2.1.1 Блок-картер
Блок-картер является основой корпусной деталью двигателя. Блок-картер стальной, сварно-литой [6]. Конструкция блок-картера дизеля типа 6ЧН 15/18 приведена на рисунке 2.2.
Рисунок 2.2 — Блок картер двигателя 6ЧН 15/18
Блок-картер закрыт снизу стальной ванной, служащей сборником масла. Вверху в блок вставлены чугунные втулки цилиндров с рубашками. Пространство между втулкой цилиндров и рубашками образует полость охлаждения [6].
Снизу к блоку крепятся подвески со стальными вкладышами с тонкослойной заливкой свинцовистой бронзы [6]. Такая конструкция обладает высокой продольной жесткостью при относительно небольшой массе.
2.1.2 Крышка цилиндров
Крышка цилиндра закрывает втулку цилиндра, а ее огневое днище вместе с поршнем и стенками втулки образует камеру сгорания [1].
Крышка цилиндра работает в условиях высокого давления продуктов сгорания топлива и больших температур, что приводит к возникновению в ней значительных динамических и тепловых напряжений [1].
Крышка цилиндра изготовлена из высокопрочного чугуна или стали, имеет насос-форсунку, пусковой клапан, два впускных и два выпускных клапана. Крышка цилиндра закрыта кожухом из алюминиевого сплава. Над кожухом расположены три крышки, образующие герметичное пространство, в котором расположен распределительный вал [6].
Конструкция остова обладает высокой жесткостью, но сварные швы в блок-картере могут служить концентраторами напряжения. Преимущество конструкции остова двигателя достигается тем, что конструкция обладает минимальным составом деталей, объединяются различные функции, выполняемые одним узлом.
2.2 Описание и анализ деталей движения двигателя
2.2.1 Коленчатый вал
Коленчатый вал служит для преобразования прямолинейного возвратно-поступательного движения поршня во вращательное и передачи вращающего момента потребителю мощности [5]. Коленчатый вал дизеля, кованный из легированной стали [6].
Конструкция коленчатого вала дизеля типа 6ЧН 15/18 представлена на рисунке 2.3.
Рисунок 2.3 — Коленчатый вал двигателя 6ЧН 15/18
Коленчатый вал изготовлен из стали 18ХНВА, его вес в собранном виде без маховика и шатунов 92 кг, он имеет шесть Колен, расположенных попарно (1 и 6, 2 и 5, 3 и 4) в трех плоскостях под углом 120° друг к другу, с шестью шатунными и семью коренными пустотелыми шейками. Полости коренных и шатунных шеек сообщаются между собой через каналы, просверленные в щеках вала. В первой щеке коленчатого вала имеется три канала, из них два (параллельных плоскости щеки) служат для подвода масла из полости хвостовика вала в полость первой шатунной шейки, а третий — наклонный, с запрессованной трубкой — для подвода масла из полости первой шатунной шейки к первой коренной шейке. Все остальные щеки имеют по два канала, параллельных их плоскости. Такая конструкция, с перекрытием шеек, обеспечивает необходимую жесткость коленчатого вала [6].
2.2.2 Шатун
Шатун изготовлен из стали 18ХНВА и кругом обработан. Стержень шатуна имеет двутавровое сечение, увеличивающееся сверху вниз.
В отверстие верхней головки шатуна запрессована бронзовая втулка. Для смазки поршневого пальца в головке шатуна имеется шесть сквозных отверстии. В одно из них запрессован латунный трубчатый штифт, удерживающий втулку от проворачивания.
Нижняя головка шатуна разъемная. Ребристая крышка крепится к шатуну шестью шпильками и фиксируется буртом на головке шатуна и двумя цилиндрическими штифтами. Гайки шпилек нижней головки шатуна имеют номера и риски, соответствующие номерам и рискам на крышке. В расточке нижней головки зажат разъемный стальной вкладыш, залитый свинцовистой бронзой. Вкладыш шатуна. Стальной тонкостенный вкладыш залит свинцовистой бронзой. На его половинках имеются: на верхней — круглое и на нижней — овальное отверстия, в которые входят цилиндрические штифты, запрессованные в шатун и его крышку и предохраняющие вкладыш от осевых смещений [6].
