Автомобильные двигатели (АД) (стр. 8 )

С учетом условий работы к поршням предъявляют следующие требования:

-  прочность и жесткость при минимально возможной массе;

-  обеспечение герметичности внутрицилиндрового пространства двигателя;

-  небольшие потери на трение;

-  минимальное проникновение масла из картера в камеру сгорания;

-  хороший отвод теплоты.

Поршень включает следующие конструктивные элементы: днище, уплотняющую часть с поршневыми канавками (образующие головку поршня) и направляющую часть (юбку).

В верхней зоне юбки имеются приливы (бобышки) с отверстиями для поршневого кольца и его стопорных колец. Материалом для изготовления пор-

шней служат легкие алюминиевые сплавы с высоким содержанием кремния. Направляющая часть поршня определяет его движение в цилиндре и передает боковое усилие стенкам цилиндра. На многих АД у юбки поршня со стороны бобышек имеются вырезы для прохода противовесов коленчатого вала.

Неравномерность нагрева поршня по высоте и различное расширение отдельных его частей (головки, бобышек) обусловило изготовление поршней конусными по высоте (с меньшим диаметром у головки) и юбки эллиптического сечения (с большей осью перпендикулярной оси поршневого пальца). В процессе нагрева поршень принимает цилиндрическую форму и этим предотвращается заклинание поршня при минимальных зазорах между поршнем и цилиндром (0,03–0,05 мм).

Днище поршня может быть плоским, вогнутым, выпуклым или фасонным. В бензиновых АД наибольшее распространение получили плоские днища, в дизельных – фасонные, при выполнении в них камер сгорания. Форма фасонного днища зависит от способа смесеобразования в дизеле, расположения клапанов и форсунки.

Схема поршня с плоским днищем приведена на рис. 7.

Рис. 7. Схема поршня

Устройство шатунов

Шатун передает усилия от поршня на коленчатый вал, подвергаясь воздействию сил давления газов и инерционных сил, которые могут иметь ударный характер. Поэтому шатуны изготовляют из углеродистых и легированных сталей методом штамповки, с последующей механической и термической обработок.

Шатун имеет следующие основные конструктивные элементы: верхнюю (поршневую) головку, нижнюю (кривошипную) головку и стержень.

Поршневая головка шатуна выполняется неразъемной (в нее запрессовывается бронзовая втулка). Кривошипная головка шатуна изготовляется разъемной, при этом крышка головки соединяется с шатуном специальными шатунными болтами. Шатунными подшипниками являются тонкостенные стальные вкладыши.

На рис. 8 показана схема шатуна в сборе.

Рис. 8. Схема шатунной группы

Гильза цилиндра

Сменная «мокрая» гильза цилиндра является направляющей для поршня и вместе с головкой образуют полость, в которой осуществляется рабочий цикл. Поэтому она подвергается значительным температурным и механическим нагрузкам.

Конструктивно гильза цилиндров – это цилиндрическая втулка, отлитая из специального чугуна.

Наружная и верхняя торцевая поверхности обработана для установки, крепления и уплотнения гильзы в блоке.

Внутреннюю поверхность цилиндра закаливают ТВЧ и обрабатывается с большой точностью и частотой, получая зеркальную поверхность. Для повышения износостойкости верхней части гильз в бензиновых АД применяются вставки из износостойкого специального чугуна.

Отчет

1  Конструктивные показатели деталей

Показатель

Модель двигателя

Поршень: -  форма днища -  количество поршневых канавок -  меры, предохраняющие от заклинивания поршней -  наличие вырезов для прохода противовесов коленчатого вала Шатун: - конструктивные элементы -  расположение плоскости разъема нижней головки -  тип подшипников -  способ подачи масла к поршневому пальцу Гильза цилиндра: -  тип -  способ центрирования в блок-картере -  способ уплотнения в блок-картере

2  Выполнить эскизы поршня, шатуна и гильзы цилиндра с указанием конструктивных элементов и основных размеров.

Контрольные вопросы:

1  Назначение поршней, шатунов и гильз.

2  Материалы деталей.

3  Требования, предъявляемые к конструкции шатунов и гильз цилиндров.

4  Способы смазки поршней, шатунов и гильз цилиндров.

Лабораторная работа № 7

Устройство и параметры газораспределительного механизма

Содержание работы: изучение устройства и параметров газораспределительного механизма (ГРМ). Составление отчета.

