Если шатунная шейка с двух сторон имеет коренную, то такой коленчатый вал называют полноопорным. Полноопорный вал меньше прогибается, обеспечивая лучшие условия работы подшипников и больший срок их службы.
В современных автомобильных двигателях частота вращения коленчатого вала достигает 3000–4000 об/мин в грузовых автомобилях и 5000–6000 об/мин – в легковых. Поэтому возникают большие центробежные силы, действующие на шатунные шейки, щеки и нижние головки шатунов. Эти силы нагружают коренные подшипники, вызывая их ускоренный износ.
Для разгрузки коренных подшипников от центробежных сил служат противовесы 7, расположенные против шатунных шеек коленчатого вала.
Коренные и шатунные шейки коленчатого вала соединены наклонными каналами, просверленными в щеках и служащими для подвода масла от коренных к шатунным подшипникам. Шатунные шейки выполняют полыми или высверливают в них полости-грязеуловители. В этих полостях под действием центробежных сил при работе двигателя отлагаются тяжелые частицы и продукты износа, содержащиеся в масле. Грязеуловители очищают при разборке двигателя, вывертывая пробки 6.
Осевые нагрузки коленчатого вала в большинстве двигателей воспринимаются упорной стальной шайбой 16 и стальными, залитыми с одной стороны баббитом или свинцово-оловянистым сплавом шайбами 17, расположенными по обе стороны переднего коренного подшипника.
Вкладыши 2 коренных подшипников обычно той же конструкции, что и вкладыши шатунных подшипников. Верхний вкладыш устанавливается в выемку (постель) верхней части картера, нижний – в крышки 5, 9 и 11 коренных подшипников. Крышки коренных подшипников растачивают совместно с блоком цилиндров и при сборке двигателя их устанавливают только на свои места.
Для предотвращения утечки масла на переднем и заднем концах коленчатого вала устанавливают маслоотражатели и сальники. Маслоотражатели изготовляют как одно целое с коленчатым валом или в виде отдельной детали. Например, у двигателя, рассмотренного выше, на переднем конце коленчатого вала установлен резиновый сальник, а на заднем конце имеется дренажная канавка 28 во вкладыше заднего коренного подшипника (с отверстием для слива масла), маслосбрасывающий гребень 27, маслоотгонная спиральная канавка 26, сальник 25 из асбестовой набивки и резиновые уплотнители под крышкой 5 заднего коренного подшипника.
3.2.4. Маховик и картер
Маховик представляет собой массивный диск, отливаемый из чугуна. Он повышает равномерность вращения коленчатого вала при малой частоте вращения и передает крутящий момент трансмиссии автомобиля. На обод маховика напрессован стальной зубчатый венец, предназначенный для вращения коленчатого вала стартером при пуске двигателя.
На некоторых двигателях на маховик наносят метки или запрессовывают в него стальной шарик, по которому устанавливают поршень первого цилиндра в в. м. т. и проверяют установку зажигания.
Поддон, или нижняя часть картера, предохраняет от попадания в картер пыли и грязи и служит резервуаром для масла. Его штампуют из листовой стали. К верхней части картера поддон крепится болтами или шпильками, уплотнение достигается пробковой прокладкой. Плоскость разъема картера обычно располагается ниже оси коленчатого вала, что повышает жесткость картера двигателя.
Крепление двигателя может иметь различные исполнения. Так, например, двигатель ЗМЗ-24 автомобиля ГАЗ-24 установлен на короткой раме, приваренной к основанию кузова. Точек крепления три: две по обеим сторонам передней части двигателя, одна – под удлинителем коробки передач. Передние опоры резиновые, задняя – пружинная. Крепление двигателя на трех опорах применяется и в других автомобилях отечественного и зарубежного производства.
3.2.5. Распределительный вал и его привод
Газораспределительный механизм обеспечивает своевременное поступление в цилиндры двигателя горючей смеси и выпуск отработавших газов.
Двигатели могут иметь нижнее расположение клапанов, при котором клапаны размещены в блоке цилиндров, и верхнее, когда они расположены в головке цилиндров.
При нижнем расположении клапанов усилие от кулачка распределительного вала 10 (рис. 3.2.8) передается клапану 2 через толкатель 9. Клапан перемещается в направляющей втулке 3, запрессованной в блок цилиндров. Закрытие клапана осуществляется пружиной 4, упирающейся в блок и шайбу 6 , закрепленную двумя сухариками 5 на конце стержня клапана.
