Богатырев А.В., Есеновский-Лашков Ю.К. и др. Автомобили

Подождите немного. Документ загружается.

«Жигули» и другие имеют порядок работы 1—3—4—2, а двигатели

автомобилей УАЗ, ГАЗ-ЗЮ2 «Волга», ГАЗ-2410 «Волга»- 1—2—

4—3.

Рассмотрим последовательность чередования тактов в цилинд-

рах по таблице 3.1. Так, в первом цилиндре за первую половину

оборота коленчатого вала (0...180

) происходит рабочий ход. За

вторую его половину (180...360°) рабочий ход будет осуществлять-

ся в третьем цилиндре, за первую половину второго оборота

(360...540°)

—

в четвертом цилиндре, а за вторую половину второго

оборота (540...720°)

—

во втором цилиндре.

3.1. Чередование тактов рядного четырехцилиццрового двигателя

Обороты

коленчатого

вала

Угол поворота

коленчатого

вала, град

Цилиндры Обороты

коленчатого

вала

Угол поворота

коленчатого

вала, град

Первый

0...180

Рабочий ход

Выпуск

Сжатие

Впуск

Первый

180...360 Выпуск

Впуск

Рабочий ход

Сжатие

Второй

360...540

Впуск

Сжатие

Выпуск Рабочий ход

Второй

540...720 Сжатие

Рабочий ход

Впуск

Выпуск

Шестицилиндровый рядный двигатель. Одноименные такты у

однорядного шестицилиндрового двигателя совершаются через

120° поворота коленчатого вала, так как 720/6 = 120°.

Колена коленчатого вала расположены попарно в трех плоско-

стях под углом 120°. Допустим, что первое и шестое колена на-

правлены вверх, тогда второе и пятое колена

—

влево вниз, а тре-

тье и четвертое

—

вправо вниз, если смотреть на коленчатый вал с

переднего торца (рис. 3.7, б).

Шестицилиндровый двигатель (например, автомобилей

ЗИЛ-157КД и ГАЗ-52-04) имеет порядок работы 1-5-3-6-2-4

(табл. 3.2). Это означает, что если в первом цилиндре происходит

рабочий ход, то после поворота коленчатого вала на угол 120° ра-

бочий ход начинается в пятом цилиндре и т. д. При этом в одном

цилиндре рабочий ход еще не заканчивается, а через 120° он начи-

нается в другом, т. е. при повороте коленчатого вала на угол 60°

рабочий ход в одном цилиндре перекрывается рабочим ходом в

другом цилиндре, и коленчатый вал вращается равномернее. В

шестицилиндровом двигателе поршни только двух цилиндров од-

новременно приходят в одноименные мертвые точки. Силы инер-

ции масс, движущихся возвратно-поступательно, в этом двигателе

взаимно уравновешены.

Шестицилиндровый У-образный двигатель. К таким двигателям

относятся четырехтактные дизели ЯМЗ-236 и ЯМЗ-КАЗ-642

(рис. 3.8, а). Угол развала между их цилиндрами равен 90°. Пер-

вым цилиндром считается первый правый по ходу. Особенность

3.2. Чередование тактов рядного шестицилицдрового двигателя

Обороты

коленчатого

вала

Угол поворота

коленчатого

вала, фад

Цилиндры

Обороты

коленчатого

вала

Угол поворота

коленчатого

вала, фад

1 2 3

Первый

0...60

Рабочий

Выпуск

Впуск

Рабочий

ход

Сжатие

Впуск

60...120

ход

Выпуск

Впуск

120...180

Сжатие Выпуск

Рабочий

ход

180...240

Впуск

Рабочий

ход

240...300 Выпуск

Рабо-

чий ход

Рабочий

ход

Сжатие

300...360

Рабо-

чий ход

Впуск

Второй

360...420

Сжатие

Рабо-

чий ход

Выпуск

Рабочий

ход

420...480

Впуск

Рабочий

ход

480...540

Рабочий

ход

Выпуск

Сжатие

Рабочий

ход

540...600

Рабочий

ход

Впуск

600...660

Сжатие

Рабочий

ход

Впуск

Рабочий

Выпуск

660...720 Выпуск

Впуск

ход

Сжатие

конструкции этих двигателей в том, что коленчатый вал имеет три

кривошипа, к каждому из которых присоединено по два шатуна: к

первому кривошипу

—

шатуны первого и четвертого цилиндров;

ко второму

—

второго и пятого цилиндров и к третьему

—

третьего

и шестого цилиндров. Колена коленчатого вала расположены в

трех плоскостях под углом 120° одно к другому.