Блок-картер и кривошипно-шатунный механизм
Блок-картер двигателя является основной частью остова двигателя, на котором крепятся все узлы и механизмы двигателя. У двигателя с рядным расположением цилиндров и водяным охлаждением блок-картер представляет собой сложную коробчатую отливку из серого чугуна, верхняя часть которой образует блок цилиндров, а нижняя уширенная — картер коленчатого вала. Горизонтальная перегородка отделяет верхнюю часть, в которой циркулирует вода, от нижней, где при вращении коленчатого вала создается масляный туман.
В вертикальных расточках блока устанавливаются отлитые из легированного чугуна гильзы цилиндров (на схеме четырехцилиндровый блок), уплотняемые в нижней перегородке резиновым уплотнительным кольцом. В верхней части гильзы запрессовываются буртами в расточки верхней плиты блока, при этом бурт верхнего установочного пояска должен выступать над верхней плоскостью блока на 0,065-0,165 мм.
Внутренняя поверхность гильз шлифуется. Между стенками гильз цилиндра и блока образуется пространство, называемое водяной рубашкой охлаждения. На верхнюю обработанную поверхность блока на шпильках устанавливается головка блока, внутренняя полость которой соединяется отверстиями с водяной рубашкой блока. Между головкой блока и блоком устанавливается металлоасбестовая прокладка.
В трех поперечных перегородках, а также в задней и передней стенках блока в нижней части предусмотрены так называемые постели для коренных подшипников коленчатого вала, закрытые крышками, каждая из которых прикреплена к блоку двумя болтами. Постели коренных подшипников с крышками растачиваются с большой точностью, поэтому замена крышек не допускается.
Продольная вертикальная перегородка разделяет водяную рубашку и камеру штанг газораспределительного механизма. Под камерой штанг расточены отверстия под подшипники распределительного вала.
К передней плоскости блок-картера прикрепляются картер шестерен газораспределения, передняя опора крепления двигателя к раме и водяной насос. Задней опорой крепления двигателя является картер маховика, который центрируется с помощью штифтов и крепится болтами к задней стенке блок-картера. На боковых обработанных площадках крепятся различные узлы и механизмы двигателя.
У дизельных двигателей воздушного охлаждения Д-37 Е все детали располагаются на литом чугунном картере. Цилиндры двигателя для интенсивного охлаждения отлиты ребристыми и крепятся к картеру при помощи шпилек, ввернутых в корпус картера. Для уплотнения между картером и каждым цилиндром установлены медные кольца.
У двигателей ЯМЗ-240Б, ЯМЗ-238НБ, СМД-60 и СМД-62 блок-картер представляет собой чугунную отливку, объединяющую два блока цилиндров, расположенных V-образно под определенным углом (75° у двигателя ЯМЗ-240Б и до 90° у двигателей СМД-60). V-образное расположение цилиндров позволяет уменьшить длину двигателя и его вес.
В блок-картере дизеля СМД-60 сделано шесть отверстий по три в ряду, в которые запрессовываются гильзы цилиндров. Все цилиндры объединены общей рубашкой. На наружных боковых поверхностях блок-картера имеется ряд обработанных плоскостей для крепления узлов и агрегатов.
Над цилиндрами на обработанных плоскостях блока установлены головки цилиндров, выполненные как одно целое с клапанной коробкой. Над коленвалом, между цилиндрами, помещается распределительный вал. Снизу картер закрыт поддоном. Кривошипно-шатунный механизм служит для преобразования возвратно-поступательного движения поршней во вращательное движение коленчатого вала.
Кривошипно-шатунный механизм двс ЯМЗ-238НБ: шкив; гайки круглые; маслоотражатели; шестерня привода маслонасоса; коленчатый вал; верхний вкладыш шатунного подшипника; шатун; бронзовая втулка; поршень; штифт; кольцо стопорное; место маркировки пальца; палец поршневой; место маркировки поршня; расширитель маслосъемного кольца; кольцо маслосъемное; кольца компрессионные; верхний вкладыш коренного подшипника; полукольцо упорного подшипника; маховик; болт крепления фланца; фланец коленчатого вала; шестерня коленчатого вала; нижний вкладыш коренного подшипника; шплинт; маслозаборная трубка; пробка резьбовая; болт шатунный с шайбой; крышка шатуна; нижний вкладыш шатунного подшипника; место маркировки вала; противовес передний и вкладышами.
Поршень передает давление газов через шатуны коленчатому валу двигателя. В поршне различают три части: днище, уплотняющую (головку) и направляющую части («юбку»). Днище поршня воспринимает давление газов и у дизелей имеет фасонную форму, которая зависит от способа смесеобразования, направления потока газов и расположения клапанов.
