Детали двигателя

Конструкция одноцилиндрового двухтактного двигателя подвесного мотора представляет собой картер, состоящий из двух половин (верхней и нижней), на котором болтами или шпильками крепится цилиндр со съемной головкой. В цилиндре движется поршень. Шатун, соединенный при помощи поршневого пальца с поршнем, соединяется своей нижней головкой с цапфой кривошипа коленчатого вала, которому и передает все усилие газов, давящих на поршень. Вал вращается на своих коренных шейках в подшипниках картера, последние герметически уплотнены резиновыми или войлочными сальниками, не пропускающими воздух из атмосферы внутрь картера, а горючую смесь из картера наружу.

 

Двигатель снабжается рядом вспомогательных деталей и агрегатов (пусковой шкив, маховик, карбюратор, магнето, свечи).

 

Одноцилиндровые двигатели редко изготовляются по литражу более 250 см3, а потому их мощность обычно не превосходит 6—8 л. с. Более мощные двигатели изготовляются двухцилиндровыми или четырехцилиндровыми.

 

 

Изобретение бензинового мотора, произошло благодаря случайности, когда в 1799 году французом Ф. Лебоном был открыт светильный газ – смесь водорода, окиси углерода, метана и некоторых других горючих газов. Светильный газ использовался для осветительных приборов, заменивших в то время свечи. Изучая свойства найденного газа, инженер заметил, что его смесь с воздухом взрывается, выделяя большое количество энергии, которую можно использовать в интересах человека. И в 1801 году Лебон запатентовал первый газовый двигатель, состоящий из двух компрессоров и камеры сгорания. Этот газовый двигатель Лебона стал примитивным прототипом современного ДВС.

 

В 1804 году Лебон трагически погиб и развитие технологии внутреннего загорания на некоторое время приостановилось, пока бельгиец Жан Этьен Ленуар не догадался использовать принцип электрического зажигания для воспламенения смести в газовом двигателе. Ленуару удалось создать работающий двигатель внутреннего сгорания, который он запатентовал в 1859 году. Выпустив несколько сотен своих моторов, он заработал довольно приличную сумму денег и прекратил дальнейшее усовершенствование своего изобретения.

 

В 1864 году немецкий инженер Август Отто получил патент на собственную модель газового двигателя, КПД которого достигал 15-ти процентов, то есть был не только эффективнее двигателя Ленуара, но и эффективнее любого парового агрегата, существовавшего в то время.

 

Совместно с промышленником Лангеном, Отто создал фирму «Отто и Компания», в планы которой входило производство новых моторов, которых было выпущено около 5 000 экземпляров. В 1877 году Отто запатентовал четырехтактный двигатель внутреннего сгорания, однако, как оказалось, четырехтактный цикл был изобретен еще за несколько лет до этой даты французом Бо де Рошем. Судебная тяжба между этими инженерами закончилась поражением Отто, в результате чего его монопольные права на четырёхтактный цикл были отозваны. Тем не менее, конструкция двигателя Отто во многом превосходила французский аналог, что и предопределило его успех – к 1897 году было выпущено уже 42 000 таких моторов различной мощности.

 

В 1872 году американец Брайтон разработал так называемый «испарительный» карбюратор. Однако его конструкция была настолько несовершенной, что он оставил свои попытки.

 

Лишь через десять лет после изобретения Брайтона был создан работоспособный двигатель внутреннего сгорания, работающий на бензине. Готлиб Даймлер, талантливый немецкий инженер, работавший на фирме Отто, еще в начале 80-х годов 19-го века предложил начальнику разработанный им самим проект бензинового мотора, который можно было бы использовать на дорожном транспорте, однако Отто отверг его начинания.

 

Даймлер и его друг Вильгельм Майбах уволились из «Отто и Компания» и организовали собственное дело. Первый бензиновый двигатель Даймлера-Майбаха появился в 1883 году. Зажигание в цилиндре происходило от полой раскаленной трубочки, но в целом конструкция мотора оставляла желать лучшего именно из-за неудовлетворительного зажигания, а так же процесса испарения бензина.