Порядок работы цилиндров такого двигателя 1—4—2—5—3—6.

Одноименные такты в цилиндрах происходят неравномерно через

90 и 150° (табл. 3.3). Если в первом цилиндре осуществляется ра-

Рис. 3.8. Схемы кривошипно-шатунных механизмов четырехтактных V-образных

двигателей:

—

шестицилиндрового; б— восьмицилиндрового; 1...8— цилиндры

3.3. Чередование тактов в V-образном шеспщиливдровом двигателе

Обороты

коленчатого

вала

Угол поворота

коленчатого

вала, град

Цилиндры

Обороты

коленчатого

вала

Угол поворота

коленчатого

вала, град

1 2

0...30

Рабочий

0...30

Впуск

Сжатие

ход

30...60

Впуск

Выпуск

Сжатие

Впуск

60...90

Рабочий

Выпуск

Впуск

90...120

ход

Выпуск

120...

150

Сжатие

Выпуск

Первый

150... 180

Сжатие

Рабочий

Первый

180...210

Впуск

ход

210...240

Впуск

Сжатие

240...270

Выпуск

Сжатие

270...300

Выпуск

Впуск

300...330

Рабочий

Впуск

330...360

ход

Выпуск

360...390

Сжатие

Выпуск

390...420

Сжатие

Рабочий

420...450

Впуск

ход

450...480

Впуск

Сжатие

480...510

Выпуск

Сжатие

Второй

510...540

Выпуск

Впуск

Второй

540...570

Рабочий

Впуск

570...600

ход

Выпуск

600...630

Сжатие

Выпуск

Рабочий

ход

630...660

Сжатие

Впуск

Рабочий

ход

660...690

Впуск

Выпуск

Сжатие

Рабочий

ход

690...720

Выпуск

Впуск

бочий ход, то в четвертом он начинается через 90°, во втором

—

через 150, в пятом

—

через 90, в третьем

—

через 150 и в шестом

—

через 90°. Поэтому двигатели ЯМЭ-236 и ЯМЗ-КАЗ-642 имеют

повышенную неравномерность хода, и на их коленчатом валу

приходится устанавливать маховики с относительно большим мо-

ментом инерции (на 60...70 % больше, чем в однорядном дви-

гателе).

Восьмицилиндровый V-образный двигатель. Цилиндры в таких

двигателях (например, автомобилей ГАЭ-3307 и КамАЭ-5320) рас-

положены под углом 90° один к другому (рис. 3.8, б). Одноимен-

ные такты в цилиндрах начинаются через угол поворота коленча-

того вала 720/8 = 90°. Следовательно, кривошипы коленчатого

вала расположены крестообразно под углом 90°. К первому криво-

шипу присоединены шатуны первого и пятого цилиндров, ко вто-

рому

—

второго и шестого цилиндров, к третьему

—

третьего и

седьмого цилиндров, к четвертому

—

четвертого и восьмого ци-

линдров. В восьмицилиндровом четырехтактном двигателе за два

оборота коленчатого вала совершается восемь рабочих ходов. Пе-

рекрытие рабочих ходов в различных цилиндрах происходит в те-

чение поворота коленчатого вала на угол 90°, что способствует его

равномерному вращению. Порядок работы восьмицилиндрового

двигателя 1—5—4—2—6—3—7—8. Зная порядок работы цилиндров

двигателя, можно правильно распределить провода по свечам за-

жигания, присоединить топливопроводы к форсункам и отрегули-

ровать клапаны.

3.5. ПОКАЗАТЕЛИ ТОКСИЧНОСТИ РАБОТЫ ДВИГАТЕЛЕЙ

Движение автомобильного транспорта сопровождается загряз-

нением окружающей среды выбросами токсичных газообразных и

твердых веществ. Отработавшие и картерные газы ДВС являются

одним из основных источников загрязнения (табл. 3.4).

