УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ. «ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ» Часть 1. «Устройство работа и обслуживание двигателя внутреннего сгорания»

1 УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ серия: Слесарь по ремонту автомобилей НЕКОММЕРЧЕСКОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ «РУССКАЯ ТЕХНИЧЕСКАЯ ШКОЛА» «ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ» Часть 1. «Устройство работа и обслуживание двигателя внутреннего сгорания» АННОТАЦИЯ к учебному пособию Слесарь по ремонту автомобилей. «Двигатель внутреннего сгорания». Данная книга претворяет серию изданий, посвящённых устройству обслуживанию и ремонту автомобильной техники. Книга состоит из двух частей. В её первой части — «Устройство и работа двигателя внутреннего сгорания», даются основные понятия и термины, описывается конструкция, работа и техническое обслуживание бензинового и дизельного двигателя, рассматриваются процессы, протекающие в цилиндрах, а также аспекты нагруженности деталей двигателя и силы, действующие на детали. Вторая часть пособия — «Ремонт двигателя внутреннего сгорания» знакомит читателя (учащегося) с основами диагностики, видами и методами ремонта, приёмами слесарных работ. Материал изложен в последовательности его преподавания в НОУ «Русская Техническая Школа» на курсах профессиональной подготовки профессии «Слесарь по ремонту автомобилей». Пособие ориентировано на учащихся курсов, но может быть интересно более широкому кругу читателей, чья деятельность, так или иначе, связанна с автотранспортом (профессиональные водители, автолюбители, работники автопредприятий и др.), а так же учебным центрам и колледжам. Пособие призвано помочь учащемуся (читателю) освоить новую для себя профессию «Слесарь по ремонту автомобилей», повысить профессиональный уровень, или же самостоятельно изучить устройство автомобиля и автомобильного двигателя. К ЧИТАТЕЛЮ. Изучив данное пособие, Вы должны знать: устройство легкового автомобиля; общее устройство основных узлов и агрегатов легкового автомобиля; устройство двигателя внутреннего сгорания; конструкцию двигателей современных автомобилей и автомобилей, снятых с производства; устройство кривошипно-шатунного и газораспределительного механизмов и основных систем двигателя внутреннего сгорания; конструкцию кривошипно-шатунных и газораспределительных механизмов двигателей современных автомобилей, а также конструкции основных систем двигателей внутреннего сгорания; работу двигателя внутреннего сгорания, его систем и механизмов; процессы, протекающие в цилиндрах работающего двигателя, силы, действующие на детали двигателя и вызывающие их износ; периодичность и виды технического обслуживания двигателя внутреннего сгорания; основные термины и понятия; основные признаки неисправностей, способы их диагностирования и устранения; виды, приёмы и методы ремонта двигателя. Изучив данное пособие, Вы должны уметь: различать конструкции двигателей внутреннего сгорания, его систем и механизмов; диагностировать типовые неисправности двигателя по внешним признакам; применять на практике полученные знания.

2 ОГЛАВЛЕНИЕ: Глава 1. Общие сведения об устройстве автомобиля 1.1 Кузов 1.2 Шасси Трансмиссия Ходовая часть Механизмы управления Глава 2. Автомобильные двигатели 2.1 Классификация поршневых двигателей внутреннего сгорания Глава 3. Общее устройство двигателя внутреннего сгорания 3.1 Корпус двигателя 3.2 Детали цилиндропоршневой группы и кривошипно-шатунного механизма 3.3 Газораспределительный механизм Распределительный вал и детали привода распределительного вала Детали клапанной группы Привод клапанов и их детали Системы регулирования фаз газораспределения 3.4 Системы охлаждения и смазки двигателя Назначение, устройство и работа системы охлаждения Назначение, устройство и работа системы смазки 3.5 Техническое обслуживание двигателя Глава 4. Работа двигателя внутреннего сгорания 4.1 Рабочий цикл четырёхтактного бензинового двигателя 4.2 Рабочий цикл четырёхтактного дизельного двигателя 4.3 Работа четырёхтактных многоцилиндровых двигателей 4.4 Нагруженность и износ деталей

3 Глава 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ УСТРОЙСТВЕ АВТОМОБИЛЯ Автомобиль состоит из трёх основных частей: 1) кузова; 2) шасси и 3) двигателя. Основные части автомобиля, в свою очередь состоят из узлов и агрегатов. Узлы и агрегаты собраны из деталей. Общая компоновка легкового автомобиля с приводом на задние колёса показана на рис Кузов Кузова легковых автомобилей, по большей части имеют несущую конструкцию, которая предполагает крепление основных узлов и агрегатов непосредственно к его корпусу. Немногим реже встречаются легковые автомобили, имеющие кузов с несущим основанием или подрамником, ещё реже — рамную конструкцию. Несущий кузов получил распространение с 50-х годов прошлого столетия. Корпус несущего кузова рис. 1.2 объемный, из листового металла толщиной 0,5 2,0 мм, представляет собой жесткую сварную конструкцию, состоящую из отдельных, предварительно собранных узлов: 1)основания (пола) с передней и задней частями корпуса; 2) левой и правой боковин со стойками дверей и задними крыльями; 3) крыши и 4) передних крыльев. Жёсткость кузова обеспечивается наличием в его составе большого числа профильных элементов из штампованных деталей, которые при соединении создают закрытые коробчатые сечения. Тип кузова определяется числом функциональных отсеков (объёмов) и конструктивным исполнением. Изготовителями выпускаются автомобили с трёх-, двух-, и однообъёмными кузовами. Трёхобъёмный кузов имеет в своём составе моторный отсек, салон и багажное отделение (например, лимузин, купе, седан, кабриолет, хардтоп). Двухобъёмный кузов имеет моторный отсек и салон, совмещённый с багажным отделением, расположенным в задней части салона (например, универсал, комби, фастбек, хэтчбек). В однообъёмном кузове моторный отсек, салон и багажник объединены в одно целое (например, минивэны с центральным расположением силового агрегата, пассажирские фургоны типа «буханка»). Кузов может быть открытым или закрытым. Открытый тип кузова имеет съёмную крышу или складывающийся верх, выполненный из матерчатого или пластикового тента (например, кабриолет, родстер, фаэтон, ландо). Грузовые типы кузовов легковых автомобилей также могут быть открытыми «пикап», или закрытыми «фургон». Грузовая часть кузова таких автомобилей отделена от водителя и пассажиров стационарной перегородкой. Некоторые типы кузовов легковых автомобилей представлены на рис Шасси Шасси автомобиля обеспечивает передачу усилия от двигателя к ведущим колёсам, управление автомобилем и его передвижение. В состав шасси входит: 1) силовая передача (трансмиссия); 2) ходовая часть и 3) механизмы управления Трансмиссия Трансмиссия осуществляет передачу крутящего момента от коленчатого вала двигателя к ведущим колёсам, трансформируя его (крутящий момент) в зависимости от условий движения автомобиля. Силовые передачи автомобилей могут иметь существенные отличия. По степени приспособленности к различным дорожным условиям и назначению, силовые передачи можно разделить на: 1) трансмиссию автомобилей классической компоновки; 2)

