Общее устройство и работа двигателя и его систем

Двигатель

Двигателем называется машина, в которой тот или иной вид энергии преобразуется в механическую работу. Двигатели, в которых- механическая работа создается в результате преобразования тепловой энергии, называются тепловыми. Тепловая энергия получается при сжигании какого-либо топлива. Двигатель, в котором топливо сгорает непосредственно внутри рабочего цилиндра и энергия образующихся при этом газов воспринимается движущимся в цилиндре поршнем, называется поршневым двигателем внутреннего сгорания. Именно такие двигатели в основном и применяются на современных автомобилях и мотоциклах.

Классификация двигателей

По способу осуществления рабочего процесса поршневые двигатели внутреннего сгорания разделяют на следующие основные типы: с внешним смесеобразованием и воспламенением рабочей смеси от электрической искры и с внутренним смесеобразованием и воспламенением смеси от сжатия.

Двигатели с внешним смесеобразованием по роду применяемого топлива делятся на две группы: карбюраторные, работающие на бензине, и газовые, использующие в качестве топлива газ.

В карбюраторных двигателях горючая смесь топлива с воздухом готовится вне рабочего цилиндра с помощью специального прибора — карбюратора; в газовых двигателях смесь газа с воздухом приготовляется в смесителе. Поступающая в цилиндр готовая смесь воспламеняется от электрической искры.



Двигатели с воспламенением от сжатия — дизели работают на дизельном топливе. Рабочая смесь в них готовится внутри цилиндра из воздуха и топлива, подаваемых раздельно. Воспламенение смеси происходит в результате повышения температуры воздуха при сильном его сжатии в цилиндре.

По числу тактов, за время которых осуществляется полный рабочий процесс двигателя, т. е. воспламенение, сгорание смеси и расширение газов со всеми подготовительными операциями, двигатели делятся на двухтактные и четырехтактные. Двигатели, в которых рабочий цикл совершается за четыре хода поршня или за два оборота коленчатого вала, называются четырехтактными. Автомобильные двигатели в основном являются четырехтактными. Двигатели, в которых рабочий цикл совершается за два хода поршня или за один оборот коленчатого вала, называются двухтактными. На мотоциклах устанавливаются главным образом двухтактные двигатели.

Кроме поршневых двигателей внутреннего сгорания, в последние годы на автомобилях начинают применять роторные и газотурбинные двигатели, значительно отличающиеся по рабочему процессу и конструкции от поршневых.

Основные механизмы и системы двигателя

Карбюраторный и газовый четырехтактные поршневые двигатели имеют следующие механизмы и системы: кривошипношатунный механизм; механизм газораспределения; системы охлаждения, смазки, питания и зажигания.

Кривошипно-шатунный механизм служит для преобразования возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение коленчатого вала.

Механизм газораспределения предназначен для своевременного впуска в цилиндр горючей смеси и выпуска отработавших газов.



Система охлаждения служит для отвода тепла от стенок цилиндра- и его головки, сильно нагревающихся от горячих газов при работе двигателя, и поддержания нормального теплового режима двигателя.

Система смазки предназначена для подачи масла к трущимся поверхностям для уменьшения трения и удаления продуктов износа трущихся деталей; она обеспечивает долговечность и высокую износостойкость двигателя.

Система питания служит для приготовления горючей смеси, которая подается внутрь цилиндра. Горючая смесь готовится в карбюраторе или смесителе, укрепленном на впускном трубопроводе.

Система зажигания предназначена для воспламенения смеси, находящейся в цилиндре двигателя. Воспламенение осуществляется электрическим искровым разрядом с помощью свечи зажигания. Необходимый для этого электрический ток вырабатывается приборами, входящими в систему зажигания.

В дизеле нет системы зажигания, а система питания имеет другое устройство и принцип действия.

Двухтактные двигатели имеют те же основные механизмы и системы, что и четырехтактные, но отличаются устройством и работой механизма газораспределения.