3.4. Состав отработавших газов ДВС

Компонент

Концентрация,!

(по массе)

Характеристика

токсичности

Компонент

Бензиновый двигатель

Дизель

Характеристика

токсичности

Азот 74...77 74...78

Кислород

0,3...8,0

2,0...18

—

Водяной пар 3,0...5,5

0,5...9,0

—

Диоксид углерода

5,0...12,0

1,0...12,0

Малотоксичен

Оксид углерода

0,5...12,0

0,005...0,4

Токсичен

Оксиды азота 0,01...0,8

0,004...0,5

Углеводороды

0,2...3,0

0,009...0,3 »

Альдегиды 0...0,2

0,001...0,009

Сажа (г/м

)

0...0,04

0,01...1,1

Бенз(а)пирен

0...20

0...1

Обладает

канцерогенными

свойствами

Вредные выбросы отрицательно воздействуют на здоровье лю-

дей и животных, вызывают повреждения растений, ускоряют кор-

розию металлов и разрушение стройматериалов и т.д. Наиболее

опасны для человека, животного и растительного мира оксиды азо-

та, сажа, альдегиды, оксид углерода, углеводороды, бенз(а)пирен,

оксиды серы, аммиак, диоксид углерода. Имеют значение также за-

пах и слезоточивое действие отработавших газов.

Исследованиями доказано, что продукты сгорания топлива на-

капливаются в воде, растениях, на сооружениях и в почве. В воз-

духе они часто превращаются в другие вещества, которые в опре-

деленных условиях могут быть даже более токсичными, чем ис-

ходные продукты.

С учетом того что в период 1993—2005 гг. парк автомобилей

России возрастет с 17 млн единиц до 25,5 млн, а технический уро-

вень автомобилей в основном останется неизменным, следует

ожидать увеличения валовых выбросов в атмосферу вредных ве-

ществ с 13,5 млн до 25 млн т.

Для ограничения негативного воздействия автомобиля на среду

обитания человека в странах Европы принято около 100 правил,

напрямую связанных с проблемами экологии и безопасности.

Чтобы улучшить экологические показатели бензиновых двига-

телей, необходимо отказаться от применения этилированных бен-

зинов, а также уменьшить выделение оксидов азота и твердых час-

тиц. Последнее относится и к дизелю.

Для этого вводится законодательное нормирование (ограниче-

ние) выбросов основных вредных веществ. Причем нормы в раз-

личных государствах и даже в отдельных их частях разные. В част-

ности, общероссийские нормы значительно мягче (за исключени-

ем норм по дымности) европейских. Это подтверждают данные

таблиц 3.5 и 3.6.

3.5. Выбросы вредных веществ серийными автомобилями массой до 3,5 т

Год ввода в действие

Нормы выбросов, г/км

Нормативный документ

в Европе

в России

Монооксид

углерода

Углеводоро-

ды + оксиды

азота

Твердые

частицы (для

дизелей)

ОСТ 37.001.054-86 - 1990 13,33 4,94 -

Правила № 83-02 1993 1999 2,72 0,97 0,14

ЕЭК ООН («Евро-1»)

Правила № 83-03 1996 2001 2,2 0,5 0,1

ЕЭК ООН («Евро-2»)

Правила №83 1999 - 2,3 0,2+ 0,15 0,05

ЕЭК ООН («Евро-3»)

3.6. Выбросы вредных веществ серийными автомобилями массой более 3,5 т

Нормативный документ

Год ввода в действие

Нормы выбросов, г/(кВт

•

ч)

Нормативный документ

в Европе в России

Оксид

углерода

Углеводо-

роды

Оксиды

азота

Твердые

частицы

ОСТ 37.001.234-81 - 1982 9,5 3,4 18,35 -

Правила № 49-02 1993 1999 4,5 1,1 8 0,36

ЕЭК ООН («Евро-1»)

Правила № 49-03 1996 2001 4 1,1 7 0,15

ЕЭК ООН («Евро-2»)

Правила № 49 1999 — 2 0,5 4,5 0,1

ЕЭК ООН («Евро-3»)

В России, к сожалению, даже обязательные для исполнения

стандарты соблюдаются лишь частично. В эксплуатации нет со-

временной газоанализирующей аппаратуры, стендов с беговыми

барабанами и т. д. Поэтому экологический контроль сведен к кон-

тролю (причем только на режиме холостого хода) содержания мо-

нооксида углерода и углеводородов в отработавших газах бензино-

вых двигателей и дымности дизелей. Между тем давно доказано,

что выбросы соединений свинца, оксидов азота и твердых частиц

характерны только для нагрузочных режимов и совершенно не-

значительны на холостом ходу.

