Как работи коляновият механизъм на двигателя

Коляновият механизъм на двигателя преобразува възвратно-постъпателното движение на буталата (поради енергията на изгаряне на горивната смес) във въртене на коляновия вал и обратно. Това е технически сложен механизъм, който е в основата на двигател с вътрешно горене. В статията ще разгледаме подробно устройството и характеристиките на работата на KShM.

История на творението

Първите доказателства за употребата на манивела са открити през 3 век сл. н. е., в Римската империя и Византия през 6 век сл. н. е. Перфектен пример е дъскорезницата от Хиераполис, която използва колянов вал. Метална манивела е намерена в римския град Августа Раурика в днешна Швейцария. Във всеки случай, известен Джеймс Пакард патентова изобретението през 1780 г., въпреки че доказателства за неговото изобретение са открити в древността.

Компоненти на KShM

Компонентите на KShM са условно разделени на подвижни и неподвижни части. Движещите се части включват:

• бутала и бутални пръстени;
• свързващи пръти;
• бутални щифтове;
• колянов вал;
• маховик.

Фиксираните части на KShM служат като основа, крепежни елементи и водачи. Те включват:

• цилиндров блок;
• цилиндрична глава;
• картера;
• маслен съд;
• крепежни елементи и лагери.

Фиксирани части на KShM

Картер и маслена вана

Картерът е долната част на двигателя, която съдържа лагерите и маслените канали на коляновия вал. В картера биелите се движат и коляновият вал се върти. Масленият картер е резервоар за двигателно масло.

Основата на картера по време на работа е подложена на постоянни топлинни и силови натоварвания. Следователно тази част е обект на специални изисквания за здравина и твърдост. За производството му се използват алуминиеви или чугунени сплави.

Картерът е прикрепен към цилиндровия блок. Заедно те образуват рамката на двигателя, основната част от тялото му. Самите цилиндри са в блока. Главата на блока на двигателя е монтирана отгоре. Около цилиндрите има кухини за течно охлаждане.

Разположение и брой на цилиндрите

В момента най-често срещаните са следните видове:

• редови четири или шест цилиндъра;
• шестцилиндров 90° V-положение;
• VR-образна позиция под по-малък ъгъл;
• противоположно положение (бутала се движат едно към друго от различни посоки);
• W-позиция с 12 цилиндъра.

При проста редова подредба, цилиндрите и буталата са подредени в ред, перпендикулярен на коляновия вал. Тази схема е най-простата и надеждна.

Цилиндрична глава

Главата е прикрепена към блока с шпилки или болтове. Той покрива цилиндрите с бутала отгоре, образувайки запечатана кухина - горивната камера. Между блока и главата има уплътнение. Главата на цилиндъра също така съдържа клапанния механизъм и запалителните свещи.

цилиндри

Буталата се движат директно в цилиндрите на двигателя. Размерът им зависи от хода на буталото и неговата дължина. Цилиндрите работят при различни налягания и високи температури. По време на работа стените са подложени на постоянно триене и температури до 2500 ° C. Специални изисквания се поставят и върху материалите и обработката на цилиндрите. Изработени са от чугун, стомана или алуминиеви сплави. Повърхността на частите трябва да бъде не само издръжлива, но и лесна за обработка.

Външната работна повърхност се нарича огледало. Той е хромиран и полиран до огледално покритие, за да се сведе до минимум триенето при условия на ограничено смазване. Цилиндрите се отливат заедно с блока или се правят под формата на подвижни втулки.

Подвижни части на KShM

бутало

Движението на буталото в цилиндъра възниква поради изгарянето на сместа въздух-гориво. Създава се налягане, което действа върху челото на буталото. Може да се различава по форма при различните видове двигатели. При бензиновите двигатели дъното първоначално беше плоско, след това започнаха да използват вдлъбнати конструкции с канали за клапани. При дизеловите двигатели въздухът е предварително компресиран в горивната камера, а не горивото. Следователно короната на буталото също има вдлъбната форма, която е част от горивната камера.

Формата на дъното е от голямо значение за създаването на правилния пламък за изгаряне на въздушно-горивната смес.

Останалата част от буталото се нарича пола. Това е един вид водач, който се движи вътре в цилиндъра. Долната част на буталото или полата е направена по такъв начин, че да не влиза в контакт с мотовилката по време на нейното движение.