4 трансмиссию автомобилей с приводом на передние колёса; 3) трансмиссию автомобилей повышенной проходимости с «колёсной формулой 4х4»; 4) трансмиссию автомобилей дорожной проходимости с «колёсной формулой 4х4». Расположение узлов и агрегатов трансмиссии автомобилей различного назначения показаны на рис Автомобиль классической компоновки имеет привод на задние колёса и переднее продольное размещение силового агрегата. Трансмиссия такого автомобиля состоит из: 1) сцепления, 2) коробки передач, 3) карданной передачи и 4) ведущего моста, в котором размещается главная передача с дифференциалом и полуосями. Сцепление обеспечивает соединение двигателя и трансмиссии при движении автомобиля, а также осуществляет передачу вращения от коленчатого вала на валы коробки передач. Когда при изменении условий движения необходимо переключить передачу сцепление отсоединяет вал двигателя от трансмиссии. Сцепление легковых автомобилей, имеющих механическую трансмиссию — фрикционное, сухое с одним ведомым диском и механическим или гидравлическим приводом. Однодисковое фрикционное сцепление имеет 1) ведомый диск со ступицей, гасителем крутильных колебаний (демпфером) и фрикционными накладками; 2) нажимной диск; 3) диафрагменную нажимную пружину; 4) кожух сцепления и некоторые другие детали. Общее устройство сцепления легкового автомобиля показано на рис В автомобилях с автоматическими трансмиссиями используются гидродинамические трансформаторы и коробки передач, действующие автоматически, в зависимости от скоростного и нагрузочного режима движения автомобиля. Коробка передач служит для изменения тягового усилия на колёсах, а также для получения заднего хода и отсоединения ведущих колёс от двигателя. На легковых автомобилях, как правило, применяются двух или трёхвальные коробки передач. В трансмиссиях с ручным или полуавтоматическим переключением передач применяются механические коробки в основном с цилиндрическими шестернями внешнего зацепления. В автомобилях с автоматическими трансмиссиями применяются как вальные, так и планетарные коробки передач, управление переключением передач в которых осуществляется автоматически многодисковыми сцеплениями, работающими в масляной ванне, и ленточными тормозами, позволяющими переключать передачи без разрыва потока мощности (т.е. без переключения на «нейтральную» передачу). Количество многодисковых сцеплений и ленточных тормозов зависит от числа передач в коробке. Трансформация передаваемого от двигателя крутящего момента посредством переключения передач в коробке передач достигается введением в зацепление шестерён различного диаметра, меняющих как соотношение между числами оборотов коленчатого вала двигателя и ведущих колёс автомобиля, так и величину тяговых усилий. Величина изменений указанных характеристик определяется передаточным числом передачи (чем больше передаточное число передачи, тем сильнее изменяется крутящий момент). Передаточное число в общем случае равно отношению числа зубьев (диаметра) ведомой шестерни к числу зубьев (диаметру) ведущей. Механическая коробка передач имеет корпус, в котором размещаются: 1) первичный, вторичный и промежуточный валы; 2) шестерни передач; 3) синхронизаторы; 4) штоки и вилки переключающего механизма; 5) рычаг переключения передач и другие детали. Общее устройство пятиступенчатой коробки передач показано на рис Карданная передача осуществляет передачу усилия от коробки передач на главную передачу ведущего моста автомобиля. Вследствие того, что при движении автомобиля его ведущий мост совершает колебания в вертикальной и горизонтальной плоскостях, карданная передача

5 должна передавать крутящие моменты при постоянно изменяющихся углах наклона между валами и расстояниях между передней и задней осями. Карданная передача состоит из: 1) карданного вала (валов); 2) карданных шарниров или шарниров равных угловых скоростей; 3) промежуточных опор и эластичных муфт карданного вала (валов). Устройство карданной передачи полноприводного автомобиля показано на рис Главная передача обеспечивает передачу крутящего момента с карданного вала на полуоси под углом 90 и изменяет крутящий момент в соответствии со своим передаточным числом. Главные передачи легковых автомобилей, по большей части, одинарные и состоят из двух шестерён ведущей и ведомой. Ведущая шестерня приводится в движение от карданного вала. Ведомая шестерня крепится к корпусу дифференциала и передаёт вращение на полуоси. Дифференциал служит для распределения крутящего момента между ведущими колёсами и позволяет им вращаться с разной скоростью при движении автомобиля в повороте или по неровной дороге. Наибольшее распространение имеют дифференциалы с коническими шестернями. Дифференциал состоит из корпуса (коробки) дифференциала, в котором размещаются: 1) полуосевые шестерни; 2) саттелитовые шестерни и 3) ось саттелитов. Полуоси передают крутящий момент от дифференциала на ведущие колёса автомобиля. Главная передача с дифференциалом и полуосями устанавливается в балке ведущего моста. Балка моста имеет центральную часть картер и полуосевые рукава. Балка является задней осью автомобиля и крепится к кузову через элементы подвески. Балки бывают разъёмные и неразъёмные. Устройство ведущего моста с главной передачей и дифференциалом показано на рис Трансмиссия автомобилей с приводом на передние колёса отличается от рассмотренной выше тем, что не имеет заднего ведущего моста и карданной передачи. Главная передача и дифференциал размещаются в дополнительном картере коробки передач, а передача усилий от дифференциала на колёса осуществляется через валы привода передних колёс с шарнирами равных угловых скоростей (ШРУС). Трансмиссия автомобилей повышенной проходимости «внедорожников» с «колёсной формулой 4х4» дополнительно имеет вторую коробку передач раздаточную коробку; несколько карданных передач; два ведущих моста передний и задний, с главными передачами и межколёсными дифференциалами. Раздаточная коробка, как правило, снабжена понижающей передачей и может иметь межосевой дифференциал (для версий с постоянным (т.е. не отключаемым) приводом на все колёса). Также предусматривается механизм блокировки одного или нескольких дифференциалов. На части техники применяются самоблокирующиеся дифференциалы или дифференциалы повышенного трения, а также механизмы отбора мощности на привод вспомогательных механизмов, например лебёдки. К внедорожникам предъявляются повышенные требования, касающиеся силы тяги, прочности подвески, кузова, а также других узлов и систем. К компоновочным особенностям таких машин, можно отнести короткую базу и высокий клиренс (дорожный просвет) которые, наряду с вышеперечисленными характеристиками, позволяют преодолевать различную степень бездорожья. Трансмиссия автомобилей дорожной проходимости с «колёсной формулой 4х4» предназначена для эксплуатации на дорогах с твёрдым покрытием, но может иметь «компромиссную» конструкцию, т.е. одновременно отвечать требованиям как «внедорожника», так и «обычного» автомобиля с приводом на передние или задние колёса. Чаще всего применяется схема, где передние колёса являются основными ведущими, а задний мост подключается автоматически и по мере необходимости. В качестве механизма автоматического подключения заднего моста используются многодисковые вязкостные муфты