3.6. ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К ДВИГАТЕЛЯМ

Условия эксплуатации автомобилей в сельскохозяйственном

производстве характеризуются весьма разнообразными режимами

работы их агрегатов и систем. Режимы работы двигателей могут

быть установившиеся, при которых основные показатели не меня-

ются с течением времени, и неустановившиеся, когда показатели

изменяются во времени. Установившийся режим возможен только

при равномерном движении и постоянных внешних сопротивлени-

ях, а эти условия на практике встречаются редко, так как момент

сопротивления постоянно изменяется, что вызывает непостоянство

скоростного, нагрузочного и теплового режимов двигателя.

Наиболее характерные неустановившиеся режимы работы ав-

томобильных двигателей: пуск, разгон и движение при колебани-

ях нагрузки и частоты вращения, причем при любой частоте вра-

щения коленчатого вала двигатель должен устойчиво работать на

всех нагрузках. Поэтому кроме мощности для преодоления потерь

на трение в трансмиссии и сопротивления качению двигатели

должны иметь запас мощности для преодоления дополнительных

сопротивлений, возникающих при трогании автомобиля с места,

разгоне и преодолении подъемов. Работа двигателя на всех эксп-

луатационных режимах должна быть экономичной.

При эксплуатации в сельскохозяйственном производстве авто-

мобильные двигатели, как правило, находятся в условиях большой

запыленности окружающей среды в летнее время. Частицы пыли,

попадая в цилиндры двигателей через топливо и масло совместно

с воздухом, вызывают интенсивное абразивное изнашивание дви-

жущихся деталей. В связи с этим следует особое внимание обра-

тить на эффективность фильтрации топлива и масла и состояние

воздухоочистителей, своевременно очищать их и заменять фильт-

рующие элементы.

Эксплуатационная надежность автомобильных двигателей в

зимних условиях в значительной мере определяется их пусковыми

качествами. С понижением температуры воздуха возрастает вяз-

кость масла и дизельного топлива, увеличивается вращающий мо-

мент при проворачивании коленчатого вала, ухудшается испаряе-

мость бензина. В сильные морозы часто отказывает система пода-

чи топлива и нарушается тепловой режим двигателя, что отрица-

тельно сказывается на экологичности и вызывает интенсивное из-

нашивание деталей из-за большого нагарообразования. Нередки

случаи выхода из строя двигателя в результате закоксовывания

поршневых колец, заклинивания поршней и коленчатого вала или

зависания впускных клапанов. При низкой температуре охлажда-

ющей жидкости на стенках цилиндра конденсируется топливо,

которое смывает слой масла со стенок цилиндров и повышает их

износ и коррозию. Основные способы повышения технико-эко-

номических показателей автомобильных двигателей при эксплуа-

тации в зимнее время: быстрый и надежный прогрев и пуск двига-

теля, поддержание нормального теплового режима двигателя в

процессе работы. Прогрев двигателей (кратковременный или дли-

тельный) в зимних условиях необходим для максимального

уменьшения износа деталей двигателя и экономного расхода топ-

лива. Для облегчения пуска рекомендуется применение жидко-

стных подогревателей.

Интенсивность изнашивания деталей значительно увеличива-

ется при пониженном или повышенном тепловом режиме. Поэто-

му при эксплуатации двигателей важно поддерживать нормаль-

ный тепловой режим с помощью автоматических устройств, что

не только улучшает мощностные и экономические показатели, но

и снижает износ их деталей.

