смеси в цилиндрах бензинового двигателя.
1.2. Кривошипно-шатунный механизм двигателя
Кривошипно-шатунным называется механизм, осуществляющий рабочий процесс двигателя. Кривошипно-шатунный механизм предназначен для преобразования возвратно-поступательного движения поршней во вращательное движение коленчатого вала. Кривошипно-шатунный механизм определяет тип двигателя по расположению цилиндров.
В двигателях автомобилей применяются различные кривошипно- шатунные механизмы (рис. 5): однорядные кривошипно-шатунные механизмы с вертикальным перемещением поршней и с перемещением поршней под углом применяются в рядных двигателях; двухрядные кривошипно-шатунные механизмы с перемещением поршней под углом применяются в V-образных двигателях; одно- и двухрядные кривошипно- шатунные механизмы с горизонтальным перемещением поршней находят применение в тех случаях, когда ограничены габаритные размеры двигателя по высоте.
Рисунок5 - Классификация кривошипно-шатунных механизмов

1.3. Конструкция кривошипно-шатунного механизма
Детали кривошипно-шатунного механизма двигателя ЗИЛ-130
Рисунок 6 - Коленчатый вал в сборе
Рисунок 7 - Неподвижные детали
блока
Рисунок 8 - Поршень двигателя

Рисунок 9 - Кривошипно-шатунный механизм двигателей легковых автомобилей
ВАЗ: 1,6- крышки; 2- опора; 3, 9- полости; 4, 5- прокладки; 7- горловина; 8- головка цилиндров; 10- картер; 11- блок цилиндров; 12 - 16- приливы; 17, 33- отверстия; 18, 19- поршневые кольца; 20- бобышка; 21- канавки; 22- головка поршня; 23- днище; 24- поршень; 25- юбка;26- поршневой палец; 27 - шатун; 28, 30- головки шатуна; 29- стержень; 31, 42- болты; 32, 44- вкладыши; 34- коленчатый вал; 35, 40- концы вала; 36, 38- шейки; 37 - щека; 39 - противовес; 41- шайба; 43 - маховик; 45 – полукольцо
Блок цилиндров вместе с картером является остовом двигателя. На нем и внутри него размещаются механизмы и устройства двигателя.
Рисунок 9 - Блок со съемными гильзами цилиндров:
1- кольцо; 2 - вставка; 3 - гильза; 4- блок; 5- картер; 6– гнездо

Головка блока цилиндров закрывает цилиндры сверху и служит для размещения в ней камер сгорания, клапанного механизма и каналов для подвода горючей смеси и отвода отработавших газов.
1.4.
Назначение,
характеристика
и
классификация
газораспределительных
механизмов
с
верхним
и
нижним
расположением кулачкового вала двигателя
Газораспределительным называется механизм, осуществляющий открытие и закрытие впускных и выпускных клапанов двигателя.
Газораспределительный механизм служит для своевременного впуска горючей смеси или воздуха в цилиндры двигателя и выпуска из цилиндров отработавших газов.
Рисунок 10 - Типы газораспределительных механизмов, классифицированные
по различным признакам
1.5. Конструкция газораспределительного механизма с верхним и
нижним расположением распределительного вала
Газораспределительные механизмы независимо от расположения распределительных валов в двигателе включают в себя клапанную группу, передаточные детали и распределительные валы с приводом.
В клапанную группу входят впускные и выпускные клапаны, направляющие втулки клапанов и пружины клапанов с деталями крепления.