При верхнем расположении клапанов усилие от кулачка распределительного вала передается толкателю 20 (рис. 3.2.9), штанге 19, коромыслу 14 и клапану 9 или 18. Преимущественно применяется верхнее расположение клапанов, так как такая конструкция позволяет получить компактную камеру сгорания, обеспечивает лучшее наполнение цилиндров, уменьшает потери тепла с охлаждающей жидкостью и упрощает регулировку клапанных зазоров.
Распределительный вал обеспечивает своевременное открытие и закрытие клапанов. Изготовляют его из стали или чугуна.
Рис. 3.2.8. Газораспределительный механизм с нижним расположением клапанов:
1 - седло клапана, 2 - клапан,
3 – направляющая втулка клапана, 4 – пружина, 5 – сухарики,
6 - упорная шайба пружины,
7 – регулировочный болт,
8 – контргайка, 9 – толкатель,
10 – распределительный вал
Рис. 3.2.9. Газораспределительный механизм с верхним расположением клапанов: 1 – шестерня распределительного вала, 2 - упорный фланец, 3 - распорное кольцо, 4 - опорные шейки, 5 – эксцентрик привода топливного насоса, 6 – кулачки выпускных клапанов, 7 – кулачки впускных клапанов, 8 - втулки, 9 - впускной клапан, 10 – направляющая втулка, 11 – упорная шайба, 12 – пружина, 13 - ось коромысел, 14 – коромысло, 15 - регулировочный винт, 16 – стойка оси коромысел, 77– механизм поворота выпускного клапана, 18 – выпускной клапан, 19 – штанга, 20 - толкатели, 21 - шестерня привода масляного насоса и прерывателя-распределителя
При сборке распределительный вал вставляют в отверстие торца картера двигателя, поэтому диаметры опорных шеек 4 последовательно уменьшаются, начиная с передней шейки. Количество опорных шеек обычно равно количеству коренных подшипников коленчатого вала. Втулки 8 опорных шеек изготовляют из стали, бронзы или из металлокерамики.
Внутреннюю поверхность стальных втулок заливают слоем баббита или свинцово-оловянистого сплава.
На распределительном валу расположены кулачки 6 и 7, воздействующие на толкатели 20, шестерня 21 привода масляного насоса и прерывателя-распределителя, эксцентрик 5 привода топливного насоса. Кулачков имеется по два на каждый цилиндр. Углы их взаимного расположения зависят для одноименных кулачков – от числа цилиндров и чередования рабочих ходов в разных цилиндрах, для разноименных – от фаз газораспределения (см. ниже). Кулачки и шейки стальных распределительных валов подвергают закалке токами высокой частоты, а чугунных – отбеливанию. Кулачкам при шлифовании придают небольшую конусность, что в сочетании со сферической формой торца толкателей обеспечивает поворот толкателя во время работы.
Между шестерней 1 распределительного вала и передней опорной шейкой установлены распорное кольцо 3 и упорный фланец 2, который привертывается болтами к блоку цилиндров и удерживает вал от осевых перемещений.
Распределительный вал получает вращение от коленчатого вала. В четырехтактных двигателях рабочий цикл происходит за два оборота коленчатого вала. За этот период впускные и выпускные клапаны каждого цилиндра должны открываться один раз, а следовательно, распределительный вал должен повернуться на один оборот. Таким образом, распределительный вал должен вращаться в два раза медленнее коленчатого вала. Поэтому шестерня 1 распределительного вала имеет в два раза больше зубьев, чем шестерня на переднем конце коленчатого вала. Зубья у шестерен косые.
Распределительные шестерни некоторых двигателей расположены на заднем торце блока цилиндров.
Распределительные шестерни входят в зацепление между собой при строго определенном положении коленчатого и распределительного валов. Это достигается совмещением меток на зубе одной шестерни и впадине между зубьями другой шестерни.
В высокооборотных двигателях распределительный вал 7 (рис. 3.2.10, а) расположен над головкой цилиндров и его кулачки действуют на рычаги 8. Рычаг 8, поворачиваясь на сферической головке регулировочного болта 11, другим концом нажимает на стержень клапана и открывает его. Регулировочный болт ввернут во втулку 10 головки цилиндров, и крепится контргайкой. Закрывается клапан двумя пружинами. Вращение от коленчатого вала 1 к распределительному валу 7 передается втулочно-роликовой цепью 3. Этой же цепью вращается ведомая звездочка 13 привода масляного насоса и прерывателя-распределителя зажигания. Для уменьшения колебаний цепи служит успокоитель 12, закрепленный на торце двигателя. Для натяжения цепи предусмотрено натяжное устройство 5 с башмаком 4.