Контрольные вопросы и задания

1. По каким признакам классифицируют автомобильные двигатели? 2. Из ка-

ких механизмов и систем состоит двигатель? 3. Что называется степенью сжатия,

рабочим объемом цилиндра и рабочим объемом двигателя? 4. Что называется ра-

бочим циклом? Как он осуществляется в четырехтактном карбюраторном двигате-

ле? 5. Как осуществляется рабочий цикл в четырехтактном дизеле? 6. Назовите

порядок работы цилиндров рядного четырехцилиндрового и V-образного шести-

цилиндрового двигателей. 7. В чем основное различие индикаторных и эффектив-

ных показателей двигателей? 8. Какие основные вредные вещества содержатся в

отработавших газах дизелей и бензиновых двигателей? 9. Какие эксплуатацион-

ные факторы и как влияют на основные показатели двигателей?

Г л

в а 4

КРИВОШИПНО-ШАТУННЫЙ МЕХАНИЗМ

Кривошипно-шатунный механизм (КШМ) преобразует прямо-

линейное возвратно-поступательное движение поршней, воспри-

нимающих давление газов, во вращательное движение коленчато-

го вала.

Детали КШМ можно разделить на две группы: неподвижные и

подвижные. К первым относятся базовые детали

—

блок цилинд-

ров, головка блока, крышка блока распределительных шестерен и

поддон (картер); ко вторым

—

поршневой комплект в сборе, ша-

тун, коленчатый вал и маховик.

4.1. БАЗОВЫЕ ДЕТАЛИ ДВИГАТЕЛЯ.

КРЕПЛЕНИЕ ДВИГАТЕЛЯ НА РАМЕ

Блок цилиндров объединяет цилиндры двигателя. Картер

—

это

полость, в которой расположен коленчатый вал. Блок-картер

—

это жесткая моноблочная конструкция, объединяющая цилиндры

и картер. На нем и внутри него расположены основные механиз-

мы и детали двигателя. Блок-картер отливают из легированного

серого чугуна (двигатели автомобиля ЗИЛ-431410, КАЗ-4550,

BA3-21213) или алюминиевого сплава (двигатель автомобиля ГАЗ-

33-07). После литья блок подвергают искусственному старению,

благодаря чему в процессе эксплуатации уменьшается коробление

его конструкции и сохраняется ее форма. Блок-картер V-образно-

го двигателя автомобилей ЗИЛ-431410, ГАЗ-3307 и КАЗ-4550 по-

казан на рисунке 4.1.

Основное требование к блок-картерам

—

жесткость конструк-

ции.

Горизонтальная перегородка делит блок цилиндров на верх-

нюю и нижнюю части. В верхней части блока и горизонтальной

перегородке расточены отверстия под цилиндры или гильзы ци-

линдров. В V-образных двигателях расточки под цилиндры сдела-

ны под углом 90°, называемым углом развала. В перегородках кар-

тера расточены отверстия под подшипники коленчатого вала, ко-

торые обрабатывают в сборе с крышками подшипников. Поэтому

крышки подшипников невзаимозаменяемые. Для правильной ус-

тановки подшипников в гнезда на наружной поверхности крышек

сделаны специальные метки. Чтобы повысить жесткость блока

цилиндров, крышки коренных опор у многих двигателей допол-

нительно крепят к картерной части блока поперечными стяжны-

ми болтами, образуя прочную конструкцию коробчатого сечения.

Вокруг цилиндров при литье предусмотрены полости для цир-

куляции жидкости системы охлаждения

—

водяная рубашка. В

блоке цилиндров выполнены отверстия для деталей механизма га-

зораспределения. На блоке

имеются обработанные

плоскости для крепления

фильтров, насосов и других

механизмов.

Рис. 4.1. Блок цилиндров V-образно-

го двигателя:

корпус; 2—отверстие под коленча-

тый вал; 3

—

отверстие под распредели-

тельный вал; 4— каналы для подвода ох-

лаждающей жидкости; 5— гильзы

Блок-картер двигателей ЗИЛ и ГАЗ

—

чугунный с вставными

мокрыми гильзами. Для уплотнения верхней части гильзы бурт

гильзы зажат между блоком и головкой блока со сталеасбестовой

прокладкой, нижняя часть гильзы уплотнена в перегородке блока

двумя резиновыми кольцами (ЗИЛ) или медными кольцевыми

прокладками (ГАЗ).

В блок-картере двигателя автомобилей КАЗ устанавливают так-

же мокрые чугунные гильзы. Посадочные места для гильз цилинд-

ров, вкладышей подшипников коленчатого вала и втулок распре-

делительного вала точно обработаны. Цилиндры расположены

двумя рядами под углом 90° и выполнены в общем блоке совмест-

но с верхней частью картера. Левый ряд цилиндров смещен отно-

сительно правого вперед на 41 мм.