6 или механизмы повышенного трения, размещаемые в раздаточной коробке. Сама раздаточная коробка, как правило, монтируется в одном корпусе с коробкой передач. Трансмиссия современных автомобилей может иметь электронные или электронногидравлические устройства управления силой тяги ведущих колёс, к которым относят противобуксовочную систему (ASR). Противобуксовочная система предотвращает проворачивание колёс относительно дорожного покрытия, при излишнем крутящем моменте тем самым, обеспечивая плавное трогание автомобиля с места, оптимальную тягу на колёсах и поддержание курсовой устойчивости автомобиля Ходовая часть Ходовая часть автомобиля состоит из: 1) несущего основания; 2) передней и задней осей; 3) подвески и 4) колёс. Несущим основанием легкового автомобиля является несущий кузов или рама. Так же, несущее основание может быть образовано элементами рамы, соединёнными с профильными элементами панели пола. Полученная таким образом конструкция, представляет собой отдельный узел автомобиля. К несущему основанию (кузову или раме) крепятся все части и механизмы автомобиля. На раму устанавливается и сам кузов (кабина). Передние и задние оси автомобиля могут быть ведущими и неведущими. Ведущими осями являются балки ведущих мостов (переднего и/или заднего). Неведущая ось грузового автомобиля представляет собой стальную балку при помощи рессор соединяемую с рамой. У легковых автомобилей, имеющих независимую подвеску колёс, понятие неведущей передней и задней оси отсутствует. В передней части несущего кузова автомобиля с задней ведущей осью имеется стальная балка поперечина, прикрепляемая к кузову жёстко. В задней части несущего кузова автомобиля с приводом на передние колёса также имеется поперечная балка, называемая соединителем рычагов, которая присоединяется к кузову через элементы подвески. К балкам крепятся рычаги подвески и другие детали. Подвеска гасит колебания кузова, возникающие при движении автомобиля, смягчает и поглощает удары колёс о неровности дороги тем самым, обеспечивая больший комфорт водителю и пассажирам, сохранность грузов и эксплутационную безопасность автомобиля. Подвеска автомобилей бывает зависимой и независимой. Следует различать рессорные, рычажные, пружинные, торсионные, гидропневматические и пневматические подвески, а также подвески смешанного типа. Основные типы подвесок показаны на рис.1.9а и рис.1.9 б. Колёса автомобиля могут быть ведущими, ведомыми и управляемыми. Ведущими колёсами могут являться передние колёса, задние колёса или все колёса автомобиля. Если ведущей является одна пара колёс (независимо передняя или задняя), то автомобиль имеет колёсную формулу 4х2; если ведущими являются все четыре колеса, то 4х4. Управляемые колёса у легкового автомобиля передние. Управляемые передние колёса устанавливаются на ось с углом развала в вертикальной плоскости, равным 0-3 и схождением 2 4 мм. Для стабилизации управляемых колёс в среднем положении ось поворота колеса имеет поперечный и продольный наклоны (рис ). Колесо состоит из металлического обода и диска. У штампованных колёс диск с ободом соединяются посредством сварки. У литых и кованых колёс диск и обод выполнен за одно целое. На обод колеса монтируется шина. Шины бывают двух типов камерные и бескамерные. По способу укладки несущего корда, различают шины радиальные и диагональные, а по форме и рисунку протектора зимние, летние и всесезонные. Имеются и другие конструктивные различия шин.