Принцип действия поршневого двигателя внутреннего сгорания

Автомобильные поршневые двигатели выполняются многоцилиндровыми, мотоциклетные — в основном одно-, двухцилиндровыми. Схема четырехтактного одноцилиндрового двигателя показана на рис. 2. Цилиндр 5, закрытый сверху головкой 7, закреплен на картере 4. К картеру присоединен поддон 1, в котором находится масло. В цилиндре перемещается поршень 6, соединенный пальцем 12 с верхней головкой шатуна 13. Поршень в цилиндре уплотнен кольцами 11. Нижняя головка шатуна соединена с шатунной шейкой коленчатого вала 3. Коленчатый вал имеет две коренные шейки, опирающиеся на подшипники 2, расположенные в картере. Шатунная шейка, вала соединена с коренными — кривошипами. К фланцу коленчатого вала прикреплен маховик 14. В головке 7 размещены клапаны 8 и 10, служащие для впуска горючей смеси (в карбюраторном двигателе) или воздуха (в дизеле) и выпуска отработавших газов. Воспламенение рабочей смеси в карбюраторном двигателе осуществляется с помощью свечи 9. В двигателях с воспламенением от сжатия в головке установлена форсунка, через которую в цилиндр впрыскивается топливо.





Сгорание рабочей смеси в цилиндре сопровождается значительным повышением температуры и давления газов. Давление газов, воспринимаемое поршнем, можно представить в виде сосредоточенной силы К. Разложим эту силу на две составляющие, одна из которых Q действует вдоль шатуна, а другая N прижимает поршень к стенке цилиндра. Сила N вызывает износ цилиндра и боковой поверхности поршня. Составляющая Q также может быть разложена на две силы Т и С. Сила С воспринимается опорами вала, а сила Т, приложенная на радиусе r, создает крутящий момент двигателя.

Под воздействием давления газов поршень перемещается в цилиндре вниз и посредством шатуна вращает коленчатый вал, совершая при этом полезную работу. При обратном ходе поршня вверх отработавшие газы удаляются из цилиндра через выпускной клапан.

Рассмотренный процесс непрерывно повторяется, чем обеспечивается работа двигателя и получение на коленчатом вале необходимого для движения автомобиля или мотоцикла момента.



Изменение направления движения поршня происходит в нижней и верхней мертвых точках. Положение поршня, при котором он максимально удален от оси коленчатого вала, называется верхней мертвой точкой (ВМТ). Положение поршня, при котором это расстояние достигает минимума, называется нижней мертвой точкой (НМТ). Расстояние между указанными точками называется ходом поршня. Каждому ходу поршня соответствует поворот коленчатого вала на 180°. Объем, освобождаемый в цилиндре при перемещении поршня от ВМТ до НМТ, называется рабочим объемом цилиндра. Сумма рабочих объемов всех цилиндров (обычно выраженная в литрах) называется рабочим объемом или литражом двигателя.

Камерой сгорания называется пространство в цилиндре над поршнем при положении его в ВМТ. Полным объемом цилиндра называется сумма его рабочего объема и объема камеры сгорания. Степенью сжатия называется отношение полного объема цилиндра к объему камеры сгорания. Степень сжатия показывает, во сколько раз уменьшается объем рабочей смеси, поступившей в цилиндр, при ее сжатии.

Рабочий цикл четырехтактного и двухтактного карбюраторных двигателей

Ряд последовательных процессов, периодически повторяющихся в каждом цилиндре двигателя и обусловливающих превращение тепловой энергии в механическую работу, называется циклом. Большинство автомобильных двигателей работает по четырехтактному циклу, при котором процессы, происходящие в цилиндре, последовательно повторяются через каждые четыре хода поршня или два оборота коленчатого вала. Цикл состоит из пяти рабочих процессов: впуска, сжатия, горения, расширения и выпуска. Эти пять процессов составляют четыре такта: впуск, сжатие, рабочий ход и выпуск. Таким образом, рабочий ход состоит из двух рабочих процессов: горения и расширения.



Впуск (рис. 3, а) — это процесс заполнения цилиндра двигателя горючей смесью. Поршень при этом движется от ВМТ к НМТ, объем над поршнем увеличивается, через открытый впускной клапан цилиндр заполняется горючей смесью. Давление в конце впуска меньше атмосферного (0,07...0,08 МПа). Соприкасаясь с нагретыми частями двигателя и продуктами сгорания, горючая смесь нагревается, в конце впуска ее температура достигает 70...130°C. Сжатие (рис. 3, б) — процесс уменьшения объема рабочей смеси в цилиндре, в результате которого смесь быстрее и полнее сгорает, улучшается топливная экономичность и повышается мощность двигателя. Поршень движется от НМТ к ВМТ при закрытых клапанах и сжимает рабочую смесь. К концу сжатия давление в цилиндре возрастает до 0,7...1,2 МПа, а температура — до 400...450°C. Чем больше степень сжатия, тем выше давление и температура в конце сжатия.