Блок цилиндров автомобилей ВАЗ отлит из специального чугуна.

В передней части блока цилиндров имеется полость для привода

механизма газораспределения, закрытая крышкой. С задней сто-

роны к блоку цилиндров прикреплен держатель заднего сальника.

В крышку и держатель установлены самоподжимные сальники. В

левой части блока установлен валик привода вспомогательных аг-

регатов. В отверстия под подшипники валика запрессованы стале-

алюминиевые втулки.

Головка блока цилиндров

—

это крышка, закрывающая цилинд-

ры. Для всех рассматриваемых в учебнике двигателей головки бло-

ка отлиты из алюминиевого сплава.

Головка блока цилиндров имеет довольно сложную конструк-

цию, так как в ней размещены вставные седла, свечи или форсун-

ки, элементы механизма газораспределения, каналы для поступ-

ления свежего заряда и отвода отработавших газов, камера сгора-

ния и др. Внутри головки блока предусмотрены полости

—

водя-

ная рубашка, сообщающаяся с водяной рубашкой блока.

Однорядные двигатели имеют одну общую головку блока, а V-

образные

—

раздельные головки блока для каждого ряда цилинд-

ров.

Верхнюю плоскость блока цилиндров и нижнюю плоскость го-

ловки блока тщательно обрабатывают для получения плотного со-

единения. Между этими плоскостями устанавливают сталеасбес-

товую уплотняющую прокладку, предотвращающую прорыв газов

наружу и исключающую проникновение охлаждающей жидкости

и масла в цилиндры. Гайки и болты крепления головки к блоку

затягивают равномерно в определенной последовательности. Для

этого необходимо использовать специальный динамометрический

ключ, позволяющий контролировать момент затяжки, так как

алюминиевая головка блока при нагреве увеличивается в высоту

больше, чем стальные болты, крепящие ее. При прогреве двигате-

ля затяжка головок блока увеличивается, при охлаждении

—

уменьшается, поэтому болты крепления головок должны быть за-

тянуты на холодном двигателе. Момент затяжки должен составлять

Рис. 4.2. Головка блока и последовательность затяжки болтов крепления:

1...17— болты крепления

90...

100

•

м, причем при температуре двигателя около 0 °С значе-

ние момента затяжки должно быть ближе к нижнему пределу, а

при температуре 20...25 °С

—

к верхнему пределу.

Головка блока цилиндров автомобилей ЗИЛ показана на рисунке

4.2.

Головка блока цилиндров автомобилей КАЗ, а также перепускные

отверстия для воды и масла между головкой и блоком уплотнены

формованной резиновой и стальной прокладками. Головка зафик-

сирована относительно блока двумя штифтами и прикреплена к

нему четырьмя болтами из легированной стали.

В головках блока напротив цилиндров выполнены углубления,

формирующие камеру сгорания. В карбюраторных двигателях

(ВАЗ, ГАЗ, ЗИЛ) наиболее распространены полусферические и

клиновидные камеры сгорания, а в дизелях (КАЗ, КамАЗ)

—

не-

разделенные дельтовидные и тороидальные.

Крепление двигателя должно быть таким, чтобы наряду с фик-

сацией его уменьшить передачу вибрации на раму автомобиля и

предотвратить появление напряжений в блоке цилиндров при

перекосах рамы вследствие движения автомобиля на неровной

дороге.

Двигатели или силовые агрегаты крепят к рамам или полура-

мам в трех, четырех или пяти точках. Так, двигатели автомобилей

ГАЗ-ЗЮ2 «Волга», ЗИЛ-431410 и ЗИЛ-433360, «Москвич-2141» и

ВАЗ-2121 «Жигули» крепят в трех точках, а двигатели автомоби-

лей ГАЗ-53-12 и ГАЭ-3307

—

в четырех точках.

Подвеска силового агрегата автомобиля КАЗ-4540 показана на

рисунке 4.3. Передняя опора (рис. 4.3, а) состоит из двух прямо-

угольных амортизаторов

—

подушек, расположенных с обеих сто-