Советы автомеханика. Техобслуживание, диагностика, ремонт, Савосин Сергей

Советы автомеханика. Техобслуживание, диагностика, ремонт

на обложку

Савосин Сергей

Шрифт:

При движении поршня от нижней мертвой точки к верхней (цилиндр по-прежнему изолирован от внешней среды) рабочая смесь сжимается, и давление в цилиндре возрастает от 8 до 14 кг/см2 – происходит сжатие (рис. 2.8), при этом коленчатый вал поворачивается еще на пол-оборота.

Рис. 2.8. Сжатие

Сжатая горючая смесь готова к сгоранию (цилиндр по-прежнему изолирован от внешней среды), поэтому достаточно электрической искры, чтобы смесь воспламенилась и началось выделение горячих газов. Под давлением газов поршень вынужден начать движение от верхней мертвой точки к нижней. Одновременно с поршнем коленчатый вал поворачивается еще на пол-оборота. Этот процесс называется расширением или рабочим ходом (рис. 2.9).

Рис. 2.9. Рабочий ход

За счет энергии, образующейся при работе газов, поршень движется поступательно вниз, и коленчатый вал вращается. Далее поршень продолжает двигаться, но уже от нижней к верхней мертвой точке, а коленчатый вал в четвертый раз поворачивается на пол-оборота. Цилиндр соединен с трубопроводом, через который выбрасываются отработавшие газы. Этот процесс называется выпуском (рис. 2.10).

Рис. 2.10.

Выпуск

За это время поршень четыре раза прошел мертвые точки и совершил четыре хода. Коленчатый вал повернулся вокруг своей оси два раза (всего на 720 градусов), в цилиндре полностью произошел так называемый рабочий цикл.

Процессы в цилиндре, связанные с движением поршня и вращением коленчатого вала, называют тактами : впуск, сжатие, рабочий ход (расширение), выпуск. Такт рабочего хода совершается за счет тепловой энергии газов, а такты впуска, сжатия и выпуска – за счет кинетической энергии маховика , укрепленного на конце коленчатого вала.

Как любое раскрученное колесо продолжает вращаться по инерции, так и маховик, запасаясь энергией при рабочем ходе, продолжает вращать коленчатый вал, перемещая поршень в цилиндре. Поэтому эти такты (впуск, сжатие и выпуск) являются вспомогательными.

Двигатель, рабочий цикл которого совершается за четыре такта (два оборота коленчатого вала), называется четырехтактным. Существуют также двухтактные двигатели, в которых рабочий цикл совершается за два хода поршня и один оборот коленчатого вала. Их почти не применяют на автомобилях, а устанавливают на мотоциклах и мопедах.

Выше был описан рабочий цикл одноцилиндрового двигателя. На современные автомобили, в зависимости от их назначения, веса и размера, ставят двигатели, имеющие два, четыре, шесть, восемь и двенадцать цилиндров. Рабочие объемы всех цилиндров многоцилиндрового двигателя суммируются, и получается объем, называемый литражом двигателя. Литраж определяет класс автомобиля; увеличение литража двигателя сопровождается ростом его мощности.

Изучив рабочий цикл одноцилиндрового двигателя, легко представить рабочий цикл двигателя многоцилиндрового. У двигателя, имеющего четыре цилиндра, число рабочих ходов во всех цилиндрах за рабочий цикл двигателя будет равно тоже четырем. А во время рабочего хода в одном цилиндре в трех других будут совершаться вспомогательные такты. Коленчатый вал будет равномерно вращаться в результате непрерывно повторяющихся рабочих ходов в его отдельных цилиндрах.

Очередность рабочих ходов и других тактов в цилиндрах подчинена строгому порядку работы. В четырехцилиндровых четырехтактных двигателях применяется следующая очередность работы цилиндров: 1-2-4-3 и 1-3-4-2.

Такты работы дизельного четырехтактного двигателя аналогичны тактам бензинового двигателя. Дизельные и бензиновые двигатели отличаются способом воспламенения горючей смеси.

2.2.2. Кривошипно-шатунный механизм

Основные части кривошипно-шатунного механизма и схемы их взаимодействия показаны на рисунках.

