Подшипники скольжения. 
Устройство автомобилей категорий b и c

В ДВС применяют в основном подшипники скольжения, так как они легче, компактнее, бесшумнее и удобнее для монтажа, чем подшипники качения, а также имеют более низкую стоимость.

При нормальной работе подшипника скольжения между поверхностями вала и подшипника имеется слой смазочного материала, вследствие чего непосредственного контакта поверхностей не происходит. Кратковременный переход в область полужидкостной смазки на переходных режимах не опасен для подшипников скольжения.

В качестве подшипников в современных быстроходных форсированных двигателях обычно используют тонкостенные вкладыши толщиной от 1,5 до 3 мм, которые лучше прилегают к постели подшипника. Для заливки вкладышей применяют сплавы обладающие высокими антифрикционными свойствами, хорошей теплопроводностью и сплавляемостью с основой вкладыша.

Заливку тонкостенных вкладышей быстроходных дизелей нередко выполняют многослойной для улучшения прирабатываемости и повышения износостойкости подшипников.

В двигателе Д-245 (см. рис. 3.7) вкладыши коренных и шатунных подшипников коленчатого вала — сталеалюминиевые. На дизелях используются вкладыши коренных и шатунных подшипников двух размеров в соответствии с номиналом шеек коленчатого вала. Для ремонта дизеля предусмотрены также четыре ремонтных размера вкладышей.

От осевого смещения и проворачивания вкладыши удерживаются усиками в своих гнездах, входящих в пазы, выполненных в коренных и шатунных подшипниках. При сборке подшипников усики должны находиться с одной стороны.

В двигателях ВАЗ-2110 и ВАЗ-2111 (см. рис. 3.8) в нижней части блока цилиндров расположены пять опор коренных подшипников коленчатого вала с тонкостенными сталеалюминиевымивкладъшами. Верхние и нижние вкладыши среднего (третьего) коренного подшипника без канавки на внутренней поверхности. У остальных опор верхние вкладыши 10 с канавкой на внутренней поверхности, а нижние — без канавки. Шатунные подшипники также выполнены сталеалюминиевыми и взаимозаменяемыми (верхний и нижний).

Шатун воспринимает от поршня и передает коленчатому валу давления газов при рабочем ходе, а также обеспечивает перемещение поршневой группы при совершении вспомогательных процессов.

Шатуны изготовляют методом горячей штамповки из высококачественной стали с последующей механической обработкой рабочих поверхностей. Для обеспечения высоких прочностных качеств их подвергают нормализации, закалке и отпуску.

Основными элементами шатуна (рис. 3.10) является верхняя головка 1 с запрессованной в нее втулкой 2, стержень 3 и нижняя головка с крышкой 6.

Для обеспечения смазки пары шатун — поршневой палец в менее нагруженной части верхней головки шатуна и втулки выполнено отверстие 11.

Нижняя головка образует корпус шатунного подшипника. Для обеспечения сборки кривошипно-шатунного механизма нижние головки шатунов выполнены разрезными. Крышка нижней головки крепится с помощью шатунных болтов 10. Шатунные подшипники от проворачивания фиксируются с помощью специальных усиков 13, при монтаже подшипника усики устанавливаются навстречу друг другу. Для обеспечения правильной геометрической формы отверстие под шатунный подшипник растачивают в сборе с крышкой, поэтому исключаетсявзаимозаменяемость крышек и требуется остановка крышки относительно стержня шатунов в определенном положении. Для этой цели на крышках и шатунах наносят метки 12.

Рис. ЗЛО. Шатуны двигателей Д-245 и ВАЗ-2110:

а — Д-245; б — ВАЗ-2110; 1 — верхняя головка шатуна; 2 — втулка; 3 — стержень шатуна; 4 — верхняя головка шатуна; 5 — верхний вкладыш; 6 — нижняя головка шатуна; 7 — шплинт; 8 — гайка; 9 — нижний вкладыш; 10 — шатунный болт; 11 — отверстие для подвода смазки к пальцу; 12 — место для обозначения номера цилиндра; 13 — усики Шатунный болт 10 двигателя Д-245 призонный (работает на срез) затягивается гайкой с определенным усилием и шплинтуется. Шатунный болт двигателя ВАЗ-2110 затягивается самоконтрящейся гайкой также с определенным усилием согласно техническим условиям (ТУ).

Поршень является важнейшей деталью ДВС. На него действуют высокие механические и особенно тепловые нагрузки.

Вследствие высоких инерционных нагрузок в КШМ, которые связаны с высокой частотой вращения коленчатого вала, при конструировании стремятся максимально снизить вес поршня. Поэтому эти поршни автомобильных ДВС выполняются из легких сплавов, чаще всего алюминиевых.

Поршни автомобильных дизелей более массивные, чем поршни (рис. 3.11) бензиновых двигателей, что связано с большими механическими и тепловыми нагрузками, действующими в дизелях.

