Нижняя головка шатуна; 6 – верхний вкладыш; 7 – нижний вкладыш; 8 – усики, фиксирующие вкладыши от проворачивания и осевого смещения

В автотракторных двигателях применяют шатуны с разъемной кривошипной головкой и подшипниками скольжения в верхней головке. Масло для смазывания втулки подводится либо под давлением от нижней головки по сверлению в стержне шатуна, либо масляным туманом через отверстие или разрез выполненными в верхней головке. Эти отверстия выполняют в верхней, наименее нагруженной части поршневой головки.

В крупных судовых ДВС применяют так же шатуны с отъемной нижней головкой. Для изготовления шатунов в зависимости от степени форсировки двигателей применяют углеродистые и легированные стали. В современных автотракторных двигателях в качестве материала начинают применять специальный ковкий перлитный с шаровидным графитом чугун, который по своим механическим свойствам близок к сталям. В последние годы начинают использовать в качестве материала шатунов металлокерамику и композиционные материалы для снижения массы.

Подшипники выполняются из стальной ленты, залитой антифрикционным материалом (биметаллический). Подшипники, у которых на стальную ленту вначале наносят медно-никелевый подслой, а затем антифрикционный материал, называют триметаллическими. Они отличаются в сравнении с биметаллическими большим ресурсом работы. Для двигателей бензиновых в качестве антифрикционного материала применяют свинцовооловянистые, алюминиевые высокооловянистые сплавы. Для подшипников дизелей применяют свинцовистую бронзу. Шатунные подшипники выполняются в виде двух тонкостенных вкладышей. Для предотвращения их осевого перемещения и проворачивания при вращении КВ на из кромок вкладыша отгибается специальный фиксирующий выступ, который входит в специальный паз, выполненный в нижней головке. Для подшипников дизелей применяют свинцовистую бронзу.

Шатунные болты подвергаются нагрузкам от силы предварительной затяжки и сил инерции. Шатунные болты кривошипных головок с прямым разъемом выполняют с призонным пояском для точной фиксации положения крышки относительно тела шатуна. Для такой фиксации могут применяться специальные, точно выполненные втулки.

Болты выполняют из хромистых и хромоникельмолибденовых сталей марок 30Х,40Х, 40ХНМА штамповкой на холодновысадочных автоматах с последующей накаткой резьбы и последующей термической обработкой. Для предотвращения проворачивания болтов при затяжке, их головки выполняют несимметричной формы с вертикальным срезом, а в теле шатуна фрезеруют площадки или углубления с вертикальным уступом. Гайки шатунных болтов самоконтрящиеся.

Коленчатый вал.Коленчатый вал является одной из напряженных и дорогостоящих деталей двигателя (рис.7.4). В процессе работы он, воспринимая переменные по величине и направлению газовые и инерционные силы и их моменты, подвергается деформациям изгиба и кручения, а поверхности шеек подвержены истиранию. Коленчатые валы изготавливают из стали или специального чугуна. Коленчатые валы современных двигателей, как правило, выполняются полноопорными, т.е. число коренных шеек у таких валов на единицу превышают число шатунных шеек с целью повышения жесткости вала. Основные элементы коленчатого вала: коренные и шатунные шейки, соединенные щеками. На продолжении шеек располагают противовесы, назначение которых – уменьшать нагрузки на коренные шейки.

Рис.7.4. Коленчатый вал: 1 – коренная шейка; 2 – щека;

Шатуная шейка

Механизм газораспределения

Назначение механизма газораспределения заключается в удалении продуктов сгорания и наполнении цилиндра свежим зарядом. От количества свежего заряда в большой степени зависит получаемая в цикле работа, а следовательно, и мощность двигателя. Количество воздуха, поступающего в цилиндр во время процесса впуска, зависит от того, насколько хорошо цилиндр двигателя очищается от отработавших газов во время выпуска в предшествующем цикле. Таким образом, впуск и выпуск тесно взаимосвязаны.

По мере совершенствования конструкций двигателей внутреннего сгорания усложнились и задачи, стоящие перед механизмом газораспределения. Механизмы управления процессами газообмена в современных ДВС выполняют более широкие функции, чем простая смена заряда. Так, им отводится основная роль в формировании протекания внешней характеристики двигателей, получения максимума наполнения на нескольких режимах или же во всем диапазоне частот вращения коленчатого вала двигателя. Функции управления работой двигателя механизм газораспределения приобретает при использовании в его конструкции устройств управления фазами газораспределения и регулирования высоты подъема клапанов.

