Устройство автомобиля. Назначения устройства и конструктивные отличия К.Ш.М. изучаемых двигателей

Устройство  автомобиля. Назначения устройства и конструктивные отличия К.Ш.М.  изучаемых двигателей (ЗМЗ-53; ЗИЛ-130; ЯМЗ-740).

 

 

 Общее устройство автомобиля 

Автомобиль состоит из узлов и механизмов, образующих три основные части:

1. Шасси,
2. Кузов,
3. Двигатель.

 Шасси автомобиля состоит:

1. Трансмиссии,
2. Ходовой части
3. Механизмов управления.

Трансмиссия автомобиля состоит  из узлов и агрегатов, передающих крутящий момент от двигателя к ведущим колесами изменяющих крутящий момент, частоту оборотов по величине и направлению.

Основными узлами трансмиссии  автомобиля являются:

1. Сцепление,
2. Коробка передач,
3. Карданная передача,
4. Главная передача,
5. Дифференциал
6. Приводные валы — полуоси.

Сцепление автомобиля — механизм, передающий крутящий момент двигателя и позволяющий кратковременно отсоединить двигатель от трансмиссии и вновь их плавно соединить.

Коробка передач автомобиля преобразует крутящий момент по величине и направлению и дает возможность двигаться вперед и назад и разъединять двигатель от трансмиссии на длительное время.

Карданная передача автомобиля дает возможность передавать крутящий момент от коробки передач к ведущим мостам под изменяющимися углами.

Главная передача преобразует крутящий момент по величине и передает его от карданного вала через дифференциал на полуоси под постоянным углом.

Дифференциал автомобиля дает возможность вращаться ведущим колесам с различной скоростью.

 Крутящим моментом  называется, момент внешней сипы под действием которой происходит вращение тела. Он определяется как произведение; силы на плечо, на котором она приложена.

Ходовая часть является основой  автомобиля, к ней относятся рама, передняя и задняя оси, рессоры, амортизаторы, колеса и шины.

Механизмы управления дают возможность управлять автомобилем  — рулевым управлением изменяют направление движения, а тормозами  замедляют скорость движения и останавливают  автомобиль.

Кузов грузового автомобиля предназначен для размещения груза  и состоит из платформы и кабины водителя. К нему относятся крылья, облицовка, капот и брызговики.

Двигатель преобразует тепловую энергию, получающуюся при сгорании топлива в цилиндрах, в механическую работу.

 

Кривошипно-шатунный механизм

Состоит из:

1. Блока цилиндров с головкой и уплотняющей прокладкой,
2. Картера,
3. Поршней, Поршневых колец,
4. Поршневых пальцев,
5. Шатунов,
6. Коленчатого вала,
7. Маховика

 

Маховик

Маховик служит для обеспечения  вывода поршней из мертвых точек, более равномерного вращения коленчатого  вала многоцилиндрового двигателя  при его работе на режиме холостого  хода, облегчения пуска двигателя, снижения кратковременных перегрузок при  трогании автомобиля с места и передачи крутящего момента агрегатам трансмиссий на всех режимах работы двигателя. Маховик изготовляют из чугуна и динамически лансируют в сборе с коленчатым валом. На фланце маховик центрируется в строго определенном положении с помощью штифтов или болтов, которыми он крепится к фланцу.

 

 

 

Гнезда в блоке  цилиндров под коренные подшипники

Гнезда в блоке цилиндров  под коренные подшипники и их крышки растачивают совместно, поэтому при сборке двигателя их необходимо устанавливать по меткам только на свои места. Тонкостенные вкладыши коренных подшипников покрыты таким же антифрикционным сплавом, что и вкладыши шатунных подшипников, и отличаются от последних только размерами. Широкое использование триметаллических сталеалюминевых и сталесвинцовых вкладышей связано с тем, что слой антифрикционного покрытия обладает хорошими противозадирными свойствами и повышенной прочностью. От продольного смещения и проворачивания вкладыши удерживаются выступами, входящими в соответствующие пазы в гнездах блока и их крышках. 
Осевые нагрузки коленчатого вала в большинстве карбюраторных двигателей воспринимаются упорной шайбой  и стальными упорными кольцами, залитыми с внутренней стороны антифрикционным сплавом СОС-6-6, содержащим свинец, олово и сурьму.

 

Коленчатый вал

Силы, передающиеся поршнями на коленчатый вал, создают крутящий момент, который при помощи трансмиссии  передается на колеса автомобиля.  
Коленчатый вал изготовляют штамповкой из легированных сталей или отливают из высокопрочных магниевых чугунов (двигатели ЯМЗ, ЗМЗ, ВАЗ и др.). 
Коленчатый вал состоит из коренных и шатунных шеек, противовесов, заднего конца с отверстием для установки шарикоподшипника ведущего вала коробки передач и фланца для крепления маховика, переднего конца, на котором установлен храповик пусковой рукоятки и шестерня газораспределения, шкива привода вентилятора, жидкостного насоса и генератора.

