Кривошипно-шатунний механізм призначений для перетворення зворотно-поступального руху поршня в обертальний рух маховика. Кривошипно-шатунний механізм є найбільш завантаженим механізмом двигуна внутрішнього згоряння.
Склад кривошипно-шатунного механізму
Кривошипно-шатунний механізм (КШМ) складається з рухомих і нерухомих деталей. До рухомих деталей відносяться: шатун, поршень з кільцями, поршневий палець, колінчастий вал двигуна, маховик. До нерухомих механізмам кривошипно-шатунного механізму відносяться: блок-картер, піддон картера, головка циліндрів, кріпильні деталі, гільзи циліндрів, кришки блоку, прокладки, півкільця колінчастого вала
Блок-картер двигуна основна частина кістяка двигуна внутрішнього згоряння. Виконується блок-картер у вигляді єдиної відлитою деталі. Виливок може бути виконана з чавуну (для важких дизельних двигунів) або алюмінію (як правило, бензинові двигуни). Для підвищення жорсткості і поділу на кілька відсіків всередині блок-картера виконуються перегородки. Горизонтальна перегородка ділить блок-картер на дві частини верхня блок циліндрів, нижня картер (Малюнок 1). У блоці циліндрів можуть встановлюватися гільзи, але може бути і виливок без застосування гільз, так звані негільзованние двигуни. Без застосування гільз, як правило, обходяться на двигунах легкових автомобілів, для зниження маси двигуна і автомобіля в цілому, на великих вантажівках гільзи, практично завжди встановлені. Простір між стінками блоку і гільзами циліндрів називають водяною сорочкою, водяна сорочка служить для охолодження двигуна. У разі якщо механізм газорозподілу з нижнім розподільним валом, в блоці циліндрів відливають вертикальну перегородку, для відділення штанг штовхачів від водяної сорочки. Для того щоб охолоджуюча рідина, з системи охолодження не проникала в картер, на гільзи одягаються гумові ущільнення в місцях кріплення їх до блоку циліндрів. Кожен блок-картер має припливи і майданчики з різьбовими з'єднаннями для кріплення до нього навісних агрегатів двигуна. До обробленим майданчикам блок-картера кріплять основні деталі: піддон картера, головку циліндрів, картер маховика, картер шестерень розподільного вала.
Отвір для розподільного вала;
Двигуни з повітряною системою охолодження (Малюнок 2) не мають блок-картера, всі деталі таких двигунів розташовуються на литому картері. Блок циліндрів у цих двигунів так само відсутня, на картер кріпляться всі циліндри окремо. Між циліндрами і картером розташовані мідні прокладки ущільнювачів. Усередині картера також розташовуються колінчастий і розподільний вали двигуна.
3. Отвір для гільзи циліндра;
6. Кришка корінного підшипника;
8. Б - Площина для кріплення картера розподільних шестерень;
Поршнева група кривошипно-шатунного механізму
У поршневу групу входять: циліндри, поршень, поршневий палець, кільця поршня. Циліндри багатьох двигунів знімні. Окремо виготовлений циліндр називають гільзою, двигун зі знімними циліндрами називають гільзованний, може бути і виливок без застосування гільз, так звані негільзованние двигуни. Застосування знімних гільз дозволяє збільшити термін служби блок-картера, за рахунок заміни зношених гільз новими. Матеріалом для виготовлення гільз найчастіше є легований чавун. Внутрішня сторона гільзи називається дзеркалом, дзеркало гільзи обробляється і загартовується, задираки або подряпини на дзеркалі гільз неприпустимі. Гільзи охолоджуються рідиною називають мокрими. Зовні у гільзи виконані два посадкових паска 2 і 3 малюнок 3 для більш щільної установки в блоці. Між нижнім пояском гільзи і блоком циліндра встановлюються гумові ущільнення 4, що запобігають протікання охолоджуючої рідини з водяної сорочки в піддон картера. На циліндрах двигунів з повітряною системою охолодження зовні циліндра виконані охолоджуючі ребра. У нижній частині циліндра також є буртик для посадки циліндра на картер. Між буртиком і картером встановлюється мідне кільце для ущільнення. Кожен циліндр разом з головкою закріплюється на картері за допомогою спеціальних шпильок.
Поршні сприймають зусилля під час робочого ходу і передають його на шатуни через поршневий палець. Поршні забезпечують протікання всіх тактів двигуна внутрішнього згоряння. Вони схильні до впливу високих температур, тисків. Поршні рухаються в циліндрі з дуже високою швидкістю. Поршні повинні відповідати багатьом вимогам: бути легкими, добре відводити тепло, мати високу зносостійкість. Матеріалом для виготовлення поршнів служать різні сплави алюмінію. Поршень має вид перевернутого склянки (малюнок 5). Поршень складається з днища А, головки Б і спідниці В. Днище поршня може бути виконано гладким або мати спеціальну виїмку, що залежить від способу сумішоутворення і розташування клапанів газораспределітелного механізму. Така форма поршня сприяє кращому сумішоутворенню повітря і палива, а так само забезпечує краще згоряння палива.