7 1.2.3 Механизмы управления К механизмам управления относятся рулевое управление и тормоза. Рулевое управление обеспечивает изменение направления движения автомобиля путём поворота его управляемых колёс. Рулевое управление состоит из: 1) рулевого колеса с валом, установленным в рулевой колонке; 2) рулевого механизма; 3) рулевого привода и некоторых других деталей. Рулевой механизм обеспечивает передачу усилий от рулевого колеса с валом на детали рулевого привода и далее на рулевую трапецию и управляемые колёса. Большее распространение имеют рулевые механизмы глобоидально-червячного и реечного типа. К деталям рулевого привода легковых автомобилей с независимой передней подвеской относят рулевую сошку, маятниковый рычаг, среднюю и боковые рулевые тяги, рулевые наконечники, рулевые рычаги поворотных кулаков или стоек и другие детали. В устройстве привода рулевого механизма червячного или реечного типа имеются отличия. Детали рулевого привода образуют рулевую трапецию. Рулевая трапеция осуществляет одновременный поворот управляемых колёс, при этом, внутреннее к центру поворота колесо должно поворачиваться на больший угол, чем внешнее, для обеспечения качения колёс по окружностям, описанным из одного центра. Следует различать нерасчленённые и расчленённые рулевые трапеции. Нерасчленённую трапецию применяют на автомобилях, у которых управляемые колёса устанавливаются на одной оси, подвешенной через детали подвески к кузову или раме. Расчленённую подвеску используют при независимой подвеске управляемых колёс. Рулевые управления с глобоидально-червячным механизмом и механизмом реечного типа показаны на рис Тормозные системы автомобиля служат для снижения скорости автомобиля и его остановки, а также для удержания автомобиля в неподвижном состоянии. Замедление автомобиля обеспечивает рабочая тормозная система. Удержание автомобиля в неподвижном состоянии на уклоне при остановке или стоянке обеспечивает стояночная тормозная система. Помимо перечисленных систем, которые можно назвать основными, автотранспортные средства оснащаются другими средствами для торможения. На грузовых автомобилях и прицепных устройствах находят применение аварийные, запасные, вспомогательные, а также различные типы моторных тормозных систем. Широкое распространение имеют антиблокировочные системы (ABS). Управление рабочей тормозной системой осуществляется от ножной педали тормоза. Передача усилий от педали тормоза к рабочим тормозным механизмам реализуется через гидравлический, пневматический и редко механический привод. В автомобилях, оснащённых системами ABS, ASR и системами управления динамикой автомобиля тормозные усилия регулируются ЭБУ (электронными блоками управления). Электронные системы управления тормозами широко используется в электропневматических и электрогидравлических тормозных механизмах. Основными узлами и деталями рабочей тормозной системы с гидравлическим приводом являются: 1) главный тормозной цилиндр с бачком для тормозной жидкости; 2) рабочие тормозные цилиндры, соединённые с главным тормозным цилиндром и регулятором тормозных усилий трубопроводами; 3) колёсные тормозные механизмы, состоящие из тормозных барабанов или дисков и тормозных колодок; 4) педаль тормоза и усилитель тормозов вакуумного или иного типа. Стояночный тормоз имеет механический привод и при включении блокирует задние колёса автомобиля. В ряде устаревших конструкций стояночный тормоз воздействует на карданный вал (в настоящее время применение трансмиссионного стояночного тормоза запрещено Правилами ЕЭК ООН и ГОСТ РФ). На грузовых автомобилях с пневмотормозами стояночный

8 тормоз приводится в действие при помощи энергоаккумулятора. Общее устройство рабочей и стояночной тормозной системы легкового автомобиля показано на рис Глава 2. АВТОМОБИЛЬНЫЕ ДВИГАТЕЛИ. Двигатель является на автомобиле основным источником механической энергии и используется в качестве силовой установки, приводящей машину в движение. На автотранспортные средства устанавливают двигатели различных конструкций, среди которых большее распространение получили поршневые двигатели внутреннего сгорания (ДВС). Гораздо в меньшей степени используются роторные двигатели внутреннего сгорания (двигатели Ванкеля), и всё большее число производителей склоняется к применению комбинированных (гибридных) установок, объединяющих в себе поршневой ДВС и электродвигатель. На части техники устанавливаются газотурбинные двигатели и электродвигатели. Поршневыми двигателями внутреннего сгорания (рис. 2.1) комплектуется большинство современных автомобилей. В поршневых двигателях давление газов, образующееся от сгорания топлива в камере сгорания, воспринимается поршнем, движущимся в цилиндре. Возвратно-поступательное движение поршня посредством кривошипно-шатунного механизма преобразуется во вращательное движение коленчатого вала. К поршневым ДВС относятся дизельные двигатели, с самовоспламенением топливновоздушной смеси и двигатели Отто, с воспламенением смеси от постороннего источника тепла, например от электрической искры, образующейся между электродами свечи системы зажигания. Такие двигатели называют двигателями с искровым зажиганием. По конструкции кривошипно-шатунного и газораспределительного механизмов дизельные двигатели и двигатели Отто практически не отличаются. Роторные двигатели внутреннего сгорания (рис. 2.2) имеют ряд преимуществ перед поршневыми двигателями и ряд недостатков, сдерживающих их широкое применение. С двигателем экспериментировали многие известные автомобилестроительные фирмы, включая Волжский Автомобильный Завод (ВАЗ), но на сегодняшний день, пожалуй, только «Мазда» серийно устанавливает их на спортивные версии своих машин. В двигателе Ванкеля роль поршня выполняет ротор, имеющий форму равностороннего треугольника со скруглёнными вершинами и слегка выпуклыми сторонами, вращающийся в овальном корпусе (цилиндре) по сложной траектории (эпитрохоиде). Комбинированные (гибридные) двигатели имеют в своём составе двигатель внутреннего сгорания и электродвигатель, осуществляющий передачу крутящего момента на коленчатый вал ДВС или непосредственно на ведущие колёса автомобиля. В силу свойства «обратимости электрических машин» электродвигатель, в подобных устройствах, может выполнять функции как стартера, осуществляя вращение коленчатого вала ДВС при запуске и, в определённых условиях, обеспечивая движение автомобиля без его участия, так и генератора, работая на подзарядку аккумуляторных батарей при установившихся режимах движения. Автомобили подобных конструкций отличает высокая топливная экономичность и соответствие современным требованиям экологической безопасности. Термин «комбинированный двигатель» также применяется для поршневых двигателей, имеющих в своём составе газовую турбину и компрессор (турбокомпрессорный двигатель). Газотурбинные двигатели, как самостоятельные силовые установки, широкого распространения на автомобильной технике не имеют. Их применение в основном ограничено в качестве вспомогательных агрегатов поршневых двигателей. Например, газотурбинные системы наддува ДВС. Схема турбокомпрессорного двигателя (турбокомпрессора) показана на (рис. 2.3). Электродвигатели в качестве самостоятельной силовой установки по объективным для сегодняшнего дня причинам на серийных моделях автомобилей практически не используются.

