Кривошипно-шатунный механизм состоит из блока цилиндров с головкой и уплотняющей прокладкой, картера, поршней, поршневых колец, поршневых пальцев, шатунов, коленчатого вала, маховика.

Блок цилиндров (рис. 1) — основная (базовая) деталь, к которой крепят детали механизмов двигателя; ее выполняют в одной отливке с картером. Цилиндры в блоке могут быть расположены в один ряд (ЗМЗ-402) или V-образно в два ряда под углом 90° (двигатели ЗМЗ-53, ЗИЛ-508 и КамАЗ-740).

Блок цилиндров с верхней частью картера двигателей ЗМЗ-53 и ЗМЗ-402 отлит из алюминиевого сплава, а двигателей ЗИЛ-508 и КамАЗ-740 — из чугуна.

        

                       

Рис.   1.   Блоки  цилиндров  двигателей:

а —восьмицилиндрового; б — четырехцилиндрового

 

Полость между цилиндрами и наружными стенками блока называется рубашкой   охлаждения.

В блоках двигателей ЗМЗ-53, ЗИЛ-508, КамАЗ-740 и ЗМЗ-402 цилиндры выполнены в виде вставных чугунных гильз, омываемых охлаждающей жидкостью; такие гильзы называют мокрыми (рис.2, в, г, д).

 

Рис.2. Схемы цилиндров двигателей: а – с короткой сухой вставкой; б – с сухой гильзой;   в – д – с мокрыми гильзами; 1 – блок; 2 – рубашка охлаждения; 3 – «сухая» вставка; 4 – прокладка; 5 – «сухая» гильза; 6 – бурт; 7 – сменная «мокрая» гильза; 8 – резиновое кольцо; 9 – медная прокладка

 

Тщательно обработанная внутренняя поверхность гильзы цилиндра, направляющая движение поршня, называется зеркалом. Для увеличения срока службы в верхнюю часть гильзы запрессовывают короткие тонкостенные вставки из кислотоупорного чугуна (рис.2, а). Гильзы свободно вставляют в гнезда блока и уплотняют снизу медными 9 или резиновыми прокладками (кольцами) 8 и сверху прокладкой головки цилиндров (рис.6).

При установке гильз в блоки цилиндров двигателей ЗМЗ-53 и ЗМЗ-402 подбирают комплект медных уплотнительных колец так, чтобы гильза выступала над плоскостью разъема блока на 0,02 - 0,10 мм; этим достигают надежного уплотнения гильз при установке головок  цилиндров.

Блок цилиндров двигателя ЗМЗ-402 имеет одну головку, в блоках цилиндров V-образных двигателей ЗМЗ-53 и ЗИЛ-508— по две головки (рис.3), в двигателе КамАЗ-740 каждый цилиндр имеет отдельную головку (рис.4).

Головки блока карбюраторных двигателей изготовлены из алюминиевого сплава. Этот сплав теплопроводнее чугуна, следовательно, от головок быстрее отводится теплота. В результате улучшаются условия протекания рабочего процесса в цилиндрах двигателя. В головках размещены камеры сгорания и имеются резьбовые отверстия для свечей зажигания (только у карбюраторных двигателей). У двигателя КамАЗ-740 камера сгорания выполнена в днище поршня. Стенки камер сгорания окружены рубашкой охлаждения.

Сверху на головке цилиндров закреплены детали газораспределительного механизма.

Во впускные и выпускные каналы отливки головки запрессованы вставные седла и направляющие втулки клапанов.

 

 Рис.3. Головка блока цилиндров двигателя ЗИЛ-508

 

Рис.4. Головка блока цилиндров двигателя КамАЗ-740

 

Головка цилиндров сверху закрыта штампованной или литой крышкой (рис.5), для уплотнения между ними ставят прокладку из маслостойкой резины.

 

Рис.5.Крышка головки цилиндров двигателя КамАЗ-740

Крепят головку к блоку болтами или шпильками с гайками. Прокладка между блоком цилиндров и головкой создает герметичность; в двигателях ЗМЗ-53 и ЗМЗ-402она сталеасбестовая (рис.6), в двигателях  КамАЗ-740    — стальная.

 

Рис.6.Прокладка под головку двигателя ЗИЛ-508

Картер, выполненный в одной отливке с блоком, имеет несколько усиленных ребрами перегородок, в которых расположены коренные подшипники коленчатого вала и просверлены отверстия для опорных шеек распределительного вала. Снизу к картеру прикрепляют поддон (рис.7). Место соединения картера и поддона уплотнено прокладкой.

 

Рис.7. Поддон

Поршень 6 (рис. 8) воспринимает при рабочем ходе силу давления газов и передает ее через шатун 10 коленчатому валу, а также совершает вспомогательные такты.

Верхняя часть поршня, называемая головкой, снизу усилена ребрами. По окружности головки проточены канавки для установки поршневых колец. Нижняя, направляющая часть поршня (юбка) снабжена приливами (бобышками) с отверстиями, в которые устанавливают поршневой палец.