 

Шатун

Для лучшей уравновешенности кривошипно-шатунного механизма  разница в массе шатунов не должна превышать 6—8 г. В V-образных двигателях на каждой шатунной шейке коленчатого вала расположены два шатуна. В этих двигателях для правильной сборки шатунно-поршневой группы поршни и шатуны устанавливают строго по меткам. 
На крышке и стержне шатуна дизеля КамАЗ-740 метки выбивают в виде трехзначных номеров. Кроме того, на крышке шатуна выбивают порядковый номер цилиндра. Так, у двигателя ЗИЛ-130 метка на днище поршня должна быть направлена к передней части двигателя. При этом метка на шатуне для левого ряда цилиндров должна быть направлена в одну сторону с меткой на поршне, а метка на шатуне для правого ряда цилиндров должна быть направлена в противоположную сторону относительно метки на поршне.

 

Поршневой палец

Для шарнирного соединения поршня с верхней головкой шатуна служит поршневой палец, Через пальцы передаются значительные усилия, поэтому  их изготовляют из легированных или  углеродистых сталей с последующей  цементацией или закалкой ТВЧ (токами высокой частоты), Поршневой палец представляет собой толстостенную трубку с тщательно отшлифованной наружной поверхностью, проходящую через верхнюю головку шатуна и концами опирающуюся на бобышки поршня. По способу соединения с шатуном и поршнем пальцы делятся на плавающие и закрепленные (обычно в головке шатуна). Наибольшее распространение получили плавающие поршневые пальцы, которые свободно поворачиваются в бобышках и во втулке, установленной в верхней головке шатуна. Осевое перемещение поршневого пальца ограничивается стопорными кольцами, расположенными в выточках бобышек поршня.

 

Поршневые кольца

Конструктивно поршневое кольцо представляет собой плоскую разрезную пружину с зазором, который называется замком. Замок позволяет устанавливать кольца на поршень и обеспечивает свободное расширение их при нагревании в процессе работы двигателя. Поршневые кольца делятся на компрессионные и маслосъемные.  
Компрессионные кольца подбирают с определенным зазором по высоте к канавке поршня. При установке поршня в цилиндр кольца сжимаются до небольшого зазора в замке и плотно прилегают к поверхности цилиндра, что предотвращает прорыв газов в картер двигателя и попадание масла со стенок цилиндра в камеру сгорания.

 

Дизели с непосредственным впрыском

В дизелях с непосредственным впрыском (дизели КамАЗ-740, ЯМЗ-238) в днище  поршня располагается камера сгорания, а юбка поршня имеет также форму конуса овального сечения, но без прорезей, что придает ей необходимую прочность. Кроме того, в нижней части юбки поршня отдельных двигателей (КамАЗ-740, ВАЗ-2108) имеются боковые выемки для прохода противовесов коленчатого вала.

Чтобы уменьшить силы инерции  возвратно-поступательно движущихся масс, поршни, как правило, изготовляют  из легких кремнистых алюминиевых сплавов  для уменьшения их массы. Для двигателя  подбирают поршни, масса которых  не отличается более чем на 2—8 г.

На днище поршня действуют  высокие температуры, поэтому для  повышения износостойкости первой канавки поршня под верхнее поршневое  кольцо устанавливают чугунную кольцевую  вставку (у двигателей ЗИЛ-130, КамАЗ-740 и др.).

 

Поршневая группа и шатуны

Поршень. При такте рабочего хода поршень воспринимает давление газов и передает его через  шатун на коленчатый вал. Поршень  состоит из трех основных частей: днища, уплотняющей части с проточенными в ней канавками для поршневых колец и юбки, поверхность которой соприкасается с зеркалом цилиндра. Днище поршня вместе с внутренней поверхностью головки цилиндра, образующее камеру сгорания, непосредственно воспринимает давление газов: оно может быть плоским (двигатели ЗИЛ-130, ГАЗ-53-11), выпуклым (двигатель автомобиля «Москвич-2140») и фасонным (дизели ЯМЗ, КамАЗ).

Наибольшее распространение  в карбюраторных двигателях получили плоские днища, отличающиеся относительной простотой изготовления.

 

Головка цилиндров.

Значительное влияние  на процесс смесеобразования, как в карбюраторных двигателях, так и в дизелях имеют формы камер сгорания. В карбюраторных двигателях наибольшее распространение получили цилиндрические, полусферические и клиновые камеры с верхним расположением клапанов. У дизелей широкое применение находят неразделенные IV и разделенные V и VI камеры сгорания, состоящие из вспомогательного небольшого пространства — предкамеры или вихревой камеры, и основной камеры сгорания, соединенных между собой каналами.

Двигатели с рядным расположением  цилиндров имеют одну общую головку  цилиндров, двигатели с V-образным расположением  цилиндров — две (двигатели ЗИЛ-130, ГАЗ-53-11) или четыре на каждые три цилиндра (двигатель ЯМЗ-240). У двигателей автомобилей КамАЗ каждый цилиндр снабжен отдельной головкой цилиндра.