Горение — превращение химической энергии топлива в тепловую., В результате сгорания топлива значительно повышаются давление (до 2,5...2,9 МПа) и температура (до 2000...2200°C) газов в цилиндре двигателя. В карбюраторном двигателе смесь воспламеняется от электрической искры, проскакивающей между электродами свечи зажигания.



Расширение — процесс увеличения объема продуктов сгорания в цилиндре двигателя. При этом тепловая энергия, выделившаяся при сгорании рабочей смеси, превращается в механическую работу. При расширении (рис. 3, в) поршень движется от ВМТ к НМТ, объем над поршнем возрастает, температура и давление газов, падают. В конце расширения давление газов снижается до 0,3...0,5 МПа, а температура — до 900...1200°C.

Выпуск (рис. 3, а) — процесс удаления продуктов сгорания (отработавших газов) из цилиндра двигателя. Поршень при этом движется от НМТ к ВМТ, выпускной клапан открыт, и газы с большой скоростью выталкиваются из цилиндра. Давление газов в конце выпуска составляет 0,10...0,11 МПа, а температура — 350...500°C. Избыточное (по сравнению с атмосферным) давление отработавших газов объясняется наличием сопротивлений, которые оказывают им выпускной клапан, трубопроводы и глушитель шума выпуска.

Таким образом, в четырёхтактном двигателе полезная работа совершается только в течение одного такта — рабочего хода. Остальные три такта являются подготовительными и совершаются за счет кинетической энергии маховика, вращающегося по инерции в промежутках между рабочими ходами. Если двигатель имеет несколько цилиндров, работающих в определенном порядке, то подготовительные такты в одних цилиндрах совершаются за счет полезной работы, развиваемой при рабочих ходах в других цилиндрах.

Как уже отмечалось, большинство мотоциклетных двигателей является двухтактными. Рабочий цикл в двухтактном двигателе совершается за один оборот коленчатого вала или за два хода поршня, до время которых происходит впуск в картер горючей смеси, предварительное ее сжатие, продувка цилиндра, сжатие смеси в цилиндре, рабочий ход и выпуск. Картер такого двигателя изготовляют герметичным. Поршень выполняет также роль распределительного органа, перекрывая впускные, продувочные и выпускные окна цилиндра. Рабочий цикл в двухтактном двигателе осуществляется следующим образом. Первый такт — впуск, сжатие (рис. 4, а, б). Поршень движется от НМТ к ВМТ. В этот момент в кривошипной камере образуется разрежение, и горючая смесь из карбюратора (после того как поршень откроет впускное окно) устремляется в нее. Двигаясь далее, поршень закрывает продувочное окно. Над поршнем происходит сжатие рабочей смеси, .ранее поступившей в камеру сгорания. Когда поршень приближается к ВМТ, смесь воспламеняется электрической искрой, проскакивающей между электродами свечи зажигания. Второй такт — рабочий ход, предварительное сжатие, выпуск, продувка (рис. 4, в, г). При сгорании смеси давление газов в цилиндре резко возрастает, достигая 2,5...2,9 МПа. Поршень под воздействием давления газов движется от ВМТ к НМТ — происходит рабочий ход. Усилие от поршня через шатун передается на коленчатый вал, заставляя его вращаться. После того как поршень закроет впускное окно, рабочая смесь в кривошипной камере начнет сжиматься. При дальнейшем движении поршня вниз открывается выпускное окно — начинается очистка цилиндра от продуктов сгорания. Затем поршень открывает продувочное окно, и происходит продувка, при этом предварительно сжатая в кривошипной камере горючая смесь по продувочному каналу поступает в цилиндр, выталкивая из него оставшиеся отработавшие газы.. Продувка продолжается до тех пор, пока продувочное и выпускное окна не закроются. Таким образом, из двух ходов поршня один является рабочим.





При рядном расположении двух цилиндров на один оборот коленчатого вала приходится два рабочих такта, т. е. если в одном цилиндре осуществляется рабочий ход, то в другом — продувка и сжатие, и наоборот. Такое чередование тактов обеспечивает плавность работы двигателя.