Цилиндр является основной частью двигателя, в которой происходит весь рабочий процесс. Внутренняя часть цилиндра отполирована до зеркального блеска, поэтому ее называют зеркалом цилиндра. У многоцилиндровых двигателей цилиндры изготовлены в одной общей отливке, образующей блок цилиндров. Материалом для блока цилиндров служит серый чугун или алюминиевый сплав. В блок, отлитый из алюминиевого сплава, запрессовывают чугунные гильзы, образующие цилиндры. Первый цилиндр находится, как правило, со стороны шкива привода аксессуаров (рис. 2.11), за исключением двигателей французских производителей, у которых по установившейся традиции нумерация цилиндров осуществляется со стороны коробки передач.

Рис. 2.11. Нумерация цилиндров рядного двигателя

Нумерация цилиндров двигателей с двумя рядами цилиндров (V-образных двигателей) начинается с правого полублока (рис. 2.12).

Рис. 2.12. Нумерация цилиндров V-образного двигателя

Различают двигатели с правым и левым направлением вращения, если смотреть со стороны шкива (рис. 2.13). Распространение получили двигатели с правым направлением вращения.

Рис. 2.13. Направление вращения двигателя

Сверху блок плотно закрывает головка, отлитая из алюминиевого сплава или серого чугуна. В головке цилиндров имеются впускные и выпускные каналы, перекрываемые клапанами, и отверстия для свечей зажигания. Через впускные каналы в цилиндры поступает горючая смесь, а через выпускные каналы выходят отработавшие газы. Между блоком и головкой ставят уплотняющую прокладку, обеспечивающую герметичность соединения. Блок и головка имеют двойные стенки, образующие полость, которые заполняют охлаждающей жидкостью. Эту полость называют рубашкой охлаждения.

Поршень должен быть легким и обладать хорошей теплопроводностью, потому его отливают из алюминиевого сплава. Нижнюю часть поршня называют юбкой, верхнюю – головкой, а плоскость, которая воспринимает давление газов, – днищем. С внутренней стороны юбка имеет приливы – бобышки с отверстиями для поршневого пальца. Юбка поршня должна постоянно прилегать к зеркалу цилиндра и не заклиниваться при тепловом расширении – для этого на ней имеется разрез, допускающий ее сжатие (см. рис. 2.5).

На наружной поверхности головки поршня проточены канавки для поршневых колец. Поршневые кольца делают обычно из чугуна, при этом они обладают большой упругостью. Два или три верхних кольца, которые уплотняют зазор между поршнем и цилиндром и предотвращают прорыв газов из цилиндров, называют компрессионными. Нижнее кольцо немного шире компрессионных и имеет прорези, позволяющие удалять избыток масла со стенок цилиндра (все трущиеся детали кривошипно-шатунного механизма смазываются маслом), поэтому его называют маслосъемным кольцом (рис. 2.14, см. также на цветной вклейке рис. ЦВ 2.14).

Рис. 2.14. Устройство кривошипно-шатунного и газораспределительного механизмов

Поршневой палец имеет форму пустотелого цилиндра и служит для шарнирного соединения поршня с шатуном. Поршневой палец изготовлен из стали, для большей износоустойчивости его наружную поверхность подвергают термической обработке токами высокой частоты – закалке. Палец устанавливают в отверстия бобышек на юбке поршня и, во избежание бокового перемещения, в специальные кольцевые канавки бобышек поршня ставят стопорные кольца. Такое крепление поршневого пальца называется плавающим, т. к. оно позволяет ему во время работы поворачиваться в бобышках поршня и в верхней головке шатуна.

Шатун соединяет поршень с шатунной шейкой коленчатого вала и служит для передачи усилия от поршня (при рабочем ходе) на коленчатый вал и от коленчатого вала на поршень (при вспомогательном такте). Шатун состоит из стального стержня, верхней неразъемной и нижней разъемной головок. Верхняя головка шатуна надета на поршневой палец и тем самым соединена с поршнем. Обе половинки нижней головки шатуна надеты на шатунную шейку коленчатого вала и соединены между собой стяжными болтами, гайки которых после затяжки шплинтуются.