9 2.1. Классификация поршневых двигателей внутреннего сгорания. Поршневые двигатели внутреннего сгорания можно условно классифицировать: 1) по способу смесеобразования и виду применяемого топлива; 2) по способу осуществления рабочего цикла; 3) по числу цилиндров и их расположению; 4) по способу охлаждения и смазки деталей и т.п. По способу смесеобразования двигатели внутреннего сгорания делятся на двигатели с внешним смесеобразованием и двигатели с внутренним смесеобразованием. Автомобильные двигатели с внешним смесеобразованием работают на лёгком топливе, в основном на бензине или газе. Приготовление топливно-воздушной смеси, и её дозирование осуществляют карбюраторные, газобаллонные и инжекторные системы питания. Образование топливно-воздушной смеси происходит вне цилиндра двигателя — в смесительной камере карбюратора, в специальном смесителе или непосредственно во впускном коллекторе. Смесь в цилиндре воспламеняется в конце такта сжатия, принудительно от электрической искры. Автомобильные двигатели с внутренним смесеобразованием работают, в основном на дизельном топливе, которое относится к тяжёлым видам топлив. К этому же виду топлива относят «солярку», мазут и сырую нефть. В дизельных двигателях смесь приготавливается непосредственно в цилиндре из воздуха и топлива, подаваемых в цилиндр раздельно. Воспламенение топливно-воздушной смеси в цилиндре происходит самопроизвольно от воздействия высокой температуры при сжатии. Исключением является система непосредственного впрыска бензина, где зажигание смеси осуществляется от электрической искры. По способу осуществления рабочего цикла следует различать двухтактные и четырёхтактные двигатели. У первых, рабочий цикл совершается за два хода поршня, т.е. за один оборот коленчатого вала. У вторых, рабочий цикл совершается за четыре хода поршня, т.е. за два оборота коленчатого вала. Под рабочим циклом двигателя следует понимать совокупность процессов, протекающих в цилиндрах двигателя и «заставляющих» его работать. Подавляющее большинство современных автомобилей оборудуются четырёхтактными двигателями. По числу цилиндров и их расположению двигатели делятся на двух и многоцилиндровые с рядным, многорядным, вертикальным, наклонным, звездообразным и горизонтальным расположением цилиндров (рис. 2.4). Многорядные двигатели можно разделить на: 1) V образные двухрядные двигатели, с углом развала цилиндров 90 и менее градусов; 2) U образные двухрядные двигатели; 3) оппозитные двигатели с расположением цилиндров под углом 180 градусов друг к другу; 4) W образные трёхрядные двигатели; и 5) двигатели с большим числом рядов цилиндров. Многорядное расположение цилиндров двигателя позволяет уменьшить габаритную длину двигателя при сохранении числа цилиндров. Оппозитное, т.е. лежачее расположение цилиндров, уменьшает габаритную высоту двигателя, что в свою очередь позволяет снизить центр тяжести автомобиля и, тем самым улучшить его устойчивость. По способу охлаждения и смазки деталей различают двигатели с воздушным и жидкостным охлаждением, с принудительной смазкой деталей, смазкой разбрызгиванием и комбинированной смазкой. Также имеются и иные конструктивные отличия двигателей. Глава 3. ОБЩЕЕ УСТРОЙСТВО ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ. Автомобильные двигатели имеют следующие механизмы и системы: 1). Кривошипношатунный механизм (КШМ); 2). Газораспределительный механизм (ГРМ); 3). Систему охлаждения, смазки, вентиляции картера, питания, зажигания, рециркуляции отработавших

10 газов, пуска и некоторые другие. Кривошипно-шатунный и газораспределительный механизмы обеспечивают рабочий цикл (работу) двигателя. Системы двигателя, в свою очередь, обеспечивают работу КШМ и ГРМ. Механизмы и системы двигателя состоят из отдельных деталей и узлов. Основанием для крепления деталей и узлов перечисленных систем и механизмов является корпус двигателя. 3.1 Корпус двигателя. Поршневой двигатель внутреннего сгорания классической (традиционной) конструкции имеет корпус, состоящий из блока цилиндров (блок-картера) и головки блока цилиндров, закрытых, сверху — клапанной крышкой, снизу — масляным поддоном, спереди и сзади — передней и задней крышками коленчатого вала с самоподжимными сальниками. Корпус может иметь и иную конструкцию. Например, нижняя часть картера может быть разъёмной, и в этом случае корпус будет состоять из трёх составных частей: блока цилиндров (средней части корпуса), головки блока цилиндров (верхней части корпуса) и фундаментной рамы (нижней части корпуса) и соответствующих крышек. Встречаются двигатели с моноблочной конструкцией корпуса, в котором блок цилиндров и головка блока цилиндров выполняются в виде единой, неразъёмной отливки. Многообразие конструкций двигателей различных моторостроительных предприятий, предполагает различные подходы к их ремонту. Корпусные детали двигателя являются основанием для крепления деталей кривошипношатунного и газораспределительного механизмов, а так же узлов и деталей систем смазки, охлаждения, зажигания, питания и др. Детали корпуса двигателя показаны на рис Блоки цилиндров отливаются из серого легированного чугуна или высококремнистых алюминиевых сплавов (силуминов). Некоторыми фирмами практикуется изготовление блоков из металлокерамики. Блоки цилиндров двигателя с жидкостным охлаждением имеют двойные стенки, образующие «рубашку охлаждения». Рубашка охлаждения заполняется охлаждающей жидкостью. Блоки цилиндров двигателей с воздушным охлаждением цилиндров имеют оребрение. Цилиндры, как правило, заключены в кожух, через который вентилятором системы охлаждения прокачивается воздух. Головки блоков цилиндров бензиновых и дизельных двигателей легковых автомобилей отливаются из алюминиевых сплавов и реже из чугуна и, за редким исключением, имеют моноблочную конструкцию, т.е. на один ряд цилиндров двигателя устанавливается одна, единая для всех цилиндров, головка. На части дизельных двигателях каждый цилиндр (или пара цилиндров) может иметь собственную головку. Головка через термостойкую прокладку крепится к привалочной плоскости блока цилиндров болтами, если блок чугунный, или гайками через шпильки, если блок алюминиевый. Болты крепления головки изготавливаются из высокопрочных сталей и при небольших диаметрах должны обеспечивать значительные усилия (моменты) затяжки. Усилия затяжки болтов (гаек) крепления головки блока регламентируется производителем и, для большинства автомобилей, в среднем составляют 9,0 10,0 кгс x м. Стенки головки блока двойные. Рубашка охлаждения, образованная двойными стенками головки блока соединяется с рубашкой охлаждения блока цилиндров. В головке блока выполняются камеры сгорания. На головке размещают детали газораспределительного механизма, включая распределительный вал (валы), впускные и выпускные клапаны и детали привода клапанов Детали цилиндропоршневой группы (ЦПГ) и кривошипно-шатунного механизма. К деталям цилиндропоршневой группы двигателя относятся: цилиндры (гильзы цилиндров); поршни; поршневые кольца; поршневые пальцы (рис. 3.2).