Основными показателями, характеризующими двигатель внутреннего сгорания, являются: мощность, крутящий момент, частота вращения коленчатого вала и расход топлива.

Мощностью называется работа, произведенная в одну секунду. Она измеряется в киловаттах (кВт). Различают индикаторную и эффективную мощности. Индикаторная мощность — мощность, развиваемая газами внутри цилиндров двигателя. Мощность, снимаемая с коленчатого вала двигателя, называется эффективной. Она меньше индикаторной на величину механических потерь в двигателе (потери на трение, на привод агрегатов и механизмов). Величина этих потерь оценивается механическим коэффициентом полезного действия (КПД), представляющим собой отношение эффективной мощности двигателя к индикаторной. Для современных двигателей он равен 0,85...0,90.

Крутящий момент двигателя измеряется в ньютон-метрах (Н·м.) и представляет собой произведение силы, вращающей коленчатый вал, на радиус его кривошипа.

Топливная экономичность двигателя оценивается удельным расходом топлива — отношением часового расхода топлива к эффективной мощности. Удельный расход топлива измеряется в граммах на киловатт в час (г/кВт·ч).

Все основные показатели приводятся в технической характеристике двигателя.

Порядок работы многоцилиндрового двигателя

Из характеристики тактов рабочего цикла четырехтактного двигателя следует, что для равномерного вращения коленчатого вала и плавной работы многоцилиндрового двигателя нужно установить такую'последовательность чередования тактов, чтобы рабочие ходы в отдельных цилиндрах чередовались через равные углы поворота коленчатого вала. Такая последовательность чередования тактов называется порядком работы двигателя. Порядок работы зависит от количества и расположения цилиндров, конструктивной схемы двигателя и взаимного расположения кривошипов коленчатого вала. Порядок работы обычно указывается в технической характеристике двигателя.

Крепление двигателя

Двигатель со всеми механизмами крепится на раме автомобиля. Подвеска двигателя сделана упругой, чтобы перекосы рамы, возникающие при движении, не нарушали крепление двигателя. При упругой подвеске двигатель может иметь некоторые колебания, особенно заметные при неустойчивой его работе (с малой частотой вращения вала). Поэтому соединения с двигателем различных трубопроводов и тяг выполнены так, чтобы не нарушать работу двигателя при его колебаниях.

К примеру, силовой агрегат автомобиля «Москвич» (двигатель со сцеплением и коробкой передач) крепится в трех точках. Передние две точки расположены в поперечной плоскости двигателя, которая проходит примерно через центр масс, третья точка размещена под передней частью удлинителя картера коробки передач. При таком расположении опор две передние несут основную нагрузку, задняя в основном воспринимает реакции от динамических усилий, возникающих при разгоне или торможении автомобиля. Соединение силового агрегата с автомобилем через эластичные резиновые подушки снижает передачу вибраций (шумов) на кузов, улучшая тем самым эксплуатационную комфортабельность.

Кривошипно-шатунный механизм

Кривошипно-шатунный механизм состоит из двух групп деталей: неподвижных и подвижных. К неподвижным деталям относятся: блок цилиндров 1 (рис. 5), головки 4 блока цилиндров, гильзы 12 цилиндров, крышка 2 распределительных шестерен и картер маховика. К подвижным — поршни 14 (рис. 6) с кольцами и пальцами б, шатуны 8, коленчатый вал 23 и маховик 15. Наибольшее распространение получили следующие схемы кривошипно-шатунных механизмов автомобильных двигателей: однорядные с вертикальным, наклонным и горизонтальным расположением цилиндров, двухрядные с углом развала между цилиндрами 90 и 180°. Однорядный двигатель автомобиля «Москвич» установлен наклонно к вертикали под углом 20°, что позволило уменьшить его высоту и более рационально расположить впускной трубопровод и другое оборудование.



Цилиндры современных многоцилиндровых двигателей выполнены, как правило, в общем блоке с верхней частью картера. Блок цилиндров двигателя автомобилей ВАЗ отлит из специального высокопрочного низколегированного чугуна вместе с цилиндрами. На автомобилях «Москвич» блок цилиндров двигателя изготовлен из алюминиевого сплава. Для увеличения жесткости конструкции в зонах опор коренных подшипников имеются оребренные перегородки. Пространство между наружной поверхностью цилиндров и внутренней Поверхностью стенок блока образует рубашку, заполняемую охлаждающей жидкостью. Снизу блок цилиндров закрыт стальным штампованным поддоном, в котором находится необходимый запас масла.