Внутри поршня имеются два прилива, называемые бобышками, в отверстия которых устанавливается палец, соединяющий поршень с шатуном. На выходе из отверстий бобышек выточены кольцевые канавки под стопорные кольца. На наружной поверхности поршня прорезаны канавки для установки в них компрессионных колец и нижние канавки — для маслосъемных колец.
В канавках под маслосъемными кольцами сделаны сквозные отверстия для отвода масла, снимаемого кольцами с поверхности цилиндров в поддон картера двигателя. Во время работы двигателя поршень нагревается, причем днище, и головка нагреваются и расширяются больше, чем направляющая часть — «юбка».
Поэтому диаметр головки поршня делается меньшим, чем диаметр «юбки». Кроме того, цилиндр и поршень подбираются друг к другу в холодном состоянии с небольшим зазором. Зазор предотвращает заедание нагретого поршня в цилиндре и способствует лучшей их смазке. С этой же целью направляющую часть поршня делают эллиптической формы, а на наружной поверхности в зоне расположения бобышек — вырезы прямоугольной формы, называемые холодильниками.
Зазор между цилиндром и «юбкой» поршня дизелей ЯМЗ-240Б, ЯМЗ-238НБ, СМД-60 и СМД-62 должен быть 0,16-0,22 мм, а при эллиптической «юбке» 0,05-0,10 мм. Для облегчения подбора поршней к цилиндрам при замене их сортируют на размерные группы Б, С, М. Метку размерной группы наносят на днище поршня и на торце верхнего буртика цилиндра. Поршень и цилиндр должны быть одной размерной группы.
Кроме того, поршни подбирают по весу; разница массы поршней допускается не более 7-10 г в комплекте для одного двигателя, а в сборе с шатунами 15-17 г. Поршневые кольца разделяются по назначению: на компрессионные и маслосъемные, изготовляются из легированного чугуна или стали.
Компрессионные кольца уплотняют зазор между поршнем и цилиндром и препятствуют прорыву газов из надпоршневого пространства в картер двигателя. Маслосъемные кольца служат для снятия излишков масла со стенок цилиндров. Для этой цели маслосъемные кольца имеют сквозные прорези.
Масло, снимаемое со стенок цилиндра, через прорези в кольцах и отверстия в канавках поршня поступает внутрь поршня, а далее стекает в картер. Число колец на поршне главным образом зависит от типа двигателя и частоты вращения коленчатого вала. Обычно на тракторных дизелях устанавливают 3-4 компрессионных и 1-2 маслосъемных кольца.
В дизельном двигателе Д-240, Д-65 Н, Д-37 Е на поршне устанавливается по 4 маслосъемных кольца скребкового типа (по два в каждой канавке). Верхнее компрессионное кольцо работает в условиях высоких температур и давлений. Для уменьшения износа его трущаяся поверхность покрывается слоем хрома.
Чтобы кольца можно было надеть на поршень, их делают разрезными. В свободном состоянии наружный диаметр кольца больше внутреннего диаметра цилиндра. Поэтому при установке кольца в цилиндр его нужно сжать. Разрез в кольце называют замком. Когда кольцо находится в цилиндре в рабочем состоянии, в замке должен быть зазор 0,45-0,65 мм, чтобы кольца при нагревании не заклинились.
Поршневые кольца моторов Д-240, Д-65Н, Д-37 Е должны свободно перемещаться в канавках под действием собственного веса, поэтому они устанавливаются с некоторым зазором по высоте между кольцами и канавкой. Для верхних колец этот зазор 0,2-0,25, для нижних 0,08-0,12 мм. Для предотвращения прорыва газов через замки их устанавливают на поршне под углом 90-180° относительно друг друга.
В двухтактных пусковых двигателях (ПД-10У) кольца фиксируются в канавках стопорными винтами. Это предотвращает попадание замков в продувочные и выпускные окна и их поломку. Замену колец производят при увеличении зазора в замке до 3-6 мм и по высоте до 0,5 мм. Важнейшими признаками износа поршневых колец являются: падение мощности двигателя; перерасход картерного масла; усиленное дымление сапуна.