Традиционные двухклапанные конструкции ГРМ в современных конструкциях особенно быстроходных двигателей применяются сравнительно редко. Наибольшее распространение получили трех и четырехклапанные механизмы, а на некоторых моделях и пятиклапанные. Увеличение числа клапанов до четырех на цилиндр позволяет увеличить суммарную площадь проходных сечений горловин, уменьшить габариты и массу клапанов и элементов их привода, что способствует снижению инерционных нагрузок на детали механизма газораспределения. В двухклапанных механизмах используются конструкции привода с нижним и верхним расположением распределительных валов. При нижнем расположении распределительный вал размещается в картере двигателя или в развале блока цилиндров V-образных двигателей и приводится во вращение от коленчатого вала с помощью зубчатой передачи. Находит применение такая конструкция в ДВС с частотой вращения коленчатого вала до 4000 мин^-1.

Верхнее расположение распределительных валов нашло применение в многооборотных двигателях. Валы располагаются на головке блока цилиндров. Привод клапанов может осуществляться:

- при расположении клапанов в один ряд – непосредственно от кулачков распределительного вала через направляющий стакан или же через коромысло;

- при двух и трех клапанах на один цилиндр, расположенных в двух рядах и одном распределительном вале, через коромысла.

При двух распределительных валах:

1. Привод может производиться непосредственно от кулачков через направляющие стаканы или же с помощью рычагов.

2. В четырехклапанных механизмах, в которых всегда используются два распределительных вала, привод осуществляется либо непосредственно от кулачков, либо через коромысла.

3. При пяти клапанах на один цилиндр и двух распределительных валах – непосредственно от кулачков через направляющие стаканы.

При использовании для управления работой механизма газораспределения систем управления законами подъема клапанов последние наиболее часто имеют индивидуальный привод. Схемы механизмов газораспределения, применяемые в ДВС, приведены на рис.14.5.

Для привода распределительных валов при верхнем расположении используют цепи, либо зубчатые ремни.

Достоинства цепей:

- возможность передачи вращения при значительных межцентровых расстояниях коленчатых и распределительных валов;

- невысокая шумность работы и простота конструкции;

- сравнительно невысокая масса привода.

К недостаткам цепей относят: появление вибрации цепи при пульсирующих нагрузках, износ и вытяжка цепи в процессе эксплуатации.

На современных многооборотных двигателях получили применение в качестве приводных элементов зубчатые ремни, изготовленные из синтетических материалов, не требующие смазки и отличающиеся повышенной долговечностью и низким уровнем шума при работе. Классические механизмы газораспределения, имеющие фиксированные фазы газораспределения, определяемые профилем кулачка, позволяют получать максимальное значение крутящего момента в ограниченной фиксированной области частот вращения коленчатого вала. Так как с изменением частоты вращения меняются условия наполнения.

Классические механизмы газораспределения, имеющие фиксированные фазы газораспределения, определяемые профилем кулачка, позволяют получать максимальное значение крутящего момента в ограниченной фиксированной области частот вращения коленчатого вала. Так как с изменением частоты вращения меняются условия наполнения цилиндра свежим зарядом, то это требует изменения фаз газораспределения. С этой целью современные ДВС оснащаются специальными устройствами для регулирования фаз газораспределения и высоты подъема клапана. Соответствующие команды эти системы получают от электронного блока управления (ЭБУ) двигателем, настраиваемого на получение определенного протекания характеристик двигателя. Сигнал от ЭБУ подается на соответствующие исполнительные механизмы. Возможны следующие функциональные варианты систем управления:

– регулирование только фаз газораспределения;

– регулирование высоты подъема клапана;

– одновременное регулирование и фаз газораспределения, и высоты подъема клапана.

Первыми на ДВС массовых автомобилей применялись наиболее простые механизмы ступенчатого регулирования фаз впускных клапанов. Это достигалось выполнением на распределительном валу двух пар кулачков и осевого смещения распределительного вала при достижении определенной частоты вращения коленчатого вала.

Существенно большие возможности формирования характеристик двигателя имеют системы бесступенчатого (непрерывного) изменения фаз газораспределения. Конструктивное выполнение таких устройств отличается большим разнообразием.

По исполнению можно выделить гидромеханические и электромеханические системы привода клапанов (ЭМПК). Наиболее совершенной является ЭМПК, обеспечивающая возможность индивидуально для каждого клапана изменять высоту подъема клапана и регулировку фаз его открытия и закрытия. Применение ЭМПК делает не нужной применение дроссельной заслонки и распределительного вала и позволяет на 90% снизить потери на трение в механизме газораспределения. Однако система управления клапанами усложняется, так как вводится дополнительный блок управления клапанами.