Общие сведения

ГРМ предназначен для своевременного впуска в цилиндр горючей смеси (в бензиновых АД) или воздуха (в дизелях), гермитизации камеры сгорания при тактах сжатия и расширения и выпуска отработавших газов.

Основные требования к ГРМ заключается в обеспечении возможно лучшего наполнения и лучшей очистки цилиндров.

Работа ГРМ выполняется при согласовании с работой кривошипно-шатунного механизма. На современных АД, в силу своих преимуществ, применяются ГРМ клапанного типа с верхним (на головке цилиндров) расположением клапанов (в один или два ряда).

Клапанные ГРМ включают следующие конструкторские части:

-  клапанную группу (клапан, направляющая втулка клапана, седло клапана, пружина клапана, опорные шайбы с деталями крепления);

-  передаточные детали для привода клапана от распределительного вала;

-  распределительный вал с подшипниками;

-  привод распределительного вала от коленчатого вала двигателя.

Распределительные валы ГРМ имеют нижнее ОНV расположение в блок - картере у АД грузовых автомобилей или верхнее ОНС расположение на головке цилиндров у АД легковых автомобилей.

При нижнем расположении привод распределительных валов от коленчатого вала осуществляется зубчатыми колесами. Привод клапанов от кулачков распределительного вала при этом осуществляется с помощью толкателей, штанг и коромысел.

При верхнем расположении распределительных валов их привод от коленчатого вала выполняется роликовой цепью или зубчатым ремнем, а привод клапанов от кулачков распределительного вала – короткими стальными рычагами (рокерами).

На рис. 9 показаны схемы приводов клапанов.

Рис. 9. Схемы приводов клапанов: а) – одноплечий рычаг (рокер); б) – двуплечий рычаг (коромысло)

Для обеспечения плотной посадки клапана на седло устанавливают тепловой зазор в приводе клапана. Эта задача в настоящее время решается применением гидрокомпенсаторов в приводе клапана без регулировки теплового зазора.

Для лучшего наполнения цилиндра свежим зарядом и более полной очистки его от отработавших газов клапаны открываются с опережением и закрываются с запаздыванием относительно ВМТ и НМТ. Моменты открытия и закрытия клапанов, выраженные в градусах угла поворота коленчатого вала относительно мертвых точек, называется фазами газораспределения. Фазы газораспределения изображаются в виде круговой диаграммы, называемой диаграммой фаз газораспределения.

В основном они зависят от быстроходности АД. При работе клапанов (впускного и выпускного) есть период, когда оба клапана открыты одновременно, который определяется углом перекрытия клапанов.

У перспективных АД внедряются клапаны с электромагнитным приводом и электронным управлением, а также системы для изменения фаз газораспределения при работе двигателя.

Отчет

1  Основные параметры газораспределительного механизма

Параметр	Модель двигателя
Тип газораспределительного механизма Клапаны (впускной, выпускной); -  способ крепления пружины -  тепловой зазор, мм -  диаметр стержня, мм -  диаметр тарелки, мм -  угол и ширина рабочей фаски

Окончание таблицы

Параметр	Модель двигателя
Углы фаз газораспределения в град. поворота коленчатого вала: - открытие   впускного клапана до ВМТ выпускного клапана до НМТ - закрытие   впускного клапана после НМТ выпускного клапана после ВМТ Угол перекрытия клапанов Фиксация осевых смещений распределительного вала Привод распределительного вала

2  Составить кинематическую схему газораспределительного механизма. Составить спецификацию деталей.

3  Изобразить круговую диаграмму фаз газораспределения.

Контрольные вопросы:

1  Назначение ГРМ и его основные детали.

2  Материал основных деталей ГРМ.

3  Преимущества и недостатки верхнеклапанных ГРМ.

4  Необходимость тепловых зазоров в приводах клапанов и их регулировка.

5  Установка фаз газораспределения.

6  Мероприятия по повышению надежности и долговечности клапанов.

Лабораторная работа № 8

Методы комплектования деталей кривошипно-шатунного механизма

Содержание работы: изучение методов комплектования поршней с цилиндрами и поршней с поршневыми кольцами. Составление отчета.

Общие сведения

Эффективность работы АД – его мощность и экономичность, а также долговечность в значительной степени зависят от величины зазоров и натягов в сопряжениях, которые обеспечиваются при сборке узлов и механизмов двигателя. Например, для двигателей ВАЗ-2106 номинальный зазор в сопряжении юбка поршня – цилиндр должен быть 0,06–0,08 мм, а с учетом износа – допускается всего до 0,15 мм.