Е - Місця для нанесення маркування;
Ж - Метка напрямки установки поршня;
1. скидати кромка;
1. Канавка для маслос'емного кільця;
2. Канавка для стопорного кільця;
3. Отвір для підведення масла до поршневого пальця;
4. Канавки для компресійних кілець;
5. Камера згоряння в поршні;
На зовнішній стороні головки і спідниці поршня проточені канавки для компресійних і маслоз'ємних кілець. Кількість кілець залежить від конструкції двигуна і частоти обертання колінчастого вала двигуна. Менше двох кілець, як правило не зустрічається, чим більше потужність двигуна тим більше кілець встановлюється. На внутрішній стороні спідниці є два припливу - бобишки Г, всередину яких встановлюється поршневий палець. У бобишках проточені канавки 3 для стопорних кілець, що оберігають палець від горизонтального переміщення. Холодильники Д, призначені для скупчування масла, для охолодження товщають частини поршня і оберігають його від заклинювання.
Поршневі кільця поділяються на компресійні 1 і маслознімні 2 (Малюнок 6). Компресійні кільця призначені для запобігання прориву газів з камери згоряння під час робочого ходу в картер двигуна. Кільця виготовляються з легованих марок сталі. Зовнішній діаметр кільця більше внутрішнього діаметра циліндра, через що кільце щільно прилягає до стінок циліндра. Для того щоб кільце увійшло всередину циліндра частина кільця вирізують, внаслідок чого кільце пружинить і прилягає щільно до поверхні циліндра. Виріз в поршневому кільці називається замком. Для зменшення витоку газів через замок кілець їх встановлюють навпроти один одного, якщо кільця 2 або під кутом 120 # 730; в разі якщо кілець три, якщо кілець більше трьох замки встановлюють один навпроти одного. Понад три кілець, як правило, встановлюють на дизельні двигуни, так як там тиск газів вище. Верхнє компресійне кільце виконують з хрому, так як він більш тугоплавкий. У разі перегріву двигуна між кільцями і канавками утворюються шлакові відкладення, внаслідок чого кільця перестають вільно рухатися і пружинити в канавці. Дане явище отримало назву закоксовиваніє, при цьому буде губитися потужність двигуна, підвищиться витрата палива і масла. Крім закоксовиванія кілець можливо так само і їх залягання, залягання поршневих кілець відбувається при тривалому простої автомобіля. У разі якщо такий простий належить необхідно робити його консервацію. Маслос'емниє кільця призначені для зняття масла зі стінок циліндра, маслознімні кільця перешкоджають попаданню масла в камеру згоряння. На відміну від компресійних кілець маслознімні кільця мають наскрізні прорізи. Усередині маслос'емного кільця встановлюється пружина. У разі зносу маслос'емних кілець підвищена витрата масла неминучий.
У кривошипну групу входять: колінчастий вал двигуна, шатуни, вкладиші, маховик. Шатуни (Малюнок) з'єднують поршні з колінчастим валом двигуна, і передають йому зусилля від тиску газів сприйманого поршнями. На шатун впливають тиск сили інерції, тому вони повинні бути легкими і міцними одночасно. Шатун виготовляють з високоміцної сталі у вигляді стрижня з двома головками.
1. верхня головка шатуна;
2. втулка верхньої головки;
4. нижня головка шатуна;
5. вкладиш шатунного підшипника;
6. кришка нижньої головки шатуна;
9. фіксує вусик вкладиша;
Стрижень 3 двотаврового перетину, це збільшує міцність шатуна. У верхню головку шатуна 1 запресована бронзова втулка 2. Нижня головка шатуна 4 роз'ємна, кришка 6 знімається, верхня кришка 4 виготовлена заодно з шатуном. Кришки шатунів невзаємозамінні. Обидві частини нижньої головки шатуна закріплюються болтом 10, гайки болтів шплинтуют шплинтом 7, запобігаючи їх відкручування. У нижній головці шатуна встановлені підшипники ковзання (вкладиші) 5, від осьового переміщення і провертання вкладки утримуються вусиками 9. змащувати вся система кривошипної групи під високим тиском.
Колінчастий вал двигуна сприймає зусилля від поршнів двигуна, через шатуни, перетворюючи зворотно-поступальні рухи в крутний момент. Колінчастий вал так само приводить в обертання всі інші агрегати двигуна. На колінчастий вал впливають тиск сили інерції, сприймається періодично тиск викликає знос колінчастого вала, тому він повинен бути досить міцним і бути зносостійким. Колінчастий вал штампують з високоміцної сталі, або відливають з високоміцного чавуну. Пристрій колінчастого вала зображено на малюнку 9.
3. наполегливі півкільця;
4. нижній вкладиш корінного підшипника;
7. інсталяційний штифт;
8. болт кріплення маховика;