 

Первые карбюраторные моторы имели всего один цилиндр. Рост мощности достигался за счет увеличения объема цилиндра, однако уже к концу столетия начали появиться двухцилиндровые двигатели, а с началом 20-го века все большее распространение начали получать моторы с четырьмя цилиндрами.

 

В 1892 г. Рудольф Кристиан Карл Дизель запатентовал двигатель, работающий по новому принципу. Топливная смесь в нем загоралась от сжатия в цилиндре. В 1897 г. сделан первый работоспособный образец этого двигателя. Первоначально топливом в этих двигателях использовали растительные масла или лёгкие продукты переработки нефти. Дизельные двигатели нашли применения в промышленности и на транспорте.

 

 

Контрукционные особенности современного ДВС

 

Поршневые ДВС с клапанным ГРМ устанавливается на большинство современных легковых автомобилей, что обуславливает спрос на ремонт и продажу запасных частей. Силовой агрегат состоит из:

 

- ГРМ (газораспределительный механизм)

- ГБЦ (головка блоков цилиндров) и сам блок

- криво-шатунный механизм (КШМ)

 

При этом, в обслуживании ГРМ проверку и выявление неисправностей осуществляют в клапанной группе, с распределительным валом и приводом распределительного вала (ременным, зубчатым, цепным или комбинированным).

 

При ремонте КШМ внимание уделяется коленвалу, маховику, вкладышам, шатуну, цилиндро-поршневой группе (в которую входит: поршень, поршневые кольца, гильзы и блок цилиндров).

 

 

Картер. Картер двухтактного двигателя с кривошипно-камерной продувкой служит основанием для цилиндра и кожухом, предохраняющим двигатель от попадания внутрь пыли и грязи. Картер также выполняет роль насоса для продувки и наполнения цилиндра. Для этого используется его внутрен­няя полость — кривошипная камера. На картере размещают­ся цилиндры и ряд обслуживающих двигатель агрегатов: привод магнето, топливный бак и др., а внутри на подшип­никах вращается коленчатый вал.

 

Картер двигателя состоит из двух скрепляющихся между собой болтами половин: верхней и нижней. Для легкости он чаще всего отливается из алюминиевого сплава с 6— 8-процентным содержанием меди.

 

Картер должен иметь по возможности наименьший внутренний объем, чтобы можно было получить в нем смесь достаточного для продувки и наполнения цилиндра давления. Внутри картера на двух шариковых подшипниках вращается составной коленчатый вал.Зазоры между щеками коленчатого вала и стенками выполняются минимально возможными, для чего картер приходится обрабатывать изнутри.

 

Коленвал - ключевая деталь КШМ, служит для превращения возвратно-поступательной энергии поршней во вращательную энергию - крутящий момент и передачи её посредством привода ГРМ на целый ряд узлов.

 

 

Коленвалы изготоваливаются из стали и чугуна, бывают литые или кованые. Состоят из нескольких элементов - шеек (коренных и шатунных), щек, хвостовика и носка.

 

В свою очередь, шатунные шейки различаются по месту и форме и распологаются в ряд, под определенным углом (V-образные агрегаты), а в оппозитных моторах - напротив друг друга.

 

Цилиндр и головка цилиндра.

 

Цилиндр обычно отливается из мелкозернистого серого чугуна или из высококачественного чугуна с примесью хрома и никеля, но встречаются цициндры, отлитые из алюминиевого сплава с запрессованной в него стальной гильзой. Снаружи цилиндр подвесного мотора и головка его имеют водяную рубашку, внутри которой для охлаждения стенок цилиндра и днища головки прогоняется охлаждающая вода. Часто для многоцилиндровых подвесных моторов цилиндры отливаются парами, заключенными в од­ну общую рубашку, образуя собой блок. Внутренняя поверхность стенок цилиндра (зеркало) обрабатывается всегда с большой точностью, чтобы обеспечить хорошее прилегание уплотнительных колец. Кроме того, шлифованная поверхность сильно снижает трение, повышая механический КПД двигателя.