Поршни отливают из алюминиевого сплава, обладающего малой плотностью и хорошей теплопроводностью. В поршни двигателей ЗИЛ-508 и КамАЗ-740 заделывают чугунную вставку, в которой протачивают канавку для верхнего кольца, что повышает долговечность поршня.

В верхней части головки поршня некоторых двигателей протачивают узкую канавку, уменьшающую передачу теплоты к верхнему кольцу.

Поршень устанавливают в цилиндре с зазором, для того чтобы при нагревании поршня не происходило заедания. Зазор между поршнем и зеркалом цилиндра уплотняют поршневыми кольцами. Юбку выполняют в виде эллипса, большая ось которого расположена перпендикулярно оси поршневого пальца. Такая форма юбки предотвращает стук при холодном двигателе и заседание в результате ее округления при нагреве. В отверстии для поршневого пальца имеются канавки для стопорных колец.

В выемки юбок поршней изучаемых двигателей проходят противовесы коленчатого вала.

Дополнительно для предотвращения заедания поршней в цилиндрах на их юбках делают Т- или П-образные прорези. Благодаря этому при расширении металла диаметры поршней не увеличиваются.

Поверхность юбки поршней двигателей ЗМЗ-53, ЗИЛ-508 иЗМЗ-402 покрывают слоем олова, а двигателей КамАЗ-740 — коллоидно-графитовой смесью, что улучшает приработку и уменьшает износ.

 

 

Рис. 8. Поршень, шатун, кольца и палец:

1 — горизонтальный расширитель; 2 — маслосъемное     кольцо; 3 — нижнее компрессионное кольцо; 4 — среднее компрессионное кольцо; 5 — верхнее компрессионное кольцо; 6 — поршень; 7 — стопорные кольца; 8—поршневой палец; 9 — втулка верхней головки шатуна; 10 — шатун; 11— крышка нижней головки шатуна; 12 — вкладыши нижней головки шатуна; 13, 14 — болты крепления крышки нижней головки шатуна.

Для правильной сборки поршня с шатуном на днищах головок поршней двигателя ЗИЛ-508  выполнена лыска, на боковой поверхности поршней двигателей ЗМЗ-53 у отверстия бобышки — надпись «Вперед», на боковой стенке поршней двигателей ЗМЗ-402 — надпись «Назад».

Поршневые кольца компрессионные 3, 4, 5 и маслосъемные 2 (рис.8)изготовляют из чугуна или стали; у колец выполнен разрез («замок»). В свободном состоянии диаметр колец больше диаметра цилиндра. При установке поршней в цилиндры кольца сжимают, благодаря чему они за счет своей упругости плотно прилегают к стенкам цилиндров.

Компрессионные кольца уменьшают прорыв газов из цилиндра в картер.

Верхнее компрессионное кольцо (у двигателей ЗИЛ-508 два кольца) для повышения износостойкости покрывают слоем хрома, поверхность остальных колец для лучшей прирабатываемости— слоем олова.

Маслосъемное кольцо снимает излишки масла со стенок цилиндра.

На поршнях всех карбюраторных двигателей ставят по одному маслосъемному кольцу. В канавке для этого кольца выполнены сквозные отверстия.

Маслосъемное кольцо двигателя ЗМЗ-53 — чугунное, имеет сквозные прорези для съема и отвода масла. У двигателей ЗИЛ-508 и ЗМЗ-402 маслосъемное кольцо состоит из четырех стальных деталей — двух плоских колец, осевого и радиального расширителей, у двигателя КамАЗ-740 оно имеет коробчатое сечение. Рабочая поверхность колец покрыта хромом, у КамАЗ-740 — молибденом.

Кольца устанавливают на поршень разрезами в разные стороны. Благодаря фаскам кольца сильнее прижимаются к стенкам цилиндра и быстрее прирабатываются.

Поршневой палец 8 (рис.8) стальной, трубчатый. Он соединяет поршень с шатуном. Поверхность пальца закалена с нагревом токами высокой частоты (ТВЧ). При работе палец проворачивается в бобышках поршня и втулке верхней головки шатуна; при такой установке палец называют плавающим. От осевого смещения палец удерживается стопорными кольцами, установленными в выточках бобышек поршней.

Шатун  10 ( рис.8) передает при рабочем ходе силу от поршня кривошипу коленчатого вала, а при вспомогательных тактах — от кривошипа поршню.

Шатун выполнен из стали. Он состоит из стержня двутаврового сечения, верхней неразъемной головки с бронзовой втулкой 9 для поршневого пальца и нижней разъемной головки, закрепляемой на шатунной шейке коленчатого вала. Для направленного разбрызгивания масла на стенки цилиндра в нижней головке шатуна выполнено отверстие. Для уменьшения трения между шейкой вала и нижней головкой шатуна в нее вставляют тонкостенные вкладыши 12, образующие шатунный подшипник.