Для повышения износостойкости цилиндров, упрощения ремонта и сборки в блок многих двигателей запрессовывают гильзы из серого чугуна. В верхней части гильза уплотняется прокладкой головки блока. Внутренняя поверхность гильзы, называемая зеркалом, тщательно обрабатывается. В блоке цилиндров предусмотрены постели для коренных подшипников коленчатого вала, подшипников распределительного вала и места для крепления различных агрегатов и приборов.

Головка блока закрывает цилиндры сверху. В ней полностью или частично размещается камера сгорания (в некоторых двигателях значительная часть камеры сгорания расположена в поршне). Для уплотнения стыка между головкой и блоком цилиндров устанавливают прокладку (чаще медно-асбестовую). Камеры сгорания имеют различную форму, обеспечивающую эффективное протеканиё рабочего процесса. Головки блока многих двигателей отливают из алюминиевого сплава, обеспечивающего интенсивный отвод тепла. В общей для нескольких (или всех) цилиндров головке 4 (см. рис. 5) расположены камеры сгорания 7, в которые вставлены изготовленные из специального чугуна седла 11 клапанов. Кроме того, в головке выполнены резьбовые отверстия для установки свечей зажигания, имеются впускные каналы 6 и 8 для поступления горючей смеси, а также входные 10 и выходные 5, 9 отверстия для охлаждающей жидкости. Головка крепится к блоку шпильками, прижимая каждую гильзу 12 цилиндра к специальным выточкам в блоке. Сверху головка блока закрывается штампованной крышкой. Между крышкой и головкой устанавливают прокладку из маслостойкой резины.

Для обеспечения надежного охлаждения при возросших мощностях двигателей мотоциклов цилиндры делают «слоеными»: гильза отливается из высокопрочного износостойкого чугуна, а рубашка — из алюминия. В двухтактных двигателях цилиндр является и одним из элементов механизма газораспределения, он имеет сложную конструкцию с системой окон и каналов.

Поршни воспринимают при рабочем ходе значительные давления расширяющихся газов и передают большие усилия через поршневые пальцы на шатуны. Для уменьшения сил инерции, действующих на поршни вследствие непрерывно изменяющейся скорости движения, их массы должны быть как можно меньшими. Для удовлетворения этим противоречивым требованиям поршням придается рациональная форма. Выполнены они, как правило, из алюминиевого сплава. Поршни подвергаются воздействию высоких температур, соприкасаясь с горячими газами. Поэтому для отвода тепла они имеют внутренние охлаждающие ребра, одновременно повышающие их прочность. Днище поршня может быть плоским, выпуклым, вогнутым или фигурным в соответствии с формой камеры сгорания.

В головке поршня имеются канавки для поршневых колец. В средней части поршня расположены приливы — бобышки с отверстиями для установки поршневого пальца. Из-за большего нагрева головки ее диаметр делают несколько меньше диаметра юбки поршня. Чтобы исключить заклинивание поршня при нагреве, юбке придают овальную форму, в этом случае при рабочей температуре поршень приобретает цилиндрическую форму. Юбка поршня может иметь П- или Т-образную прорезь, которая придает ей пружинящие свойства и обеспечивает работу непрогретого двигателя без стуков. Для улучшения приработки к гильзе цилиндра и предохранения от задиров боковую поверхность поршня покрывают тонким слоем олова.

Поршневые кольца предназначены для предотвращения прорыва газов между поршнем и стенкой цилиндра (компрессионные кольца), а также, для удаления лишнего масла со стенок цилиндра, препятствуя проникновению его в камеру сгорания (маслосъемные кольца). Оба типа колец устанавливают на каждом поршне. Кроме того, поршневые кольца отводят тепло от головки поршня к стенкам цилиндра. Поршневые кольца изготовляют из специального чугуна или стали. Вследствие упругости кольца плотно прилегают к стенкам цилиндра. Между разрезанными концами колец (замками) сохраняется зазор до 0,5 мм. Рабочая поверхность верхнего кольца, работающего в наиболее тяжелых условиях, может покрываться слоем пористого хрома, остальные кольца для улучшения приработки покрывают слоем олова.