Применяется и другой вариант соединения верхней и нижней головкой шатуна. Для уменьшения габаритов и облегчения веса в неразъемной головке шатуна нарезается резьба, а в нижней разъемной головке шатуна сверлятся отверстия под шатунные болты. Затяжка таких болтов осуществляется с определенным усилием (момент затяжки измеряется в ньютон-метрах) с помощью динамометрического ключа.

Для уменьшения трения между деталями и, следовательно, их износа, в верхнюю головку

шатуна вставляют бронзовую втулку, а в нижнюю – тонкостенные вкладыши, являющиеся подшипниками скольжения. Внутреннюю поверхность вкладышей заливают баббитом (сплавом олова и свинца). Коленчатый вал, изготовленный из высокопрочной стали или чугуна, имеет коренные и шатунные шейки, щеки, противовесы и фланец для крепления маховика (рис. 2.15). Он воспринимает усилия от поршней через шатуны и преобразует их в крутящий момент, который затем передается через маховик на трансмиссию.

Рис. 2.15. Коленчатый вал

В передней части вала расположены: шестерня привода распределительного вала, шкив для привода генератора и вентилятора (если он не электрический) и храповик для пуска двигателя пусковой рукояткой (на современных двигателях храповик не устанавливается). Коренные шейки коленчатого вала являются опорными. Они вращаются в подшипниках скольжения, укрепленных в верхней части картера блока цилиндров. Эти подшипники, как и шатунные, имеют тонкостенные вкладыши и называются коренными. Щеки с противовесами соединяют между собой коренные и шатунные шейки вала. Противовесы уравновешивают центробежные силы, возникающие при вращении коленчатого вала благодаря наличию кривошипа.

Маховик представляет собой массивный диск, который, накапливая кинетическую энергию, выводит поршни из мертвых точек и создает равномерность вращения коленчатого вала. Маховик отливают из чугуна; на его обод напрессовывают зубчатый венец (изготовленный из стали), который вращается вместе с маховиком и используется при пуске двигателя от шестерни стартера.

Картер состоит из верхней и нижней частей. Верхнюю часть отливают вместе с блоком цилиндров, и в результате получается жесткая опора для крепления деталей механизмов двигателя. Нижнюю часть – поддон – штампуют из стали или отливают из алюминиевого сплава. Поддон предохраняет механизмы двигателя от попадания на них пыли и грязи, а находящееся в нем масло служит смазкой деталей механизмов.

2.2.3. Газораспределительный механизм

Газораспределительный механизм предназначен для своевременного впуска в цилиндр горючей смеси и выпуска из него отработавших газов. В механизме имеются распределительные шестерни (либо цепи или ремни), распределительный вал, толкатели штанги коромысла, клапаны с пружинами (рис. 2.14). Принцип работы газораспределительного механизма следующий: шестерня привода (либо цепь или ремень) вращается вместе с коленчатым валом. Связанная с ней ведомая шестерня, установленная на распределительном валу, имеет в два раза больше зубьев, благодаря чему распределительный вал за два оборота коленчатого вала делает только один оборот.

Распределительный вал изготовлен из стали и для повышения износоустойчивости подвергается закалке. На валу имеются кулачки – выступы, расположенные под некоторым углом друг к другу. Кулачок, набегая на толкатель, поднимает штангу и через коромысло опускает клапан, соединяя тем самым полость цилиндра с впускным каналом головки цилиндра. Когда толкатель опускается, клапан возвращается в исходное положение пружиной. Точно так же происходит открытие выпускного канала, но только от другого кулачка распределительного вала.

У клапана различают две части: головку и стержень. Головка имеет конусообразную рабочую часть – фаску 45°, которая прилегает к седлу такой же формы (рис. 2.16).

Рис. 2.16. Клапан

Стержень клапана вставлен в направляющую втулку. На конце стержня имеется кольцеобразная выточка, в которую вставляют сухарики (выточек может быть несколько). На сухарики опирается шайба, служащая, в свою очередь, опорой для пружины, прижимающей клапан к седлу.

