Знакомьтесь - автомобиль - Иван Максимович Серяков
Это семейство деталей образует шатунно-поршневую группу. Поршень напоминает собой стакан, изготовленный либо из алюминиевого сплава, либо отлитый из чугуна. Верхняя часть его называется головкой, а нижняя – юбкой. Головка заканчивается днищем. На теле поршня имеются канавки для компрессионных и маслосбрасывающих колец. Кольца изображены над поршнем. Шатун состоит из верхней и нижней головок и тела.
Компрессионные же кольца, наоборот, имеют целью не пропустить горючую смесь и газы из цилиндра в картер. А что же поршень? Оказывается, сам он выполнить эту задачу не в состоянии. И вот почему. При работе двигателя поршень нагревается и, значит, расширяется. Если бы диаметр поршня точно соответствовал диаметру цилиндра, то при расширении его бы просто заклинило. Чтобы избежать этого, поршень делается немного меньше диаметром, чем диаметр цилиндра, следовательно, между его стенкой и стенкой цилиндра имеется небольшой зазор. Таким образом, в первые минуты работы двигателя, пока поршень не нагрелся, в этот зазор могут свободно уходить и горючее, и газы. Но не уходят, а препятствуют этому компрессионные кольца. А что же, они разве не расширяются? Кольца, конечно, тоже расширяются, но они не сплошные, имеют разрез с зазором. При нагревании кольцо удлиняется, а диаметр не изменяется – заполняется только зазор.
Интересно, что в расчете на расширение поршня форма его стакана не круглая, а овальная. Почему?
Опять по той же причине: избежать заклинивания.
Мы уже знаем, что поршень соединяется с шатуном с помощью специального прочного стального пальца. В тех местах поршня, где находятся отверстия для пальца, стенки стакана для прочности утолщены. А раз здесь больше металла, то и расширение при нагревании будет значительнее. Вот почему в местах крепления пальца поршень вроде бы немного сдавлен.
В алюминиевых поршнях на юбке потому же делается специальный разрез с зазором. При нагревании поршень не расширяется, уменьшается лишь зазор в месте разреза.
Все сказанное лишний раз убеждает в необходимости компрессионных колец. Изготовляются они из чугуна или стали, специально обрабатываются. Зазор в месте разреза должен находиться в пределах 0,2-0,5 миллиметра. На поршнях двигателя «Москвич-408» устанавливаются по два компрессионных кольца, а на поршнях некоторых других автомобилей – по три. Отличаются компрессионные кольца от маслосъемных тем, что последние имеют сквозные прорези. Маслосъемных колец устанавливается по одному-два на поршне.
Коленчатый вал шестицилиндрового двигателя
Шатун, которому поршень передает усилие, полученное от газов, для прочности имеет двутавровое сечение, такое, как у рельса. У него две головки – нижняя и верхняя. В верхнюю вставлена втулка, в которой вращается поршневой палец. Нижняя головка сделана разъемной, две ее части соединяются болтами и крепятся на шатунной шейке коленчатого вала. В этой головке помещается шатунный подшипник.
На рисунке вы видите коленчатый вал двигателя. Обычно он изготовляется из стали. Но на некоторых автомобилях применяются коленчатые валы, отлитые из специальных сортов чугуна.
Гайка с зубьями на передней части вала называется храповиком. Обычно водитель обходится без ее помощи. Храповик нужен лишь в тех редких случаях, когда приходится прибегнуть к услугам заводной ручки. Ее конец входит в храповик, зацепляется за зубья и заставляет вращаться коленчатый вал.
Еще на передней части коленчатого вала имеется шестерня, сцепленная с шестерней распределительного валика, и небольшое колесо, называемое шкивом. Последний ремнем соединен со шкивами вентилятора и генератора тока. Получается целая система зацеплений. Повернулся, например, коленчатый вал, и, как мы знаем, в движение пришел кривошипно-шатунный механизм. Кроме того, шестерня заставила вращаться распределительный вал, а ременная передача привела в движение генератор, вентилятор и водяной насос.
В задней части коленчатый вал заканчивается небольшим круглым приливом с отверстиями – фланцем. К нему крепится тяжелый маховик, на котором устанавливается сцепление. Но об этом позже.
Колесо смеха
В павильонах аттракционов всегда людно. Большая толпа любителей острых ощущений собралась у «колеса смеха». Несколько человек уселись на нем. Включен мотор, и колесо начало вращаться, постепенно ускоряя бег. У пассажиров уже слегка дружится голова, они весело смеются. Смеются и те, кто наблюдает за ними и ждет своей очереди.
Бегут секунды, скорость вращения все нарастает. Какая-то неведомая сила старается сбросить пассажиров. А удержаться не за что, поверхность гладкая. Один пассажир более плотного телосложения уже соскользнул с колеса, за ним последовал другой, третий... Какая же сила сбросила их? Центробежная сила инерции.
В жизни с этими силами мы встречаемся на каждом шагу. Автомобиль сделал крутой поворот на большой скорости, и пассажира прижало к стене кузова. Не будь стенки, и он вылетел бы наружу. В чем же дело? Оказывается, пришли в действие центробежные силы. Они возникают всегда, когда тело совершает непрямолинейное движение, и особенно велики при вращении. Причем, чем быстрее вращается тело и больше его вес, тем больше и центробежные силы инерции. Они возрастают пропорционально квадрату скорости.
Коленчатый вал двигателя вращается с огромной скоростью. Возникают центробежные силы, которые увеличивают нагрузку на подшипники, ускоряют их износ, уменьшают срок службы. На верхнем рисунке вы видите спортсмена с гирей в одной руке, которую вращает вокруг себя. Груз тянет в сторону. Ему трудно стоять на одном месте, спортсмен все сильнее вращает гирю, центробежные силы нарастают, и он уже не может устоять на месте, они увлекают его в сторону. Теперь спортсмен берет две одинаковых гири, в каждую руку по одной. Он начинает вращаться, вытянув руки с гирями в противоположные стороны. Гири растягивают ему руки, тянут с равной силой в противоположную сторону, но спортсмен твердо стоит на одном месте.
А ведь коленчатый вал делает четыре тысячи и более оборотов в минуту. При таком вращении возникают центробежные силы, величина которых может измеряться тысячами килограммов. Представляете, какой вред это может причинить двигателю: расшатать его механизмы, ускорить износ подшипников и деталей. И эти силы нельзя уничтожить. А как же быть? Можно уменьшить их вредное действие! Силы можно уравновесить, разгрузить подшипники.
В одну руку возьмем веревку с привязанной небольшой гирей и станем вращать. Возникающие при этом центробежные силы потянут нас в сторону. И чем быстрее мы будем вращаться, тем труднее будет устоять на месте.
А теперь проделаем другой опыт. Возьмем и в другую руку такую же веревку с таким же грузом. Вытянем руки в противоположные стороны и станем вращаться. Веревки натянутся, и гири станут тянуть нас в противоположные стороны с одинаковой силой, и нам легко устоять на месте. Почему? Да потому, что силы уравновесили друг друга. Этот принцип применен для уравновешивания центробежных сил в двигателе.
При изготовлении коленчатых валов металл вокруг его оси стараются расположить так, чтобы вес его распределялся равномерно. Но ведь трудно отличить или выковать такой идеальный вал, всегда