11 К деталям кривошипно-шатунного механизма двигателя относятся: шатуны и крышки шатунов; коленчатый вал и крышки коленчатого вала и маховик. Часть двигателей с малым числом цилиндров (до четырёх) могут иметь балансирные валы, которые также следует относить к деталям КШМ. Цилиндры. В рядных двигателях, если блок цилиндров отливается из чугуна, цилиндры изготавливаются совместно с блоком. В чугунных блоках многорядных двигателей и блоках выполненных из алюминиевых сплавов цилиндры могут изготавливаться в виде отдельных гильз из чугуна, специальной стали или металлокерамики. Гильзы, которые устанавливаются непосредственно в рубашку охлаждения блока цилиндров, носят название «мокрых». Наружная поверхность «мокрых» гильз омывается охлаждающей жидкостью. Мокрые гильзы устанавливаются в отверстия блока с зазором, и удерживаются от перемещения в этом отверстии головкой блока цилиндров. Для надёжного закрепления гильзы головкой блока цилиндров верхний бурт гильзы должен выступать за верхнюю плоскость блока на величину, регламентируемую техническими условиями (для разных типов двигателей эта величина лежит в пределах 0,02 0,12мм). Гильзы, наружная поверхность которых не контактирует с охлаждающей жидкостью, носят название «сухие гильзы». «Сухие» гильзы устанавливаются в блок с натягом. Сборка соединений с натягом означает, что диаметр втулки (гильзы) больше диаметра посадочного отверстия, в которое эта втулка устанавливается. Величина натяга измеряется в миллиметрах и определяется как разница диаметров сопрягаемых деталей. Натяг обеспечивает неподвижность гильзы при тепловом расширении материала блока в процессе прогрева работающего двигателя. Внутренняя рабочая часть цилиндра обрабатывается на специальном оборудовании до определённой чистоты (шероховатости) и имеет ровную поверхность, которую называют «зеркалом цилиндра». При финишной (окончательной) обработке цилиндра на его поверхность наносятся пространственно ориентированные риски, способствующие удержанию в них масла нужного для смазки поршневых колец и поршней. На рабочие поверхности алюминиевых цилиндров могут наноситься дополнительные покрытия типа «никасил» (никель с кремнием) или кремниевые покрытия, получаемые кислотным травлением поверхности. Рабочие поверхности чугунных цилиндров, как правило, термической обработке не подвергаются и покрытий не имеют. Технология ремонта алюминиевых и чугунных цилиндров может существенно отличаться. По внутреннему диаметру цилиндры номинальных размеров разбиваются заводом изготовителем на категории (классы) с шагом 0,01 мм. Категории цилиндров обозначаются обычно буквами латинского алфавита (A, B, C..) и клеймятся на привалочной плоскости картера двигателя или ином месте. Класс (категория, группа) цилиндра, так же может обозначаться краской, цифрой, печатным оттиском, или другим способом. На рис. 3.3а. показаны корпусные детали рядного шестицилиндрового двигателя, гильзованого мокрыми чугунными гильзами. На рис. 3.3б показан блок-картер рядного четырёхцилиндрового двигателя традиционной конструкции с цилиндрами, выполненными заодно с блоком. Поршни изготавливаются из алюминия легированного кремнием и другими металлами методом литья в кокиль (специальная форма) или методом штамповки с последующей обработкой детали резанием. Для некоторых типов автомобильных двигателей, работающих с высокими удельными нагрузками на детали, поршни изготавливаются из стали и металлокерамики. Поршни воспринимают давление газов, обеспечивают передачу усилий на шатун и герметизируют камеру сгорания. Верхняя часть поршня носит название — головка поршня, нижняя направляющая часть поршня называется юбкой поршня. На рис. 3.4 показана конструкция поршня а) бензинового двигателя

12 и б) дизельного двигателя с полураздельной камерой сгорания. Головка поршня наиболее усиленная часть поршня, где толщина стенок может достигать нескольких мм. На головке поршня выполнены канавки под поршневые кольца. В нижней канавке маслосъёмного кольца прорезаются дренажные отверстия для отвода масла. В головку поршня, для повышения износостойкости поршня, могут заделываться чугунные вставки, а на днище поршня (верхняя часть головки) и зону «огневого пояса» (часть головки поршня от днища до канавки первого компрессионного кольца) наноситься специальные покрытия. Днище поршня может иметь плоскую, выпуклую, вогнутую и иную форму. В днище поршней части двигателей выполняются углубления под клапаны (цековки) или камеры сгорания. Юбка поршня. Толщина стенок юбки современных поршней может быть меньше 1,5 мм. Для лучшей приработки поршня в цилиндре на юбку поршня напыляют тонкий слой олова или графитовое покрытие. Для этих же целей на юбке поршня выполняют «накатку» в виде микроканавок глубиной до 0,02 мм, в которых при работе двигателя удерживается масло. Юбки поршней двигателей с цельноалюминиевыми цилиндрами могут покрываться тонким слоем железа. В средней части юбки имеются отверстия под поршневой палец. Стенки юбки у отверстия под поршневой палец имеют утолщения (приливы), именуемые бобышками. У большинства поршней ось отверстия под поршневой палец смещена относительно плоскости симметрии поршня в сторону на 0,5 2,5 мм. Поршни автомобилей российского, европейского и американского производства часто изготавливаются со стальными терморегулирующими вставками в юбке у отверстия под поршневой палец. Вставки, имеющие по сравнению с материалом поршня, меньший коэффициент теплового расширения, препятствуют расширению юбки поршня при нагревании. С той же целью уменьшения теплопередачи от головки поршня к юбке с наружной стороны бобышек выполняются подрезы, которые носят название «холодильников», а по нижней канавке маслосъёмного кольца или на юбке поршня, сквозные разрезы «Т» — или «П» образной формы. Юбка поршня в плане имеет форму овала, большая ось которого перпендикулярна оси отверстия поршневого пальца. В продольном разрезе поршень имеет форму конуса, расширяющегося к юбке. Эллипсность юбки и разница диаметров поршня в верхней и нижней его части может быть более 0,50 мм. Поршень устанавливается в цилиндр с зазором. Зазор должен компенсировать расширение поршня при нагревании и обеспечивать присутствие масла между трущимися деталями. Величина установочного зазора строго регламентируется заводом изготовителем и в зависимости от конструкции того или иного двигателя лежит в пределах 0,01 0,09 мм (большинство двигателей будут нормально работать с зазором 0,04 0,06 мм.). Установочный зазор между стенкой цилиндра и поршнем обеспечивается по большей оси овала юбки поршня. Поршни для одного двигателя не должны отличаться по массе более чем на 2-4 грамма или не более чем на 1-1,5% среднего арифметического от суммы масс всех поршней данного двигателя. Заводы выпускают поршни номинального и ремонтного размеров. По наружному диаметру и диаметру отверстия под поршневой палец поршни номинального размера, разбиваются на категории (классы). Информация о размерности и весе поршня, а так же иная информация, выбивается на днище поршня (рис. 3.5). Поршневые кольца (рис. 3.6) изготавливаются из чугуна легированного никелем, хромом, молибденом и другими металлами или стали и выполняют следующие функции: 1).Уплотняют поршень в цилиндре; 2). Снимают излишки масла со стенок цилиндров; 3).Отводят тепло от поршня в стенки цилиндров. Кольца имеют прямой вырез, называемый замком кольца. Замок позволяет кольцу пружинить. На поршнях современных двигателей устанавливают по два три кольца. По назначению кольца делятся на компрессионные кольца и маслосъёмные кольца. Компрессионные кольца