Поршневой палец ПД-10 служит для шарнирного соединения поршня с шатуном. Палец представляет собой полый стальной цилиндр. Наружную поверхность его цементируют, затем подвергают закалке и шлифуют. Палец устанавливается в бобышках поршня и от осевых перемещений (чтобы не касаться зеркала цилиндра) удерживается пружинящими стопорными кольцами, вставленными в выточки обеих бобышек.
На современных тракторных дизелях используются пальцы плавающего типа — это значит во время работы палец может проворачиваться (плавать), что способствует равномерному износу его поверхности. Для обеспечения этого условия необходимо, чтобы палец свободно входил во втулки верхней головки шатуна с зазором 0,02-0,025, а в отверстия бобышек с небольшим натягом.
При работе отверстия в бобышках расширяются больше, чем палец, и он начинает проворачиваться и в бобышках. При сборке поршень нагревается в масле до температуры 80-100С, при этом палец должен легко вставляться в расширенные от нагрева отверстия бобышек.
По наружному диаметру пальцы сортируются на размерные группы. У двигателей Д-240, Д-65Н пальцы сортируются на две группы, которые маркируются черной и желтой красками. У дизельных двигателей СМД-60 и СМД-14 маркировка производится белой и желтой красками. Дизельный двс ЯМЗ-240Б имеет три размерные группы. Клеммы (Б, ББ, БББ) выбиваются на днище поршня и на пальце. Три размерные группы имеет и двигатель Д-21А.
Шатун и шатунные подшипники. Шатун представляет собой стальную фасонную поковку. Он соединяет поршень с коленчатым валом и передает усилия, действующие на поршень, коленчатому валу.
Шатун состоит из следующих частей: верхней головки, нижней головки и стержня шатуна. Стержень шатуна имеет двутавровое сечение, что обеспечивает достаточную жесткость и прочность при минимальном весе.
Нижнюю головку соединяют с шейкой коленчатого вала, для чего ее делают разъемной и закрывают крышкой. Исключение составляют пусковые двигатели ПД-10 У и П-350, у которых нижняя головка шатуна неразъемная, а коленчатый вал делается разъемным.
Плоскость разъема может быть прямой — под углом 90° к оси шатуна (двигатели Д-240, СМД-14, Д-50, Д-21А) или косой — нижняя головка шатуна разрезана под углом к оси шатуна (двс ЯМЗ-240Б, СМД-60, Д-65, АМ-41, А-01М).
Косой разъем позволяет вынимать и ставить шатун в сборе с поршнем через гильзу, не снимая коленчатого вала. В нижние головки шатунов устанавливают подшипники скольжения, представляющие собой тонкостенные вкладыши. У пусковых двигателей ПД-10У и П-350 в нижней головке устанавливается игольчатый подшипник качения.
Верхняя головка шатуна неразъемная, и в нее запрессовывается бронзовая втулка, служащая подшипником для поршневого пальца. Смазка пальца во втулке осуществляется путем принудительной подачи масла от нижней головки по каналу в стержне шатуна (двигатели АМ-41, СМД-60, А-01М). У дизелей ЯМЗ-240Б, Д-240, Д-65, Д-21А палец смазывается через отверстие, которое имеется в верхней головке шатуна и втулке.
Коленчатый вал воспринимает передаваемые шатуном от поршней силы давления газов. Эти силы создают крутящий момент двигателя. Вал штампуют из высокоуглеродистых сталей или отливают из легированного чугуна. Коленчатый вал имеет коренные и шатунные шейки, которые соединены щеками, носок (передняя часть) и хвостовик (задняя часть).
Для уменьшения действия центробежных сил инерции на подшипники на щеках коленчатых валов некоторых двигателей имеются противовесы. На переднем конце коленчатого вала закрепляются на шпонках одна или две шестерни для привода масляного насоса и распределительная шестерня, маслоотражатель, шкив привода вентилятора и храповик для прокручивания коленчатого вала рукояткой.
На хвостовиках у многих коленчатых валов имеются маслосгонная резьба и фланец для крепления маховика. У двигателя СМД-60 шестерня привода механизма газораспределения устанавливается на заднем конце коленчатого вала. Аналогичный привод имеет и привод газораспределения мотора ЯМЗ-240Б.
У двигателей с рядным расположением цилиндров число шатунных шеек равно числу цилиндров, а у V-образных двигателей (ЯМЗ-240Б, СМД-60 и др.) — шатунных шеек в 2 раза меньше числа цилиндров, так как на одной шатунной шейке крепят по два шатуна из правого и левого рядов цилиндров.