Рисунок 11 - Газораспределительный механизм двигателей легковых
автомобилей ВАЗ: 1, 22- клапаны; 2- головка; 3- стержень; 4, 20- втулки; 5- колпачок; 6- шайбы; 7, 8, 17 - пружины; 9 - тарелка; 10 - сухарь; 11- рычаг; 12 - фланец; 13- корпус подшипников; 14- распределительный вал; 15- шейка; 16- кулачок; 18- болт; 19- гайка; 21
- пластина;23- кольцо; 24, 27, 28- звездочки; 25- роликовая цепь; 26- успокоитель; 29- палец; 30- башмак; 31- натяжное устройство
Передаточными деталями являются толкатели, направляющие втулки толкателей, штанги толкателей, коромысла, ось коромысел; рычаги привода клапанов, регулировочные шайбы и регулировочные болты.
1.6. Привод с нижним расположением распределительного вала
Привод
с
нижним
расположением
распределительного
вала осуществляется через установленную на нем ведомую звездочку 24 от ведущей звездочки 28 коленчатого вала. Привод распределительного вала имеет полуавтоматический натяжной механизм, состоящий из башмака и натяжного устройства. Цепь натягивается башмаком 30, на который воздействуют пружины натяжного устройства 31. Для гашения колебаний ведущей ветви цепи служит успокоитель 26. Башмак и успокоитель имеют стальной каркас с привулканизированным слоем резины. Ограничительный палец 29 предотвращает спадание цепи при снятии на автомобиле ведомой звездочки распределительного вала.

Рисунок 12 - Газораспределительный механизм с нижним расположением
распределительного вала:1- распределительный вал; 2- клапан; 3, 20- втулки; 4- пружина; 5- коромысло; 6- ось; 7- винт; 8- штанга; 9- толкатель; 10 - 12- шестерни; 13- шейка; 14- эксцентрик; 15 - кулачок; 16- сухари; 17, 19- шайбы;18- колпачок
1.7.
Фазы
газораспределения
и
круговая
диаграмма
газораспределения двигателя
Продолжительность открытия впускных и выпускных клапанов, выраженная в градусах угла поворота коленчатого вала относительно мертвых точек, называется фазами газораспределения.
Наивысшие мощностные показатели работы двигателя могут быть достигнуты при наилучшем наполнении цилиндров горючей смесью и наиболее полной их очистке от отработавших газов. Поэтому продолжительность фаз впуска и выпуска установлена больше 180° из-за того, что моменты открытия и закрытия клапанов не совпадают с положениями поршня в верхней и нижней мертвых точках.Так у двигателей заднеприводных автомобилей ВАЗ, впускной клапан открывается в конце такта выпуска до прихода поршня в ВМТ с опережением на 12° (рис. 13, а) и
33° (рис. 13, б) у двигателей переднеприводных автомобилей ВАЗ, а закрывается в начале такта сжатия после прихода поршня в НМТ с запаздыванием соответственно на 40 и 79°.

Рисунок 13 - Фазы газораспределения двигателей
Выпускной клапан открывается в конце такта рабочего хода до прихода поршня в НМТ с опережением на 42 и 47°, а закрывается в начале такта впуска после прихода поршня в ВМТ с запаздыванием соответственно на 10 и 17°.
1.8. Назначение механизма газораспределения (МГР) состоит в обеспечении периодической смены рабочего тела в цилиндре ДВС при реализации действительного цикла. Смена рабочего тела предполагает наполнение цилиндра свежим зарядом и его очистку от отработавших газов.
При этом необходимо обеспечить максимально возможную мощность и наилучшую экономичность двигателя при приемлемых параметрах токсичности на каждом режиме его работы.
Основные конструктивные решения и схемы МГР
Впускные и выпускные тракты МГР имеют окна, которые могут открываться и закрываться подвижным элементом тремя способами:
1.
Клапаном, перемещающимся в отверстии.
2.
Диском или цилиндром, содержащим отверстие, которое совпадает с отверстиями в камере (отверстие может совершать вращательное или плоскрпараллельное движение).
3.
Поршнем, перекрывающим окна в цилиндре двигателя (в ряде двухтактных двигателей).
Механизмы газораспределения, использующие первый способ, называют клапанными,а последние два − золотниковыми.Клапанные МГР широко применяются в современных четырехтактных автотракторных двигателях в силу простоты конструкции, малой стоимости изготовления и ремонта, хорошего уплотнения камеры сгорания и надежности в работе.
Клапанные механизмы газораспределения могут быть трех типов:
1.
Верхнее расположение клапанв − с клапанами, расположенными в головке цилиндров.
2.
Нижнее расположение клапанов − с клапанами, размещенными в блоке цилиндров.