Поршневые пальцы служат для шарнирного соединения поршня с верхней головкой шатуна. Пальцы — полые, стальные. Чтобы при работе пальцы не выходили из бобышек и не могли повредить зеркало цилиндра, их фиксируют от осевого смещения чаще всего с помощью пружинных колец.

Шатун соединяет поршень с кривошипом коленчатого вала, передает на коленчатый вал силу от давления газов во время такта рабочего хода, а при других тактах приводит поршень в движение. Шатун 8 (рис. 6) состоит из верхней головки 7, которая соединена пальцем 6 с поршнем 14, стержня и нижней головки 10. Для увеличения прочности стержень шатуна обычно имеет двутавровое сечение. Нижнюю головку делают обычно разъемной. Съемная половина нижней головки, называемая крышкой 11 шатуна, присоединена к шатуну болтами 9. В верхнюю неразъемную головку у многих двигателей установлена бронзовая втулка. В нижнюю, разъемную, головку вставлены вкладыши 4, которые могут быть сталеалюминиевые (ВАЗ), сталебронзовые (МеМЗ, «Москвич»), сталебаббитовые (ГАЗ-24).



Коленчатый вал 23 воспринимает усилия от шатунов и передает создаваемый крутящий момент на трансмиссию автомобиля. От коленчатого вала приводятся различные механизмы и агрегаты двигателя (механизм газораспределения, масляный насос и др.). Коленчатые валы изготовляют ковкой из легированных сталей или литьем из высококачественных чугунов. Основными частями коленчатого вала являются: коренные шейки 12, 16, 18, 21, с помощью которых вал установлен в подшипниках (коренных опорах) картера двигателя; шатунные шейки 3, 13, к которым присоединяются нижние головки шатунов; щеки, соединяющие шатунные и коренные шейки и образующие кривошипы 19 вала; противовесы 20, служащие для разгрузки подшипников от центробежных сил неуравновешенных масс; передняя часть вала, на которой крепятся ведущая шестерня 22 привода механизма газораспределения, шкив 24 ременной передачи и храповик 1 для проворачивания вала вручную; задняя часть 17 вала, заканчивающаяся фланцем для крепления маховика 15. Маховик уменьшает неравномерность вращения коленчатого вала, накапливает энергию во время такта рабочего хода, необходимую для вращения вала в течение подготовительных тактов, и выводит детали кривошипно-шатунного механизма из мертвых точек. Энергия, накопленная маховиком, облегчает пуск двигателя и обеспечивает плавное трогание автомобиля с места. Маховик обычно отливают из чугуна. На обод маховика напрессовывают зубчатый венец, предназначенный для пуска двигателя электрическим стартером.

Все основные детали кривошипно-шатунного механизма двигателей мотоциклов (цилиндры, поршни с кольцами, поршневые пальцы, шатуны, коленчатый вал и др.) имеют то же назначение и аналогичное устройство, что и в автомобильных двигателях.

Картер двигателя мотоцикла — основание, на котором крепят все основные детали,— изготовлен из алюминиевого сплава. Внутренняя полость картера, в которой размещаются коленчатый вал и шатун, называется кривошипной камерой. Кривошипная камера четырехтактного двигателя сообщается с атмосферой. В двухтактном двигателе кривошипная камера герметична, поскольку является своего рода насосом, где происходит предварительное сжатие горючей смеси и откуда затем смесь поступает в надпоршневое пространство. Двухтактные двигатели имеют общий картер с коробкой передач и сцеплением. У четырехтактных двигателей в передней части картера находится коробка распределительных шестерен, а в верхней части — распределительный вал. Снизу картер закрыт штампованной крышкой — поддоном.

Неисправности кривошипно-шатунного механизма

Основными неисправностями кривошипно-шатунного механизма являются износы коренных и шатунных подшипников коленчатого вала, шеек вала, поршневых пальцев и отверстий для них в бобышках поршней, поршней и гильз цилиндров, поломка поршневых колец или потеря ими подвижности, ослабление креплений.

Внешними признаками этих неисправностей являются: снижение мощности двигателя, появление посторонних шумов и стуков, повышенный расход топлива и масла, увеличенная дымность отработавших газов.

По характеру шумов и стуков очень часто можно определить место и причину неисправности.