Для подачи масла к коренным и шатунным подшипникам в коленчатом валу делают сверления, а шатунные шейки имеют полости для центробежной очистки масла.
Полости закрываются пробками. При вращении коленчатого вала различные примеси, находящиеся в масле, под действием центробежных сил отбрасываются и прилипают к внешней стороне полости, а очищенное масло с внутренней стороны полости по маслозаборной трубке идет на смазку шатунной шейки и поршневого пальца, если в шатуне имеется канал для подвода масла к пальцу.
От осевых перемещений коленчатый вал фиксируется или упорным буртом и коренным подшипником, или ограничительными полукольцами, изготовленными из антифрикционных материалов. Осевой разбег коленчатого вала допускается в пределах 0,13—0,34 мм. Коренные подшипники могут быть двух видов: скольжения и качения.
Коренные подшипники качения применяются у одноцилиндровых двигателей (ПД-10 У, П-350), имеющих двухопорные валы, и у двигателя ЯМЗ-240Б. Наружные кольца роликовых подшипников у дизельного двигателя ЯМЗ-240 Б запрессованы в расточки блок картера и от осевых перемещений удерживаются
стопорными кольцами.
Коренные подшипники скольжения, как и шатунные, представляют собой тонкостенные полуцилиндрической формы вкладыши. Их изготовляют из стальной ленты толщиной 1—3 мм. Внутреннюю поверхность вкладышей покрывают тонким слоем (0,08—0,10 мм) антифрикционного сплава. В качестве антифрикционного сплава используют сплавы АО-20, АСМ, свинцовистую бронзу, баббиты и т. д.
Специальные выштампованные выступы вкладыша (усики) входят в углубления в шатуне и предотвращают осевое перемещение вкладышей относительно нижней головки шатуна. Верхние вкладыши коренных подшипников имеют отверстия, которые при установке вкладышей в постели коренных подшипников совпадают с каналами в картере.
По этим каналам масло из главной магистрали подводится к подшипникам. Шейки коленчатых валов подвергают термической обработке и тщательно обрабатывают и шлифуют. Конусность и овальность новых шеек допускается до 0,01 мм.
Зазор в шатунных подшипниках в различных двигателях устанавливается в пределах 0,06—0,14 мм, а коренных — 0,07-0,16 мм. При овальности шеек более 0,15 мм и увеличении зазора в шатунных подшипниках до 0,4 мм, а коренных до 0,35 мм шейки перешлифовывают, а вкладыши устанавливают меньшего диаметра, то есть ремонтного размера.
Маховик предназначен для равномерного вращения коленчатого вала, выведения поршней из мертвых точек. Маховик представляет собой массивную чугунную отливку. На обод маховика напресовывается стальной зубчатый венец для вращения коленчатого вала от пускового двигателя или стартера.
На передней плоскости маховика у двигателей АМ-41, СМД-60, СМД-14, А-01М предусмотрены сверления под щуп установки первого цилиндра в верхнюю мертвую точку; у двигателя Д-50, Д-240 отверстия сделаны не точно в ВМТ, а определяют момент впрыска топлива; на маховике двигателя ЯМЗ-240 Б для этой цели имеются метки.
На дизеле ЯМЗ-240Б установлен также гаситель крутильных колебаний жидкостного типа, который снижает нагрузки на коленчатый вал от крутильных колебаний и инерционных сил.
Обслуживание кривошипно-шатунного механизма
Для обеспечения длительной работы двигателя:
— периодически при техническом обслуживании № 3 (ТО-3) проверяют крепления коренных и шатунных подшипников, головки блока, очищают полости шатунных шеек коленчатого вала;
— не допускают полной загрузки нового трактора без предварительной его обкатки;
— включают трактор в работу только после прогрева двигателя до температуры охлаждающей воды — 50C;
— не работают длительное время с перегрузкой и не допускают перегрева двигателя;
— не работают длительное время на холостом ходу, так как это вызывает закоксовывание поршневых колец.
При падении мощности, сильном дымлении, падении давления масла в магистрали ниже 1,0 кгс/см2, а также при появлении стуков и интенсивном выгорании картерного масла двигатель останавливают и выявляют причины появления неисправностей.