3.
Смешанное расположение клапанов
− с клапанами, расположенными вголовке и в блоке цилиндров.
Верхнее расположение клапановявляется основным вариантом, реализуемым в современных МГР.
Коленчатый вал через привод вращает распределительный вал, который с помощью привода клапанного узла задает управляющее воздействие и закон подъема клапану. Схема МГРзависит от взаимосвязанных факторов:
1.
Выбранного способа организации рабочего процесса, что предопределяет форму и расположение камеры сгорания (в дизелях камеры сгорания обычно располагаются в поршне, а в двигателях с искровым зажиганием − в головке блока цилиндров).
2.
Принятого количества клапанов на один цилиндр (2, 3 и более).
3.
Места расположения (нижнее или верхнее).
4.
Количества (1 или 2) распределительных валов.
Двухклапанный механизм (один впускной и один вьшускной клапаны на цилиндр) является наиболее простым. Относительно продольной оси двигателя клапаны могут располагаться продольно и поперечно (косо).
Продольное расположение клапанов(рис. 14,а) наиболее простое и применяется в двигателях с искровым зажиганием для клиновидных и плоскоовальных камер сгорания, а в дизелях − для удобства размещения и обслуживания форсунок.
Рисунок 14 - Расположение и число клапанов
а – два; б – три; в– четыре
Привод клапанов осуществляется от одного распределительного вала: при его верхнем расположении - непосредственно толкателями, а при нижнем - коромыслами или рычагами.
Расположение одноименных клапанов смежных цилиндров может быть попарное либо поочередное. При попарном расположении впускные каналы соседних цилиндров могут иметь общий патрубок или разделенные патрубки для каждого клапана. Для каждого выпускного клапана выполняют

индивидуальный канал во избежание перегрева патрубков. При объединении одноименных каналов соседних цилиндров возрастает неравномерность рас- пределения температур по длине головки, что приводит к ее короблению.
Впускной и выпускной коллекторы в линейных карбюраторных двигателях размещают, как правило, с одной стороны для подогрева смеси и улучшения испарения топлива. В У-образных двигателях впускные и вьіпускные трубопроводы размещают с разных сторон головки блока в целях упрощения его компоновки и улучшения формы впускных и выпускных каналов.
Расположение клапанов относительно оси цилиндраможет бьггь параллельным в дизелях и при плоскоовальных камерах сгорания у двигателей с искровым зажиганием, а также под наклоном для клиновых камер сгорания двигателей с искровым зажиганием. Последнее позволяет улучшить впускную систему и расположение свечей зажигания.
Поперечное или косоерасположение клапановв цилиндре исполь- зуют в полусферических и шатровых камерах сгорания двигателей с искровым зажиганием при установке свечи в центре камеры сгорания. Такая компоновка клапанов обеспечивает наиболее плавную форму каналов и большие проходные сечения, что снижает гидравлические потери и увеличивает наполнение. Возможность наклона или смещения клапанов относительно оси цилиндра позволяет улучшить впускную систему, камеру сгорания, расположение форсунок или свечей зажигания.
При этом клапаны размещают под углом к оси цилиндра, который называется углом развала. Сростом утла развала появляется возможность увеличения диаметров клапанов.
Привод клапанов осуществляется от одного распределительного вала через коромысла или от двух валов через толкатели и реже − через коромысла или рычаги.
При поперечном расположении клапанов впускные и выпускные каналы направлены в разные стороны, а при косом - в одну или в разные стороны. Расположение каналов в разные стороны позволяет максимально приблизить друг к другу тарелки клапанов, и, как следствие, несколько увеличить их диаметр. Однако возможности улучшения наполнения цилиндров в двухклапанном механизме за счет увеличения диаметров головок клапанов ограничены.
Многоклапанные МГР (3, 4, 5 клапанов на цилиндр) (рис. 14, б,
в) позволяют получить более высокий коэффициент наполнения за счет увеличения общего проходного сечения трактов. При этом уменьшаются габариты и масса подвижных элементов МГР и, следовательно, сили инерции. Однако при этом повышаются стоимость изготовления, сложность конструкций и снижается надежность функционирования МГР.
По месту расположения распределительного вала различают МГР с нижним или средним (рис. 15, а) и верхним (рис. 15, б... е) расположением.