Стук коленчатого вала — металлического глухого тона. Частота его зависит от частоты вращения коленчатого вала. Если осевое перемещение коленчатого вала значительно больше нормы, стук приобретает резкий тон с неравномерными промежутками, особенно заметными при плавном увеличении или снижении частоты вращения вала. Основными причинами стуков коленчатого вала являются: слишком раннее зажигание; применение масла, которое по своему качеству не соответствует рекомендованному заводом; недостаточное давление масла, что обычно связано с неисправностью масляного насоса, редукционного клапана или засорением каналов системы смазки.

Существует еще целый ряд причин, способных вызвать стук коленчатого вала: увеличенный зазор между шейками и вкладышами коренных подшипников, несоосность или овальность коренных шеек, ослабление крепления маховика на коленчатом валу и др.

Стук шатунных подшипников более резкий, чем коренных. Он прослушивается на холостом ходу и зависит от частоты вращения коленчатого вала. Чтобы определить, какой подшипник неисправен, нужно по очереди выключать один из цилиндров, снимая провод высокого напряжения со свечи зажигания. Причины, вызывающие стук шатунных подшипников, аналогичны тем, что изложены выше.

Стук поршневых пальцев — металлический резкий. Иногда его путают со стуками, вызываемыми детонацией в цилиндрах двигателя, однако природа у них разная. Стук поршневых пальцев в отличие от детонации лучше прослушивается на холостом ходу. В результате интенсивного износа пальца или головки шатуна увеличиваются зазоры, что и порождает стук.

Сильные металлические стуки, сопровождающиеся значительным снижением давления масла, указывают на выплавление вкладышей коренных или шатунных подшипников.

Увеличенная дымность отработавших газов, повышенный расход масла или топлива являются следствием износа поршней и цилиндров, износа или поломки поршневых колец, потери ими подвижности в канавках поршней.

Снижение мощности двигателя наблюдается при наличии неисправностей, вызывающих снижение компрессии (давления в конце такта сжатия) в его цилиндрах. К таким неисправностям относятся: повышенный износ поршней и гильз цилиндров, поломка или пригорание поршневых колец, потеря ими упругости, слабая или неравномерная затяжка болтов (гаек) крепления головок блока цилиндров, повреждение прокладки.

Механизм газораспределения

Механизм газораспределения служит для впуска в цилиндры горючей смеси и выпуска отработавших газов в соответствии с протеканием рабочего процесса в каждом цилиндре двигателя. Клапанные механизмы газораспределения, получившие преимущественное распространение на поршневых двигателях, в зависимости от размещения клапанов относительно цилиндров разделяются на механизмы с нижним и верхним расположением клапанов. Наибольшее распространение на современных двигателях получили механизмы с верхним расположением клапанов. Клапаны, перекрывающие впускные отверстия, называются впускными1, клапаны, перекрывающие выпускные отверстия,— выпускными. На большинстве двигателей в каждом цилиндре имеется по одному впускному и одному выпускному клапану.

В двухтактных двигателях мотоциклов применяется бесклапанное газораспределение, при котором впуск смеси в цилиндр и выпуск отработавших газов осуществляются перекрытием соответствующих окон поршнем.

В механизме газораспределения с верхним расположением клапанов клапан 5 (рис. 7, б) находится над цилиндром. Он состоит из тарелки и стержня. На тарелке выполнен конусный поясок, который при закрытом клапане плотно прижат пружиной к седлу 6, имеющему также конусную поверхность. Когда вращающийся кулачок 9 (рис. 7, а) приподнимает толкатель 8, регулировочный болт 4 упирается в стержень клапана, клапан отходит от седла и сообщает цилиндр с впускным или выпускным каналом. Кулачок распределительного вала приводится во вращение от коленчатого вала 17 шестернями 1 и 2. Так как в течение одного рабочего цикла в четырехтактном двигателе за два оборота коленчатого вала необходимо открыть каждый клапан один раз, то передаточное число привода равно 2:1. Когда выступ кулачка сходит с толкателя, пружина 7 плотно прижимает клапан к седлу, обеспечивая тем самым герметичность внутренней полости цилиндра. Каждый клапан поднимается своим кулачком. Клапанам приходится работать в условиях высоких температур. Поэтому для обеспечения плотной посадки клапана на седло необходимо, чтобы на прогретом двигателе в деталях привода был небольшой зазор. Для изменения этого зазора, называемого тепловым, в механизмах газораспределения имеются регулировочные устройства.