Блок-картер двигателя внутреннего сгорания
Блок-картер является остовом двигателя внутреннего сгорания. В основе блок-картера лежит сложная отливка коробчатой формы, чья верхняя часть формирует блок цилиндров, а нижняя – верхнюю половину картера. Основные элементы блок-картера тракторного двигателя [рис. 1] показаны на примере двигателей Д-144, СМД-14 и СМД-144.
Рис. 1. Блок-картер тракторного двигателя.
а) – Блок-картер жидкостного охлаждения с рядным расположением цилиндров;
б) – Блок-картер жидкостного охлаждения с V-образным расположением цилиндров;
в) – Блок-картер воздушного охлаждения;
1) – Отверстия для штанг;
2) – Отверстия для охлаждающей жидкости;
3) – Отверстия для шпилек крепления головки цилиндров;
4) – Подводящие каналы для охлаждающей жидкости;
5) – Подводящие каналы для масла;
6) – Крышка коренного подшипника;
7) – Прилив для коренного подшипника;
8) – Резиновое уплотнительное кольцо;
9) – Втулка распределительного вала;
10) – Гильза цилиндра;
11) – Воздушная полость;
13) – Отверстие для цилиндра;
16) – Уплотнительная прокладка;
А) – Плоскость крепления головки цилиндра;
Б) – Плоскость крепления картера распределительных шестерён;
В) – Плоскость крепления крышки с опорой под турбокомпрессор.
С целью увеличения жёсткости в конструкции блок-картера широко применяются различные перегородки и оребрения его внутренней поверхности. Как правило, поперечные (вертикальные) перегородки разделяют блок-картер двигателя на одинаковые отсеки, количество которых равно числу цилиндров. У двигателей, число цилиндров которых не превышает четырёх (в редких случаях шести) расположение цилиндров в блок-картере выполнено в один ряд – рядное [рис. 1, а)]. Если цилиндров шесть, восемь и более, то их располагают в два ряда (с наклоном друг к другу) – V-образное расположение [рис. 1, б)]. Угол, который образуется между осями цилиндров обоих рядов, называется угол развала. Применение V-образной схемы расположения цилиндров в блок-картере обусловлено стремлением уменьшения массо-габаритных характеристик двигателя, а также увеличения жёсткости блок-картера и коленчатого вала. При V-образной схеме достигается уровень минимальных деформаций гильз цилиндров, коренных подшипников и плоскости стыков блока с головкой цилиндров.
Блок-картер с рядным расположением цилиндров применяется для следующих двигателей: А-41, Д-240, А-01М, Д-144, СМД-14.
Блок-картер с V-образным расположением цилиндров используется в двигателях: СМД-60, ЗМЗ-53, ЗИЛ-130, а также в двигателях семейства КамАЗ и ЯМЗ.
Внутри и снаружи блок-картера (38) [рис. 2] расположены детали КШМ (кривошипно-шатунный механизм) и ГРМ (газораспределительный механизм), сборочные единицы и системы двигателя, а также опоры, используемые для крепления двигателя к раме. В блок-картере (примерно в средней его части) размещена перегородка, которая отделяет верхнюю полость (предназначенную для циркуляции охлаждающей жидкости) от нижней (заполнена масляным туманом, формирующимся в процессе вращения коленчатого вала двигателя с большой частотой). Нижняя половина картера либо поддон (33) картера используется для герметичного закрытия КШМ снизу. Как правило, поддон также является резервуаром для масла. Для предотвращения чрезмерного увеличения давления либо разряжения внутри картера на него монтируется сапун. Это даёт возможность не только устранить подтекание масла, но и защитить полость картера от пыли.
Рис. 2. Разрез тракторного двигателя Д-240 жидкостного охлаждения.
2) – Маслосъёмные кольца;
3) – Уплотняющая часть поршня с компрессионными кольцами;
4) – Камера сгорания и днище поршня;
5) – Валик коромысел;
7) – Тарелка клапана;
9) – Пружина клапана;
10) – Направляющая втулка клапана;
11) – Гильза цилиндра;
12) – Стойка валика коромысел;
13) – Регулировочный винт;
17) – Головка цилиндров;
20) – Шкив привода вентилятора;
21) – Шестерня привода распределительного вала;
22) – Шестерня привода распределительного вала;
23) – Шкив коленчатого вала;
24) – Шестерня привода распределительного вала;
25) – Шестерня привода масляного насоса;
26) – Уплотнение поддона картера;
27) – Шестерня привода масляного насоса;
29) – Распределительный вал;
31) – Уплотняющее резиновое кольцо;
32) – Поршневой палец;
33) – Поддон картера;
34) – Коленчатый вал;
35) – Вкладыш для коренного подшипника;
36) – Прилив для коренного подшипника;
Блок-картер в основном отливается из серого мелкозернистого чугуна СЧ 21-40 (СЧ 18-36), который обладает высокими механическими и литейными качествами. С целью снижения массы блок-картеры для некоторых автомобильных двигателей отливаются из алюминиевых сплавов (ЗМЗ-53), что приводит к практически двукратному уменьшению их массы. Алюминиевый блок-картер значительно дороже в производстве, чем чугунный.