 

 

Рабочая поверхность  цилиндров

Для плотного прилегания поршня и поршневых колец к цилиндру и уменьшения сил трения между  ними внутреннюю полость цилиндров  тщательно обрабатывают с высокой  степенью точности и чистоты, поэтому  она называется зеркалом цилиндра.

У дизелей КамАЗ на зеркале  цилиндров наносят мелкую (ромбовидную) сетку для лучшего удержания  смазочного материала.

Цилиндры могут быть отлиты как одно целое со стенками рубашки  охлаждения или изготовлены отдельно от блока в виде вставных гильз. Последние  подразделяются на «сухие» гильзы, запрессованные в расточенный блок, и сменные «мокрые» гильзы, омываемые с наружной стороны охлаждающей жидкостью.

 

Блок и головка  цилиндров

В состав кривошипно-шатунного  механизма двигателя входят две  группы деталей: неподвижные и подвижные.

К неподвижным деталям  относятся блок цилиндров, служащий остовом двигателя, цилиндры, головка  блока или головка цилиндров  и поддон картера. Подвижными деталями являются поршни с кольцами и поршневыми пальцами, шатун, коленчатый вал, маховик.

Блок цилиндров. У V-образных двигателей блок цилиндров представляет собой массивный литой корпус, снаружи и внутри которого монтируются все механизмы и системы.

Нижняя часть блока  является картером, в литых поперечинах  которого расположены опорные гнезда для подшипников коленчатого  вала. Такую отливку часто называют блок - картером.

 

Недостатками  V-образных двигателей

Недостатками V-образных двигателей являются более сложная отливка блока и увеличение габаритной ширины его по сравнению с рядным двигателем.

На грузовых автомобилях  ЗИЛ-130, ГАЗ-53-12, КамАЗ-5320 и др. установлены  восьмицилиндровые "Сообразные двигатели, цилиндры которых расположены в два ряда по ходу автомобиля. Угол развала между рядами цилиндров составляет 90°. Один ряд цилиндров несколько смещен относительно другого ряда, что обусловлено установкой двух шатунов на каждую шейку коленчатого вала. На каждой шатунной шейке коленчатого вала установлено по два шатуна, которые связаны с поршнями правого и левого рядов цилиндров.

Чередование тактов в восьмицилиндровом  V-образном двигателе с порядком работы 1—5—4—2—6— 3—7—8 приведено в табл., из которой видно, что при указанном порядке работы рабочие ходы следуют один за другим с перекрытием на л/з хода поршня.

 

Многоцилиндровые  двигатели

На современных автомобилях  применяют четырех-, шести-, восьми - и 12-цилиндровые двигатели. Наиболее распространенные схемы компоновок цилиндров двигателей. При однорядных схемах компоновки оси цилиндра занимают строго вертикальное положение (это двигатели автомобилей ВАЗ-2106' «Жигули», ГАЗ-24-10 и -3102 «Волга» и др.) или расположены под некоторым углом, а к вертикали, находящихся в пределах 15—20° (это двигатель автомобиля «Москвич-2140»), что позволяет уменьшить высоту двигателя и удобнее располагать его приборы и оборудование.

На большинстве грузовых автомобилей применяют двухрядную V-образную (под углом £) компоновку цилиндров (это двигатели автомобилей ЗИЛ-130, КамАЗ-5320, МАЗ-5335, «Урал-4320» и ГАЗ-53-12). Наряду с этим применяется также и двухрядная компоновка под углом 180° с противолежащими цилиндрами. Двигатели с таким расположением цилиндров иногда называют оппозитными, они удобно располагаются под полом кузова, например в автобусах.

 

Порядок работы двигателя

Последовательность чередования  одноименных тактов в цилиндрах  двигателя в течение его рабочего цикла называется порядком работы двигателя. Принято указывать порядок работы двигателя по чередованию тактов рабочего хода, начиная с первого  цилиндра.

Порядок работы двигателя  во многом зависит от типа двигателя  и числа цилиндров. Так, у коленчатого  вала рядного четырехцилиндрового двигателя кривошипы расположены попарно под углом 180°, два крайних — под углом 180° к двум средним. Соответственно поршни цилиндров и при работе двигателя перемещаются одновременно в одном направлении, а поршни цилиндров и — в противоположном. Порядок работы четырехцилиндровых двигателей может быть 1—3—4—2 (это у двигателей автомобилей семейств ВАЗ, «Москвич» и др.) или 1—2—4—3 (это у двигателей автомобилей ГАЗ-24-10 «Волга», УАЗ-3151-01 и их модификаций). Четырехцилиндровый двигатель может иметь и другой порядок работы при том же расположении кривошипов коленчатого вала, но при другом порядке открытия и закрытия клапанов, что зависит от конструкции механизма газораспределения.

 

Показатели работы двигателя.

Таким образом, эффективная  мощность меньше, чем индикаторная мощность, из-за механических потерь, расходуемых  в механизмах и системах двигателя. На основании этого механическим к.п.д. (коэффициентом полезного действия) двигателя называют отношение эффективной  мощности к индикаторной.