Кроме кулачков (по два и более на каждый цилиндр) и закрепленной на шпонке распределительной шестерни, вал имеет шестерню со спиральным зубом (рис. 2.17) для приведения в действие масляного насоса и прерывателя-распределителя (для старых двигателей) и эксцентрик для привода топливного насоса (для карбюраторных двигателей).

Рис. 2.17. Шестерня со спиральным зубом

Между деталями, передающими усилие от кулачка к клапану, в холодном состоянии должен быть небольшой зазор для обеспечения плотного прилегания фаски клапана к седлу. Величину зазора измеряют с точностью до сотых долей миллиметра и регулируют на коромысле при помощи винта с контргайкой. Температурный зазор для клапанов двигателей различных марок неодинаков и указывается в инструкции по эксплуатации автомобиля. Если величина зазора выше нормы, то клапаны открываются не полностью – это ухудшает наполнение цилиндра горючей смесью и выпуск отработавших газов, а также вызывает стук. При малой величине зазора клапаны плотно не закрываются, двигатель не развивает полной мощности и происходит выгорание рабочих поверхностей (фасок) головок клапанов и их седел по причине пропуска газов из камеры сгорания при рабочем ходе.

2.2.4. Система охлаждения двигателя внутреннего сгорания

При сгорании рабочей смеси внутри цилиндров двигателя температура газов достигает 2000–2500 °C. Детали двигателя, испытывая сильный нагрев, должны сохранять работоспособность, поэтому их требуется охлаждать. Оптимальный режим работы двигателя – при температуре охлаждающей жидкости 80–90 °C.

Проще всего охлаждать цилиндры двигателя встречным потоком воздуха – такая система охлаждения применяется на мотоциклах и некоторых автомобилях. Воздух для охлаждения цилиндров двигателя подается вентилятором, а процессом охлаждения автоматически управляет термостат. Эта система дает возможность быстро прогревать холодный двигатель и поддерживать его температурный режим, не допуская ни перегрева, ни охлаждения. Тепло от цилиндров двигателя воспринимается охлаждающей средой – жидкостью, которая, в свою очередь, отдает тепло воздуху. Нагретая от соприкосновения с горячими стенками цилиндров жидкость поступает в радиатор, там охлаждается и затем возвращается в двигатель, т. е. непрерывно циркулирует. Циркуляция жидкости в системе охлаждения происходит принудительно, при помощи насоса. В качестве охлаждающей среды в настоящее время применяется антифриз.

Антифриз должен быть устойчив не только к низким, но и к высоким температурам. Чем выше максимальная температура антифриза, тем меньше он испаряется. Нормальная температура охлаждающей жидкости (смесь концентрата с водой в пропорции один к одному) находится в интервале от -36 до +107 °C.

В качестве антифризов используются смеси этиленгликоля, пропиленгликоля, глицерина, спиртов и других веществ с водой. Современные антифризы содержат также антикоррозийные и флуоресцентные присадки. Раньше в качестве одного из компонентов антифриза использовался фенол, который наносит непоправимый вред организму человека.

По содержанию антикоррозийных присадок антифризы делятся на силикатные и карбоксилатные. Силикатный антифриз защищает охлаждающую систему от коррозии, в процессе эксплуатации покрывая всю внутреннюю поверхность тонким слоем накипи, что ухудшает теплоообмен и снижает эффективность охлаждения. Как правило, силикатный антифриз имеет зеленый или синий цвет. Карбоксилатный антифриз содержит ингибиторы коррозии на основе органических кислот. Он адсорбируется лишь в местах возникновения коррозии, образуя защитный слой толщиной не более 0,1 микрона. Кроме того, карбоксилатный антифриз имеет больший срок службы (5 лет против 3 лет силикатного) и обладает лучшим моющим свойством, что позволяет обойтись без промывки системы охлаждения при смене антифриза. Производители, как правило, окрашивают карбоксилатный антифриз в красный цвет. При выборе антифриза необходимо пользоваться рекомендацией завода изготовителя.

Устройство системы охлаждения изображено на рис. 2.18.