Для крепления головки на чугунный блок-картер устанавливаются короткие шпильки, а на алюминиевый блок-картер – несущие силовые шпильки (в верхнюю половину картера).
В двигателях с воздушных охлаждением (Д-21А1 и Д-144) из-за необходимости создания охлаждающих воздушных потоков нет возможности использовать блок-картерный тип отливки [рис. 3]. Цилиндры в подобном блок-картере закрепляются между головкой и картером посредством несквозных анкерных связей [рис. 1, в)]. Количество анкерных связей, которые приходятся на один цилиндр, как правило, меньше, чем в дизельных двигателях с жидкостным охлаждением. Для дизельных двигателей большой мощности, имеющих воздушное охлаждение, блок-картер отливается из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом (8ДВТ-330).
Рис. 3. Поперечный разрез тракторного двигателя Д-144 воздушного охлаждения.
Для чего предназначен блок картер
Картер, цилиндры, их головки и другие неподвижные (корпусные) детали, образующие остов двигателя, нагружаются силами давления газов и силами инерции от масс, совершающих возвратно-поступательное и вращательное движения, моментами от этих сил, испытывают упругие и тепловые воздействия. Поэтому корпусные детали и остов двигателя в целом должны обладать высокой прочностью и жесткостью.
Картер является главным из элементов остова (корпуса) двигателя. С внешней стороны к нему крепят цилиндры, а внутреннюю его полость занимает коленчатый вал с его опорами. В картере размещают также основные устройства механизма газораспределения, различные узлы системы смазки с ее сложной сетью каналов и чаще всего с емкостью для смазочного масла и другое вспомогательное оборудование. К одной из торцовых стенок картера в автомобильных двигателях крепят кожух маховика, к боковым – кронштейны или лапы для установки двигателя на подмоторную раму. В двухтактных двигателях с кривошипно-камерной продувкой цилиндров внутреннюю полость картера используют в качестве камеры для продувки цилиндров. Длина картера зависит от размера и числа цилиндров в ряду, а поперечное сечение его внутренней полости определяется в основном радиусом кривошипа и размерами шатуна.
В автомобильных двигателях с жидкостным охлаждением блок цилиндров обычно представляет собой единую отливку с верхней половиной картера и вместе они образуют блок-картер. Подобная монолитная отливка обладает большой жесткостью в плоскостях действия сил инерции, сил давления газов и их моментов. Высокая жесткость блок-картеров обеспечивает минимальные деформации в зонах коренных подшипников, гильз цилиндров и плоскости стыка с головкой цилиндров. Кроме того, в этом случае наружные стенки и внутренние перегородки могут быть сделаны более тонкими, что несколько снижает массу блок-картера и уменьшает расход металла.
В общем случае блок-картер представляет собой сложную пространственную конструкцию коробчатой формы (рис.1), которая воспринимает все силовые нагрузки, возникающие в процессе осуществления рабочего цикла, действующие на остов двигателя.
Блок-картер отливают из легированного чугуна или из алюминиевого сплава с хорошими литейными свойствами. Алюминиевые блоки подвергают искусственному старению для снятия внутренних напряжений в отливке. При переходе от чугунных отливок к алюминиевым значительно (до 60%) может быть снижена масса двигателя. Недостатками применения алюминиевых отливок для блок-картера являются большие температурные деформации, приводящие к изменению геометрической формы опорных поверхностей, и более низкая механическая прочность.
Картеры поршневых двигателей автомобилей делают разъемными и неразъемными. Наибольшее распространение получили разъемные картеры с горизонтальной плоскостью
разъема, параллельной оси коленчатого вала (рис. 2).
Блок-картер горизонтальной перегородкой разделен на две части. В нижней части (рис.3,б) в вертикальных перегородках расположены опоры коленчатого вала, в верхней (рис.3,а) – гильзы цилиндров.