 

В двухтактных двигателях цилиндр имеет ряд окон. Выпускные окна сообщают рабочую полость цилиндра с выпуск­ным коллектором, через который отработанные газы идут сперва в дейдвудную трубу, а затем под воду и уходят в атмосферу. В других конструкциях выхлопные газы направляются из рабочего цилиндра сперва в глушитель, а потом через выхлопной патрубок в атмосферу. В спортивных и гоночных двигателях глушитель часто не ставится, так как он понижает мощность двигателя примерно на 4—8%. В них газы прямо направляются через выпускной патрубок наружу.

 

Цилиндр укрепляется на картере шпильками и удерживается гайками. Съемная головка закрывает цилиндр сверху.

 

Она обладает следующими преимуществами как в обработке, так и в эксплуатации:

 

1) Головка может быть изготовлена из другого материала, более теплопроводного, чем цилиндр; чаще всего ее отливают из температуроустойчивого алюминиевого сплава. Легкие сплавы допускают более высокую степень сжатия горючей смеси и улучшают тепловой режим.

 

2) Упрощается отливка и обработка как головки, так и цилиндра.

 

3) Съемная головка позволяет или расточкой фланца цилиндра, или сменой прокладок менять объем камеры сжатия, что особенно важно при форсировке двигателя (при соревнованиях).

 

4) Съемная головка позволяет осматривать цилиндр и счищать нагар с поршня и головки, не снимая цилиндра.

 

Так как резьба у алюминия при частом отвинчивании сбивается, то в стенку головки, где должна быть свеча, иногда впрессовывается бронзовая втулка 10, в которой и нарезается резьба под свечу.

 

Головка скрепляется с цилиндром также при посредстве шпилек и гаек.

 

Герметичность соединения головки с цилиндром достигается постановкой между ними медно-асбестовой или железо-асбестовой прокладки. Такие же прокладки применяются и в соединении цилиндра с выхлопным коллектором; в других менее нагретых местах, как соединение цилиндра с картером и впускными патрубками, ставятся обычные паранитовые или бумажные прокладки, пропитанные маслом, или прямо на шеллаке.

 

Поршень двигателя. Поршень, как и цилиндр, относится к основным деталям двигателя. В двухтактных двигателях он управляет всем процессом газораспределения, открывая и закрывая впускные, продувочные и выпускные окна.

 

Поршень состоит из головки (верхняя часть поршня до гнезд пальца поршня), юбки (нижняя часть поршня, служащая направляющей при его движении в цилиндре) и бобышек (внутренних приливов под гнезда пальца поршня). Чтобы газы из цилиндра не проникали в картер, на поршень надеваются кольца, для чего в головке поршня под них протачиваются канавки. Чаще всего поршень снабжается двумя-тремя уплотнительными кольцами и одним маслосъемным. Для того чтобы кольца не могли во время работы проворачиваться и попасть своими концами в прорези окон, в кольцевые канавки устанавливаются специальные стопоры в виде небольших штифтов, удерживающих их в определенном положении.

 

Учитывая большой нагрев верхней части поршня, часто головку его делают несколько меньшего диаметра, чем юбку, из расчета, что во время работы при нагреве их размеры выравниваются и рабочий зазор между гильзой и поршнем становится примерно одинаковым.

 

Стенка и днище головки поршня изготовляются всегда более толстыми, чем юбка, так как они воспринимают полное давление от сгоревших газов. Наружная поверхность поршня, помимо точности обработки, делается гладкой для уменьшения коэффициента трения при его движении.