На страничната повърхност на буталата има канали или жлебове за бутални пръстени. Отгоре има два или три компресионни пръстена. Те са необходими за създаване на компресия, тоест предотвратяват проникването на газ между стените на цилиндъра и буталото. Пръстените се притискат към огледалото, намалявайки празнината. В долната част има жлеб за пръстена за скрепер на маслото. Предназначен е за отстраняване на излишното масло от стените на цилиндъра, така че да не попадне в горивната камера.

Буталните пръстени, особено компресионните, работят при постоянни натоварвания и високи температури. За тяхното производство се използват материали с висока якост, като легиран чугун, покрит с порест хром.

Бутален болт и биела

Свързващият прът е закрепен към буталото с бутален щифт. Това е твърда или куха цилиндрична част. Щифтът е монтиран в отвора на буталото и в горната глава на мотовилката.

Има два вида закрепване:

• фиксирано прилягане;
• с плаващо кацане.

Най-популярен е така нареченият "плаващ пръст". За закрепването му се използват заключващи пръстени. Фиксираният е инсталиран с намеса. Обикновено се използва топлинно прилягане.

Свързващият прът от своя страна свързва коляновия вал с буталото и произвежда въртеливи движения. В този случай възвратно-постъпателните движения на мотовилката описват числото осем. Състои се от няколко елемента:

• прът или основа;
• бутална глава (горна);
• колянова глава (долна).

Бронзова втулка е притисната в главата на буталото, за да се намали триенето и да се смазват свързващите части. Главата на манивела е сгъваема, за да се осигури сглобяването на механизма. Частите са идеално съчетани една с друга и са фиксирани с болтове и контрагайки. За намаляване на триенето са монтирани биелни лагери. Изработени са под формата на две стоманени втулки с ключалки. Маслото се подава през маслени канали. Лагерите са прецизно адаптирани към размера на шарнира.

Противно на общоприетото схващане, втулките се предпазват от завъртане не поради ключалки, а поради силата на триене между външната им повърхност и главата на свързващия прът. По този начин външната част на плъзгащия лагер не може да бъде смазана по време на монтажа.

Колянов вал

Коляновият вал е сложна част, както по отношение на дизайна, така и по отношение на производството. Той поема въртящ момент, натиск и други натоварвания и следователно е изработен от високоякостна стомана или чугун. Коляновият вал предава въртенето от буталата към трансмисията и други компоненти на превозното средство (като задвижващата ролка).

Коляновият вал се състои от няколко основни компонента:

• местни шийки;
• биелни шийки;
• противотежести;
• бузи;
• джолан;
• фланец на маховика.

Конструкцията на коляновия вал до голяма степен зависи от броя на цилиндрите в двигателя. В обикновен четирицилиндров редови двигател има четири биелни шийки на коляновия вал, върху които са монтирани мотовилките с бутала. Пет основни шейни са разположени по централната ос на вала. Те са монтирани в лагерите на цилиндровия блок или картера на плъзгащи лагери (втулки). Основните списания са затворени отгоре с болтови капаци. Връзката образува U-образна форма.

Специално обработена опорна точка за монтиране на лагерна шийка се нарича легло.

Основната и свързващата шийка на пръта са свързани с така наречените бузи. Противотежестите намаляват прекомерните вибрации и осигуряват плавно движение на коляновия вал.

Шините на коляновия вал са топлинно обработени и полирани за висока якост и прецизно прилягане. Коляновият вал също е много прецизно балансиран и центриран, за да разпредели равномерно всички сили, действащи върху него. В централната част на кореновата шийка, отстрани на опората, са монтирани напорни полупръстени. Те са необходими за компенсиране на аксиалните движения.

Синхронизиращите зъбни колела и задвижващата шайба на аксесоарите на двигателя са прикрепени към опашката на коляновия вал.

Маховик

На гърба на вала има фланец, към който е закрепен маховикът. Това е чугунена част, която представлява масивен диск. Благодарение на своята маса, маховикът създава инерцията, необходима за работата на коляновия вал, а също така осигурява равномерно предаване на въртящия момент към трансмисията. На ръба на маховика има зъбен венец (венец) за връзка със стартера. Този маховик завърта коляновия вал и задвижва буталата, когато двигателят стартира.

Коляновият механизъм, дизайнът и формата на коляновия вал остават непроменени в продължение на много години. По правило се правят само незначителни структурни промени за намаляване на теглото, инерцията и триенето.