Рис. 3.11. Поршни двигателей:

а — ВАЗ-2110; б — Д-245; А — метка массы и размерной группы поршня;

Б — днище; В — головка (уплотняющая часть); Г — юбка (направляющая часть);

1 — маслосъемное кольцо; 2 — компрессионное кольцо; 3 — камера сгорания в днище поршня; 4 — канавка для стопорного кольца; 5 — утолщение (бобышка); б — отверстие для поршневого пальца; 7 — выточки под клапаны; 8 — стрелка ориентирования поршня в цилиндре; 9 — метка ремонтного размера; 10 — класс поршня; 11 — класс отверстия для поршневого пальца Условно поршень можно разделить на две части; уплотняющую Б (головка), где располагаются компрессионные и маслосъемные кольца, и направляющую Г (юбка). Количество поршневых колец в дизелях больше, чем в бензиновых ДВС, и, как правило, три из них являются компрессионными 2. В канавке маслосъемного кольца 1 сверлят 6—12 дренажных отверстий для отвода масла внутрь поршня. При установке маслосъемных колец скребкового типа отверстия для отвода масла располагаются ниже кольца.

Поршни выполняют с различными профилями по высоте: ступенчатыми, состоящими из нескольких конусов; криволинейными, в частности с бочкообразным профилем. Поршни с бочкообразной образующей имеют ряд преимуществ: увеличивается плавность перекладки поршня, уменьшается опасность задира по его боковой поверхности, уменьшается величина зазоров в направляющем и уплотняющем поясах, сокращается прорыв горячих газов и улучшаются условия работы материала в районе кольцевых канавок. Поршни с таким профилем чаще всего используют для бензиновых двигателей.

Поршень двигателей ВАЗ-2110 и ВАЗ-2111 (см. рис. 3.11, а) отливается из высокопрочного алюминиевого сплава. В уплотняющей части поршня проточены три канавки, в двух устанавливаются компрессионные кольца 2, а в третьей — маслосъемное кольцо скребкового типа. Для исключения опасности заклинивания поршня в цилиндре в головке поршня над отверстием для поршневого пальца залита терморегулирующая стальная пластина. На наружной поверхности поршня нанесены кольцевые микроканавки глубиной до 14 микрон. Такая поверхность способствует лучшей приработке поршня, так как в микроканавках задерживается масло.

Поршни двигателей ВАЗ-2110, ВАЗ-2111 имеют одинаковый наружный диаметр. На днище поршня выполнены овальная выемка 7 под камеру сгорания и два небольших углубления под клапаны, необходимые для того, чтобы в случае обрыва ремня привода механизма газораспределения не произошло встречи клапанов и поршня, что могло бы привести к поломке двигателя.

Измерять диаметр поршня для определения его класса можно только в одном месте: в плоскости, перпендикулярной поршневому пальцу, на расстоянии 55 мм от днища поршня. Классы диаметров поршня и отверстия под поршневой палец клеймятся на днище поршня (см. рис. 3.11, а).

Ось отверстия под поршневой палец 6 смещена на 1 мм от диаметральной плоскости поршня в сторону расположения клапанов двигателя. Благодаря этому поршень всегда прижат к стенке цилиндра, что уменьшает стуки поршня о стенки цилиндра при переходе его через мертвые точки. Однако это требует установки поршня в цилиндр в строго определенном положении. В двигателе поршни устанавливаются так, чтобы стрелка на днище поршня была направлена в сторону передней части двигателя.

При сборке двигателя все поршни должны быть одного класса и одинаковые по массе, чтобы уменьшить неравномерные нагрузки из-за неодинаковых масс возвратно-поступательно движущихся деталей. Поэтому при изготовлении поршня строго выдерживается масса с предельным отклонением ±5 г.

В запасные части поставляются поршни номинального размера только трех классов: А, С и Е. Этого достаточно для подбора поршня к любому цилиндру при ремонте двигателя, так как поршни и цилиндры разбиты на классы с некоторыми перекрытием размеров. Главное при подборе сопряжения «поршень — цилиндр» — обеспечить необходимый монтажный зазор между поршнем и цилиндром — 0,025— 0,045 мм, замеряемый специальным щупом.

В днище поршня двигателя Д-245 (см. рис. 3.11, б) находится камера сгорания. В верхней части поршень имеет четыре канавки, в первые три из которых устанавливаются компрессионные кольца 2, а в четвертую — маслосъемное кольцо 1. Поршень имеет вставку из специального чугуна под верхнее компрессионное кольцо трапецеидальной формы. В бобышках поршня 6 расточены отверстия под поршневой палец.

Поршни по наружному диаметру юбки сортируются на три размерные группы (Б, С, М). Маркировка группы наносятся на днище Б поршня. При установке на дизель гильзы и поршни должны быть одной размерной группы.

Поршневой палец — стальной, трубчатого сечения, плавающего типа, т. е. свободно вращается в бобышках поршня и верхней головке шатуна. От осевых перемещений палец фиксируется двумя пружинными стопорными кольцами 20 (см. рис. 3.7) и 6 (см. рис. 3.8), расположенными в канавках бобышек поршня.