 

Поршни подвесных моторов отливаются для легкости и лучшей теплопроводности преимущественно из алюминиевых сплавов. Благодаря высокой теплопроводности легких сплавов происходит быстрый отвод тепла от днища поршня к стенкам цилиндра и снижается температура самой нагретой его части — днища поршня - до 220—270°, тогда как у чугунных поршней она достигает 400—450°. Это улучшает тепловой режим работы двигателя, не вызывая самовоспламенения смеси при больших степенях сжатия.

 

Меньший удельный вес алюминиевых сплавов снижает примерно на 25—30% общий вес поршня против чугунного, хотя и более тонкого. В быстроходных двигателях легкость поршня приобретает первенствующее значение, так как влияет на величину сил инерции, вызывающих вибрацию мотора и судна.

 

Ширина канавок под кольца у современных подвесных моторов протачивается с радиальным зазором на глубину канавки в 0,5—0,6 мм, а по высоте канавки — с допуском + 0,02 мм.

 

Высоту поршня двухтактного двигателя обычно делают равной ходу поршня, с прибавлением 5—6 мм на перекрытие окон.

 

Поршневые кольца. Поршневые кольца по своему назначению подразделяются на уплотнительные, или компрессион­ные, и на маслосъемные.

 

Уплотнительные кольца для поршня преимущественно изготовляются прямоугольного или трапецоидального сече­ния с наружным диаметром, в свободном состоянии несколько большим диаметра цилиндра, и имеют разрез, называемый замком. Величина зазора в замке допускается в рабочем состоянии 0,2—0,3 мм.

 

Маслосъемные кольца, создавая уплотнение, не позволяют пропускать излишнее масло внутрь цилиндра. Благодаря им значительно снижается удельный расход масла в двигателе и уменьшается нагарообразование в камере сжатия и на днище поршня.

 

Материалом для колец служит чугун СЧ-21-40, а также специальные чугуны с присадкой фосфора и ваннадия. При изготовлении колец должны обеспечиваться однородная структура металла и равномерная их упругость.

 

Маслосъемные кольца бывают без отверстий и с продольными отверстиями.

 

Шатун состоит из трех основных частей: верхней головки шатуна, обхватывающей палец, нижней головки шатуна, обхватывающей шейку, или цапфу, и тела шатуна, связывающего их между собой.

 

За последнее время сочленение нижней головки с цапфой кривошипа делается преимущественно роликовым. Нижняя головка шатуна делается неразъемной и получается более легкой. Выгода такой конструкции не только в легкости и уменьшении трения, но и в уменьшении ее габаритов и в большей надежности смазки, чем при скользящем подшипнике. Длина скользящего подшипника, по расчету, получается примерно в два-три раза больше роликового, что повышает не только вес нижней головки, участвующей в росте центробежных сил кривошипного механизма, но и общий вес двигателя, так как требует более тяжелых противовесов и удлиняет сам двигатель. Верхняя головка шатуна чаще выполняется со вставной гладкой втулкой из бронзы, гораздо реже встречаются головки со вставными длинными тонкими роликами (иглами), образующими «игольчатый подшипник».

 

Смазка верхней головки осуществляется через отверстие вверху головки, в которое попадает масло, стекающее с днища поршня.

 

Тело шатуна, или стержень, изготовляется для лучшего сопротивления продольному изгибу таврового сечения, реже прямоугольного или трубчатого (полого) сечения.

 

Материалом для шатунов служат углеродистые и высококачественные стали. Ковкий чугун и легкие сплавы применяются как исключение.

 

Поршневой палец.

 

Поршневой палец шарнирно соединяет поршень с шатуном. Через него передается вся сила давления газа с поршня на шатун. Палец нагружается почти ударно, а потому его изготовляют достаточно прочным. Для легкости поршневой палец изготовляется полым, так как его вес, как и вес поршня, участвует в массе возвратно-поступательно движущихся частей и влияет на величину сил инерции кривошипно-шатунного механизма.