Моменты открытия и закрытия впускных и выпускных клапанов, выраженные в градусах поворота коленчатого вала относительно мертвых точек, называются фазами газораспределения. Время, в течение которого цилиндры заполняются горючей смесью и очищаются от отработавших газов, у современных автомобильных двигателей очень мало (около 0,005 с). Чтобы улучшить наполнение цилиндров и их очистку, время впуска и выпуска стремятся увеличить. Поэтому продолжительность фаз впуска и выпуска делают более 180°, при этом моменты открытия и закрытия клапанов не совпадают с положениями поршня в ВМТ и НМТ. Впускной клапан обычно начинает открываться за 10...30° до момента достижения поршнем ВМТ. Закрывается впускной клапан после 40...70° с момента прихода поршня в НМТ. Таким образом, фаза впуска у современных автомобильных двигателей в среднем составляет 230...280°. Примерно такая же продолжительность фазы выпуска. Фазы газораспределения изображаются круговой диаграммой, называемой диаграммой фаз газораспределения (рис. 8).



Впускные и выпускные клапаны обычно отличаются размерами головок, их изготовляют из различных сталей. У впускных клапанов для лучшего наполнения цилиндров размеры головок больше, чем у выпускных. Выпускные клапаны, работающие в более напряженных температурных условиях, выполняют из жаропрочных сталей.

Распределительный вал куют из стали или отливают из специального чугуна. Опорные шейки вала вращаются в стальных, залитых антифрикционным сплавом втулках. Привод распределительного вала чаще всего выполняют шестеренным или цепным. При шестеренном приводе на конце распределительного вала устанавливают шестерню, связанную с ведущей шестерней коленчатого вала. Цепной привод по сравнению с шестеренным создает при работе значительно меньший шум. На двигателях автомобилей ВАЗ распределительный вал установлен в специальном корпусе на головке блока цилиндров. На переднем конце.вала закреплена ведомая звездочка 1 (рис. 9), соединенная двухрядной цепью 2 (на двигателе ВАЗ-2105 — зубчатым ремнем) с,ведущей звездочкой 3 коленчатого вала.



Толкатели (см. рис. 7, б) передают движение от Кулачков распределительного вала штангам. В гнездах блока толкатели движутся возвратно-поступательно. Штанги, изготавливаемые из стали или алюминиевого сплава, передают усилия от толкателей к коромыслам. Коромысла представляют собой двуплечие рычаги, качающиеся на осях. Плечо коромысла, обращенное к штанге, имеет болт 4 с контргайкой для регулировки теплового зазора, который постепенно изменяется вследствие износа деталей и ослабления креплений. При недостаточном зазоре возможна неполная посадка клапана на седло. При этом двигатель перегревается, его мощность снижается. При увеличенном зазоре уменьшается период открытия клапана и также снижается мощность двигателя. Поэтому тепловые зазоры периодически проверяют и регулируют.

Все основные детали механизма газораспределения двигателя мотоцикла (клапан, коромысло, штанга, толкатель, распределительный, вал и др.) имеют то же назначение и аналогичное устройство, что и в автомобильном двигателе.

Неисправности механизма газораспределения. Основными неисправностями механизма газораспределения являются: увеличение или уменьшение тепловых зазоров и неполное закрытие клапанов.

Увеличение теплового зазора сопровождается металлическим стуком, который хорошо прослушивается при низкой частоте вращения коленчатого вала двигателя, работающего без нагрузки. При этом происходит повышенный износ торцов стержней клапанов и снижение мощности двигателя из-за неполного открытия клапанов. При недостаточном тепловом зазоре или его отсутствии могут обгорать рабочие кромки тарелок клапанов и снижаться давление в конце такта сжатия (компрессия).

Признаками неполного закрытия клапанов являются периодические «хлопки» во впускном или выпускном трубопроводах, уменьшение компрессии и мощности двигателя. Причинами этой неисправности могут быть: отложение нагара на седлах и тарелках клапанов, образование раковин на рабочих поверхностях клапанов и седел или их обгорание, поломка клапанных пружин, отсутствие теплового зазора.

К неисправностям механизма газораспределения относится также повышенный износ толкателей, штанг и коромысел.

Основные неисправности механизма газораспределения двухтактного двигателя мотоцикла: проникновение наружного воздуха в кривошипную камеру из-за нарушения герметичности картера, увеличение сопротивления выпускного тракта в результате отложения нагара на выпускных окнах цилиндров, в выхлопной трубе и глушителе.