По наружному диаметру пальцы сортируются на три класса через 0,004 мм соответственно классам поршней. Торцы пальцев окрашиваются в соответствующий цвет: синий — первый класс; зеленый — второй и красный — третий.

Поршневые кольца являются упругими элементами уплотнения поршневой группы, обеспечивающими герметичность рабочего объема цилиндра, отвод теплоты от головки поршня, предотвращающими перекачки излишнего масла в камеру сгорания.

По назначению кольца подразделяются на компрессионные, обеспечивающие уплотнение и отвод теплоты в стенки цилиндра, и маслосъемные, обеспечивающие равномерное распределение масла по поверхности цилиндра, снятие его излишков со стенок в поддон двигателя.

Поршневые кольца автомобильных двигателей изготовляют путем копирного обтачивания для придания соответствующей вырезкой по периметру части, равной величине замка. Для колец применяют специальный легированный чугун или сталь. Разрез кольца, называемый замком, может быть прямым, косым или ступенчатым. Получили распространение кольца с прямым замком как наиболее простые в изготовлении. В свободном состоянии диаметр поршневого кольца больше внутреннего диаметра цилиндра. Поэтому кольцо, вставленное в канавку поршня и введенное в сжатом состоянии в цилиндр, разжимаясь, плотно прилегает к внутренней поверхности цилиндра. Зазор в замке кольца позволяет ему расширяться при нагревании.

Поршневые кольца, уплотняя полость камеры сгорания, передают теплоту от поршня к гильзе цилиндра, из картера в камеру сгорания. Уплотнение осуществляется прижатием кольца к гильзе цилиндра силами упругости и давлением газов, протекающих из камеры сгорания за кольцо через зазоры. При низких давлениях газов в цилиндре герметичность цилиндро-поршневой группы достигается упругостью кольца.

Несмотря на то, что компрессионные кольца частично выполняют функции маслосъемных колец и регулируют подачу масла, на поверхность зеркала цилиндра, конструкция их значительно отличается от конструкции маслосъемных колец.

По конструкции маслосъемные кольца отличаются от компрессионных колец тем, что на их наружной поверхности имеются кольцевые канавки и сквозные прорези или отверстия для прохода масла.

Маслосъемные кольца могут быть либо цельнометаллическими, либо составными, состоящими из нескольких элементов. Маслосъемные кольца имеют повышенное радиальное давление на стенку цилиндра, для увеличения которого используют расширители в виде многогранных стальных лент или цилиндрических витых пружин. Общее давление на стенку цилиндра достигает при этом до 3 МПа. Для отвода масла, собирающегося в углублениях, по периметру кольца фрезеруют прорези высотой (0,36—0,45)t. Соответствующую систему отводящих отверстий выполняют и в корпусе поршня. Преимуществом составных колец является хорошее согласование профиля рабочей поверхности элементов кольца с деформированной поверхностью стенки цилиндра, что обеспечивает при высоком радиальном давлении эффективный съем масла.

Для повышения износостойкости компрессионных и маслосъемных колец применяют специальные покрытия, наносимые на рабочие поверхности, пористое хромирование, а также напыление карбидохромомолибденового слоя. Слой молибдена способствует повышению противозадирных свойств кольца.

На поршне двигателя ВАЗ-2110 (рис. 3.12, а) устанавливается три чугунных кольца: два компрессионных 9, 10 (уплотняющих) и одно (нижнее) маслосъемное 8, которое препятствует попаданию масла в камеру сгорания.

Рис. 3.12. Поршневые кольца:

а — ВАЗ-2110; б — Д-245; 1 — первое компрессионное кольцо; 2 — второе компрессионное кольцо; 3 — третье компрессионное кольцо; 4 — маслосъемное кольцо; 5 — витая пружина (осевой расширитель) Верхнее компрессионное кольцо 10 работает в условиях высокой температуры, агрессивного воздействия продуктов сгорания и недостаточной смазки, поэтому для повышения износоустойчивости наружная поверхность хромирована и для улучшения прирабатываемое™ имеет бочкообразную образующую.

Нижнее компрессионное кольцо 9 имеет снизу проточку для собирания масла при ходе поршня вниз, выполняя при этом дополнительную функцию маслосбрасывающего кольца. Поверхность кольца для повышения износоустойчивости и уменьшения трения о стенки цилиндра фосфатируется.

Маслосъемное кольцо — с хромированными рабочими кромками и с проточкой на наружной поверхности, в которую собирается масло, снимаемое со стенок цилиндра. Внутри кольца устанавливается стальная витая пружина 5 (см. рис. 3.12, а), которая разжимает кольцо изнутри и прижимает его к стенкам цилиндра.

На поршне двигателя Д-245 (рис. 3.12, б) устанавливается четыре кольца, три из которых компрессионные, четвертое — маслосъемное. Наружная поверхность первого компрессионного кольца хромирована пористым хромом для держания смазочного материала. Второе и третье кольца — «минутные», т. е. имеют острую кромку, снимающую излишки масла со стенок цилиндра.

При монтаже компрессионные кольца устанавливаются острой кромкой вниз и разворачиваются замками относительно друг друга на 120°.