 

Поршневой палец, изготовленный из вязкой малоуглеродистой или легированной стали, подвергается цементации и термообработке. Палец не должен иметь продольного перемещения вдоль своей оси, иначе он может поцарапать зеркало цилиндра. Чтобы этого не произошло, палец фиксируют или при помощи пружинных стопорных колец-замков, или при помощи алюминиевых грибков.

 

Стопорные кольца и грибки не допускают продольного смещения пальца, не препятствуя пальцу поворачиваться вокруг своей оси, отсюда он получил название плавающего. Такое крепление снижает износ пальца и удлиняет срок его службы. Наружная поверхность пальца шлифуется.

 

Коленчатый вал.

 

Коленчатые валы подвесных моторов чаще всего изготовляются составными, цапфа и коренные шейки соединяются со щеками или при посредстве конусов со шпонками, а затем затягиваются гайками (разъемное соединение, ), или запрессовкой цапф и коренных шеек в щеки кривошипа (неразъемное соединение, см. рис. 19), или комбинированным способом, позволяющим производить разъем по цапфе кривошипа

 

Сборка составного коленчатого вала при неразъемном шатуне производится совместно с шатуном. Перед окончательной сборкой двух щек с цапфой сперва насаживается шатун со всеми своими роликами, а затем уже заводится на шпонке щека, затягивается гайкой и фиксируется замковой шайбой; то же самое и при прессовом соединении: сперва сажается на роликах шатун, а затем окончательно запрессовывается цапфа в щеки.

 

Существенным недостатком неразборной (прессовой) конструкции является то, что в случае износа цапфы или шатуна или смены роликов приходится заменить весь комплект вала, а не одну только износившуюся часть.

 

Щеки коленчатого вала двухтактного двигателя с кривошипно-камерной продувкой выполняются всегда в виде круглого диска с приливами (противовесами), расположенными со стороны, противоположной шатуну.

 

Часто вместо противовесов для уравновешивания центробежных сил в двухтактных двигателях прибегают к выфрезировыванию карманов в щеках коленчатого вала, около цапфы, кривошипа, с закрытием их сверху для достижения полноты объема щеки тонкими пластинами. Такой способ, например, применен в конструкциях подвесных мото­ров ЛММ-6 и ЛМР-6. Материалом для щек и коренных шеек служит простая углеродистая сталь; для цапф кривошипа применяется хромоникелевая сталь с последующей цементацией и термообра­боткой.

 

Компилированная конструкция коленчатого вала

 

Нижний конец коленчатого вала для соединения с вертикальным валом мотора, передающего мощность двигателя гребному винту, снабжается или специальными шлицами или соединительной пластиной, связывающей эти детали.

 

Маховик. В двигателе работа происходит неравномерно, отдельными толчками. Чтобы сгладить эти толчки и обеспечить гребному винту более равномерное вращение, на коленчатом валу устанавливают маховик. Маховик помогает запуску мотора, получив на это энергию или от человека через ручной привод (шнур), или от специального механизма (стартера) через шестерни.

 

Иногда в маховике располагаются магниты для системы зажигания и выработки тока для стартера и освещения (маховичное магнето, магдина). Вес маховика в основном зависит от неуравновешенности двигателя, от быстроходности, его тактности, числа цилиндров в нем и конструкции самого маховика.

 

Маховик обычно устанавливается в подвесных моторах, на верхнем конце коленчатого вала, расточенном на конус, и закрепляется шпонкой и гайкой. По ободу маховика протачивается канавка под пусковой шнур. На верхнем буртике канавки делается прорезь под закладку шнура с узлом на конце, чтобы можно было зацепить им за прорезь . Узел прочно сцепляет шнур с маховиком.

 

На российском рынке присутствуют следующие бренды:

 

Premium-сегмент: KS, Mahle, Glyco, Nural, BF, Taiho, IZUMI, KING, Teikin, TP, SM и др.

Medium-сегмент: OE Germany, Mopart, Yenmak, AMC, Koneks и др.

Normal: Avtowelt, Herzog, ATS и др.