Блок-картер может быть отлит вместе с цилиндрами (рис.4,а) либо иметь вставные сменные гильзы (рис,4,б).
Рисунок 4 – Схемы цилиндров двигателя
При применении сменных гильз упрощается изготовление блок-картера, появляется возможность применения для гильз более износостойких материалов, снижаются трудоемкость и затраты при ремонте двигателя, так как в этом случае при выходе из строя одного цилиндра нет необходимости подвергать ремонту весь блок.
В результате непосредственного контакта внешней поверхности гильзы с охлаждающей жидкостью улучшается теплоотвод, стабилизируется температурный режим поршня и цилиндра, снижается тепловая напряженность и повышается долговечность сопряжения.
В V -образных двигателях, вследствие крепления на одной шатунной шейке двух шатунов, цилиндры правого и левого рядов (по ходу автомобиля) смещены. К примеру, у двигателей ЗМЗ-53-11 левый ряд смещен вперед на 24 мм, у двигателя ЗИЛ-508.10 – на 29 мм, у двигателей КамАЗ-740.10 – на 29,5 мм.
Коренные опоры коленчатого вала являются одними из наиболее нагруженных элементов двигателя. Для обеспечения гарантированного жидкостного трения в подшипниках коленчатого вала важно ограничить деформации элементов данного узла, а также обеспечить соосность опор вдоль двигателя.
При разъемных коренных подшипниках верхняя опорная часть их расположена в перегородке картера, а нижняя выполнена в виде крышки и фиксируется болтами или шпильками. Для уменьшения момента, изгибающего крышку, расстояние от оси шпилек до оси коленчатого вала принимается минимально возможным. Посадка крышки по торцовым плоскостям, выфрезерованным в приливах картера, обеспечивает большую жесткость всему узлу подшипника (рис.5,а). Для повышения прочности и жесткости соединения в некоторых случаях применяют горизонтальные стяжные болты (шпильки), связывающие крышки со стенками картера в единое целое (рис.5,б). От возможных боковых смещений крышки фиксируют в ряде случаев специальными установочным штифтами (рис.5,в) или втулками (рис.5,г).
Рисунок 5 – Крепление крышек коренных подшипников коленчатого вала с использованием фиксирующих элементов:
а – выступов; б – поверхностей и стяжных шпилек; в – штифтов; г – втулок;
1 – основная силовая шпилька; 2 – фиксирующие выступы крышки; 3 – стяжная сквозная шпилька; 4 – фиксирующая поверхность; 5 – стяжной болт; 6 – штифт; 7 — втулка
Болты и гайки крепления крышек коренных подшипников затягивают динамометрическим ключом определенным усилием, а затем крышку совместно с блок-картером протачивают и обрабатывают. Поэтому крышки коренных подшипников не взаимозаменяемы, фиксируются с определенным усилием и только в одном положении. При необходимости их снабжают метками (нумеруют).
Для уменьшения температурных деформаций коренных опор блока из алюминиевого сплава крышки коренных подшипников изготовляют из ковкого чугуна, по обе стороны от гнезда вкладыша имеются шипы, плотно входящие при сборке в соответствующие пазы блока. В результате низкого коэффициента линейного расширения чугунной крышки и жесткой связи ее с блоком температурные изменения диаметра под вкладыши снижаются примерно в 1,5 раза.
Для придания большей жесткости блоку плоскость разъема между блоком и поддоном смещают вниз от оси коленчатого вала (у двигателя КамАЗ-740.10 на 102 мм, у двигателя ЗМЗ-53-11 на 75 мм).
С целью повышения жесткости применяют также неразъемные (цельные) коренные опоры, как например, в двигателе автомобиля ЗАЗ-968М «Запорожец» (рис. 6).
Картеры с неразъемными коренными опорами называют туннельными. Гнезда под коренные опоры в торцовых стенках и поперечных перегородках делают так, чтобы коленчатый вал, предварительно собранный с коренными подшипниками качения, свободно устанавливался в эти гнезда через отверстие в одной из его торцовых стенок.
Рисунок 6 – Туннельный блок-картер
Картеры туннельного типа характерны для автомобильных двигателей воздушного охлаждения. При жидкостном охлаждении туннельные картеры иногда отливают вместе с блоком цилиндра и получают конструкцию повышенной жесткости.