У двигателей ЗМЗ-53 и ЗМЗ-402 вкладыши биметаллические, состоящие из стальной ленты с нанесенным на нее антифрикционным сплавом алюминия с медью и оловом. У двигателей ЗИЛ-508 вкладыш триметаллический, изготовленный из стальной ленты, на которую нанесен медноникелевый подслой, покрытый антифрикционным сплавом СОС-6-6, у вкладышей двигателя КамАЗ-740 покрытие трехслойное с рабочим слоем из свинцовой бронзы. От проворачивания в головке шатуна вкладыши удерживаются выштампованными на них выступами (рис.9).

 

Рис.9.Конструкция вкладышей

Обе части нижней головки шатуна скреплены двумя болтами с гайками, которые стопорятся шплинтами или при помощи контргаек, штампованных из листовой стали (например, в ЗМЗ-402). Номера, выбитые на головке и крышке шатуна, обращены в одну сторону.

Коленчатый вал (рис. 10) воспринимает силы у шатунов и преобразует их в крутящий момент, передаваемый механизмам трансмиссии через маховик.

 

Рис.10. Вал коленчатый: 1 - коренные шейки; 2 – щеки коленвала; 3 – шатунные шейки; 4 - противовесы

Коленчатый вал двигателей ЗМЗ-53 и ЗМЗ-402 литой из легированного чугуна, а двигателей ЗИЛ-508 и КамАЗ-740 — кованый, стальной.

Вал состоит из коренных 1 и шатунных шеек 3, соединенных щёками 2, продолжением которых являются противовесы 4, разгружающие коренные подшипники от инерционных нагрузок. С этой же целью шатунные шейки  сделаны полыми.

У изучаемых двигателей коленчатый вал пятиопорный, т. е. имеет пять коренных подшипников, в которых установлены вкладыши, изготовленные из такого же материала, как и шатунные. Чугунные крышки подшипников крепят к блоку двумя или четырьмя болтами и шплинтуют.

Шатунные шейки, число которых у рядных двигателей равно числу цилиндров, у четырехцилиндровых двигателей расположены попарно под углом 180°.

К каждой шатунной шейке коленчатого вала V-образных двигателей крепят по два шатуна, соединяющие ее соответственно с поршнями правого и левого рядов цилиндров. Поэтому шатунных шеек у таких двигателей вдвое меньше числа цилиндров. У восьмицилиндровых V-образных двигателей шатунные шейки располагают под углом 90° друг к другу.

Масло от коренных подшипников к шатунным поступает через каналы в щеках вала и грязеуловители, закрытые пробками.

На переднем конце коленчатого вала крепят распределительную  шестерню и шкив привода вентилятора, а в торец вала вворачивают храповик, используемый для проворачивания коленчатого вала пусковой рукояткой. Осевое перемещение вала ограничивают сталебаббитовые кольца, установленные в переднем коренном подшипнике, или сталеалюминиевые полукольца, установленные в выточке задней коренной опоры (КамАЗ-740). К фланцу заднего конца коленчатого вала крепят маховик.

У многих двигателей вытекание масла из картера в местах выхода коленчатого вала предотвращает маслоотбрасывающий буртик, маслоотгонная резьба на его заднем конце и маслоотражатель на переднем конце. Кроме того, места выхода вала уплотняют сальниками.

Маховик — чугунный диск с тяжелым ободом (рис.11). Он увеличивает момент инерции коленчатого вала и этим повышает плавность работы, облегчает пуск двигателя и трогание автомобиля с места. На ободе маховика напрессован зубчатый венец для пуска двигателя от стартера. Маховик крепят несимметрично расположенными болтами, которые должны быть затянуты с моментом 140 - 150 Н-м (14...15 кгс • м) и зашплинтованы.

 

Рис.11. Маховик

Крепление двигателя к раме или подрамнику должно быть надежным, но упругим, чтобы вибрация двигателя не передавалась кузову, а перекосы рамы при движении не вызывали повреждения деталей креплений. Для этого между опорными лапами двигателя и рамой помещают резиновые подушки.

Двигатель ЗМЗ-402 крепят в трех точках: две — в передней части двигателя по его сторонам, одна — сзади под задней крышкой коробки передач.

Двигатель ЗМЗ-53 крепят в четырех точках: спереди штампованными кронштейнами, привернутыми к блоку цилиндров, сзади двумя приливами картера сцепления. Двигатель КамАЗ-740 также крепится в четырех точках.

Двигатель ЗИЛ-508 имеет три точки крепления: передней опорой служит кронштейн, установленный под крышкой распределительных шестерен, задними опорами — лапы картера сцепления, от продольного смещения двигатель ЗИЛ-508 удерживается тягой, соединенной с поперечиной рамы.

ИСПОЛЬЗОВАННЫЕ ИСТОЧНИКИ:

1. Пузанков А.Г. Автомобили: устройство и техническое обслуживание. - М.: Академия, 2007. - 640 с.

2. Морозов Н.Д. и др. Устройство и ремонт автомобилей. Учебник. Изд.2-е,перераб. и доп. М.,"Высшая школа", 1972. -304 с.

3. Иллюстрации, находящиеся в сети Интернет в свободном доступе.

4.  Материалы сайта: mustangs.ru/