13 устанавливаются в верхней части головки поршня и отвечают за уплотнение поршня в цилиндре. Маслосъёмные кольца устанавливаются под компрессионными кольцами и отвечают за снятие излишек масла со стенок цилиндров. Излишки масла через прорези в кольце и отверстия в поршневой канавке маслосъёмного кольца сбрасываются под поршень и далее стекают в картер двигателя. Маслосъёмные кольца составные и имеют в своём составе непосредственно кольцо (или два кольца — диска) и пружинный расширитель. Рабочую поверхность верхних компрессионных колец, работающих в условиях высоких температур и при недостатке смазки, покрывают слоем пористого хрома или молибденом для повышения износоустойчивости. Кромки рабочих поверхностей колец имеют сложную форму в связи с чем, кольца должны устанавливаться на поршень в строго определённом положении. Неправильная установка колец может привести к прорыву газов в картер двигателя, снижению компрессии и повышению расхода масла на угар. Для правильной установки кольца на поршень на верхней части кольца делается специальная метка («тор», «верх»). При отсутствии меток следует обратиться к инструкции завода-изготовителя колец. Заводы выпускают в продажу кольца номинальных и ремонтных размеров. На верхнюю часть колец ремонтных размеров ставится цифровая маркировка (например, 40 или 80), соответствующая увеличению наружного диаметра кольца (цилиндра) на ремонтный размер (на 0,4 или 0,8 мм, соответственно). Поршневые пальцы шарнирно соединяют поршень с шатуном. Поршневые пальцы изготавливаются из низкоуглеродистых сталей легированных никелем и хромом и представляют собой короткую стальную толстостенную трубку. Поверхность пальцев обрабатывается с высокой точностью и полируется. Для придания поверхности пальца необходимой прочности, поверхность закаливается токами высокой частоты, цементируется или азотируется. По способу соединения поршневого пальца с верхней головкой шатуна и с поршнем различают поршневые пальцы плавающего типа и пальцы, запрессованные в верхнюю головку шатуна. Пальцы плавающего типа устанавливаются в верхнюю головку шатуна через, запрессованную в отверстие головки, сталебронзовую, сталеалюминевую или бронзовую втулку. Между втулкой и пальцем должен быть зазор, величина которого регламентируется техническими условиями. В бобышки поршня палец вставляется с небольшим натягом. От осевого перемещения палец удерживается стопорными кольцами. Пальцы, запрессованные в верхнюю головку шатуна, в бобышках поршня перемещаются свободно, а в головку шатуна устанавливаются со значительным натягом. Натяг должен обеспечивать неподвижное положение пальца при существенных нагрузках, действующих на детали. По наружному диаметру пальцы подразделяются на классы, через 0,004 мм. Класс маркируется краской на торце пальца или, если позволяет толщина стенки, цифрой или буквой. Шатун передаёт усилие от поршня на коленчатый вал двигателя и совместно с валом преобразует поступательное движение поршня во вращательное движение вала. Шатуны изготавливаются из углеродистых сталей легированных марганцем, хромом, никелем, молибденом и др. металлами методом ковки в штампах с промежуточной и финишной термообработкой и обработкой резанием. Шатун является одной из самых нагруженных деталей в двигателе. Шатун состоит из стержня, имеющего двутавровое сечение, поршневой (верхней) и кривошипной (нижней) головок. Для установки на коленчатый вал, нижняя головка выполнена разъёмной и имеет крышку. Так как отверстие в нижней головке шатуна выполняется и обрабатывается в сборе с крышкой, крышки шатунов не взаимозаменяемы и устанавливаются на головку в строго определённом положении. Для правильной установки крышек на них и нижних головках шатунов выбиваются специальные метки. С этой же целью

14 на привалочных плоскостях крышки и головки шатуна могут выполняться соединительные ступеньки (выступы). Крышка крепится к нижней головке шатуна шатунными болтами. Чтобы обеспечить высокую прочность болтов для их изготовления используют специальные стали, особые технологии производства и обработки. Шатуны для одного двигателя не должны отличаться по массе более чем на 2-6 граммов (1-1,5% среднего арифметического от суммы масс всех шатунов двигателя). Коленчатый вал (КВ) через шатун воспринимает усилие от поршня. Крутящий момент, развиваемый на коленчатом валу, через механизмы трансмиссии передаётся на ведущие колёса автомобиля. Коленчатые валы изготавливаются из высокопрочных легированных углеродистых сталей методом ковки или точным литьём из особого чугуна с шаровидным графитом. Коленчатый вал состоит из коренных и шатунных шеек, соединяющих их щёк, а также противовесов, переднего носка и заднего фланца. Коренные и шатунные шейки со щеками и противовесами образуют колено. Для подачи масла к шатунным подшипникам в щеках вала от коренных шеек просверливаются специальные каналы. Каналы снабжаются грязеуловителями. Грязеуловители способствуют дополнительной центробежной очистке масла, поступающего к шатунной шейке, и представляют собой просверленный или отлитый в шатунной шейке горизонтальный или наклонный канал, выходы из которого закрыты заглушками. Смазка шеек вала принудительная под давлением. Места перехода шеек к щёкам называются галтелями. Для уменьшения вероятности поломки вала, галтели делают закруглёнными и по галтели выполняют радиусную канавку глубиной 0,2 0,5 мм. Канавка уменьшает напряжения в металле в зоне соединения щеки и шейки. При ремонте коленчатого вала (шлифовке шеек) глубина канавок и радиус закругления галтелей должны быть восстановлены. Коренными шейками вал устанавливают в опорах картера двигателя и закрепляют крышками. Крышки коленчатого вала не взаимозаменяемы и должны устанавливаться на опору только в одном положении. Вал с наибольшим числом опор из возможного их количества называется полноопорным. К шатунным шейкам коленчатого вала крепится шатун. В двигателях с V образным блоком цилиндров на одну шатунную шейку коленчатого вала может крепиться два шатуна. На одну шатунную шейку может приходиться один или два противовеса. Противовесы служат для разгрузки коренных подшипников от действия моментов, создаваемых центробежными силами от вращающихся частей и сил инерции поступательно движущихся частей. Расположение кривошипов КВ и их число зависит числа и расположения цилиндров двигателя. В табл. 3.1 приведены схемы расположения кривошипов коленчатых валов разных двигателей и указан возможный порядок работы цилиндров двигателей. Поверхности шеек чугунных коленчатых валов закаливаются токами высокой частоты, а стальных азотируются на глубину до 1,50 мм для придания им прочности и износостойкости (число ремонтов коленчатого вала зависит от глубины закалки его шеек). На передний носок КВ устанавливают шкив привода вентилятора и генератора, зубчатое колесо привода масляного насоса, звёздочку цепи, масляный отражатель и гаситель крутильных колебаний. На задний фланец КВ болтами или гайками через шпильки крепится маховик. Передний носок и задний фланец КВ уплотняется сальниками. На рис. 3.7 показаны полноопорные валы четырёх и шестицилиндровых двигателей с полным и неполным числом противовесов. На рис. 3.8 показан фрагмент коленчатого вала V- образного двигателя с маховиком и деталями поршневой и шатунной группы. Маховик обеспечивает равномерное вращение коленчатого вала при работе двигателя и представляет собой чугунный тщательно сбалансированный диск на обод которого надет стальной зубчатый венец для пуска двигателя от стартера. Маховик устанавливается на задний фланец коленчатого вала (рис. 3.8) в строго определённом положении, для чего болты крепления маховика расположены несимметрично, и центрируется. Для точного центрирования маховика служит бурт самого фланца, либо установочные штифты.

15 Подшипники коленчатого вала. Подавляющее большинство коленчатых валов двигателей современных автомобилей вращаются в подшипниках скольжения — вкладышах. Коренные вкладыши устанавливаются в опоры и крышки коленчатого вала и центрируются в них с помощью замков. Шатунные вкладыши устанавливаются в постели крышки и нижней головки шатуна. Замок вкладыша представляет собой «усик» шириной до 4,0 мм, отогнутый при изготовлении вкладыша. Основой вкладыша является стальная лента, на которую наносят слой антифрикционного материала (т.е. материала, уменьшающего трение), состоящего из алюминиевого сплава с различным содержанием свинца, олова, сурьмы, кремния и меди. Общая толщина вкладышей современных двигателей 1,0 2,5 мм. Во вкладыше выполняется канавка и/или отверстие для подвода масла к шейке коленчатого вала. Вкладыши разных двигателей по составу антифрикционного состава могут сильно отличаться. На рис. 3.8 показаны различные конструкции подшипников скольжения. Заводами изготовителями в запасные части поставляются вкладыши номинального и ремонтного размеров. Ремонтный размер вкладыша выбивается на его тыльной (не рабочей) поверхности. От осевого перемещения коленчатый вал удерживается упорными подшипниками, выполненными в виде колец или полуколец и устанавливаемых в центральной или задней коренной опоре коленчатого вала. Материал, из которого изготавливаются упорные подшипники, идентичен материалу вкладышей. Гораздо реже в автомобильном двигателестроении, для коленчатых валов применяют подшипники качения (шариковые, роликовые или игольчатые). Существенным преимуществом подобной конструкции является то, что подшипники качения не требуют смазки под давлением Газораспределительный механизм. Механизм газораспределения должен обеспечивать очистку цилиндров от продуктов сгорания (отработавших газов) на такте выпуска и наполнение цилиндров новой порцией топливно-воздушной смеси на такте впуска. В двигателях внутреннего сгорания применяют клапанное, золотниковое и комбинированное газораспределение. Благодаря сравнительно простому устройству и высокой надёжности клапанное газораспределение получило большее распространение. Находят применение следующие типы ГРМ: 1) с верхним расположением клапанов (двигатели OHV); 2) с нижним расположением клапанов (встречаются редко); 3) размещением распределительного вала на головке блока цилиндров (двигатели ОНС); 4) размещением распределительного вала в блоке цилиндров. По числу клапанов, приходящихся на один цилиндр двигателя, следует различать газораспределительные системы классической конструкции — с двумя клапанами на цилиндр, и многоклапанные системы, с тремя шестью клапанами на цилиндр. Для привода многоклапанных систем используются схемы DOHC двигатели с двумя верхними распределительными валами (рис. 3.9). Детали ГРМ для удобства можно объединить в следующие группы: 1). Распределительный вал и детали привода РВ; 2). Детали клапанной группы; 3). Детали привода клапанов и передаточные детали Распределительный вал и детали привода распределительного вала. Распределительный вал (РВ) обеспечивает своевременное открытие и закрытие клапанов. Вал классической конструкции кулачкового типа имеет кулачки управления впускными и выпускными клапанами и опорные шейки (рис. 3.10). На валу может располагаться шестерёнка привода масляного насоса и распределителя зажигания и эксцентрик привода топливного насоса карбюраторных двигателей. Валы изготавливаются из