Проф. Е. ЧУДАКОВ
Назначение поршня было уже выяснено выше, и на нескольких фигурах был дан его общий вид.
На фиг. 16 дан разрез поршня по оси поршневого пальца. В верхней части поршня имеются 4 канавки, в которые заложены пружинящие кольца А; эти кольца, прижимаясь к стенкам цилиндра, препятствуют проникновению газа между поршнем и стенками цилиндра и тем обеспечивают сохранение должного давления газа.
Фиг. 16
В верхней части поршня с внутренней его стороны часто выполняются ребра Б, служащие для увеличения жесткости поршня и для улучшения отвода тепла от днища поршня, которое за время сгорания рабочей смеси в цилиндре двигателя подвергается особенно сильному нагреву.
Поршневые шашки В служат для опоры пальца; поршневой палец или крепится в шашках жестко, или качается в них; в последнем случае для уменьшения трения в шашки вставляются бронзовые втулочки.
Нижняя часть поршня, согласно фиг. 16, имеет гладкую цилиндрическую форму и служит для опоры поршня о стенки цилиндра; для лучшего прилегания поршня к стенкам цилиндра и для предупреждения возможного коробления поршня около поршневых шашек средняя часть поршня часто стачивается, так что он прилегает к цилиндру двумя поясами.
Фиг. 17
Для удаления излишнего масла со стенок цилиндра и для уменьшения тем самым его расхода, на нижней части поршня часто ставят специальное масляное кольцо, как это представлено на фиг. 17. Это кольцо сгоняет масло с цилиндра внутрь поршня через имеющиеся отверстия и тем уменьшает проникновение масла к верхней части поршня.
За последнее время начинают получать большое распространение поршни специальной формы, отличной от представленной на фиг. 16 и 17, имеющие своею целью улучшение работы двигателя.
Фиг. 18
На фиг. 18 представлена схема поршня "Рикардо", а на фиг. 19 дан разрез через этот поршень. Особенностью этого поршня является то, что в нем вынуты неработающие части боковой стенки, т.-е. те части, на которые поршень не опирается о цилиндр при своей работе. Благодаря этому, значительно уменьшается работа трения поршня о стенки цилиндра. Поршневый палец в этой конструкции поршня устанавливается в шашках, которые опираются непосредственно на днище поршня (фиг. 19), а не на боковые стенки.
Фиг. 19
Другой, особый вид поршня, получивший за последнее время особенно большое распространение, представляет собой поршень с разрезной боковой стенкой, как это представлено на фиг. 20. Для правильной работы поршня в цилиндре между ними должен существовать определенный зазор; если этот зазор очень мал, то произойдет задирание поршня, если он велик, то поршень начинает стучать и пропускать масло и газ. Для получения плотного прилегания поршня к стенкам цилиндра при одновременном отсутствии возможности его легкого задирания и предложена конструкция поршня, представленная на фиг. 20. Благодаря имеющимся прорезям А, стенки поршня несколько пружинят и обеспечивают постоянный и определенный нажим на стенки цилиндра.
Фиг. 20
В настоящее время поршни для автомобильных двигателей изготовляются или из чугуна, или из легкого сплава; для последнего главным образом идет алюминий. Поршни из легкого сплава, хотя и делаются толще, чем чугунные, значительно легче последних, и в этом заключается их основное преимущество; но зато изнашиваемость таких поршней значительно больше, чем чугунных. Для машин, рассчитанных на длительную работу на большой нагрузке, пока предпочтительнее чугунные поршни; особенно это справедливо в наших условиях, где техника литья поршня из легких сплавов еще недостаточно разработана.
Поршневый палец представляет собой цилиндрический стержень, обычно одного диаметра по всей длине, высверленный изнутри для уменьшения его веса. Способов крепления поршневого пальца в шашках поршня имеется весьма много; наиболее употребительным способом является применение стопорного болта, как это представлено на фиг. 16. Для того, чтобы стопорный болт не отвертывался во время работы двигателя, он всегда закрепляется специальным замком; на фиг. 16 стопорный болт укреплен шплинтом, заложенным через сверление в пальце.
При переборке мотора должно быть обращено большое внимание на хорошее закрепление пальца, так как в случае его освобождения он может сдвинуться вбок и задрать стенки цилиндра.
Если палец закреплен наглухо в шатуне и имеет движение в шашках поршня, то в последние обычно впрессовываются бронзовые втулки, как это представлено на фиг. 17.
За последнее время начинает получать распространение конструкция так называемого плавающего пальца, при которой палец не крепится ни в поршне, ни в шатуне, а имеет возможность качаться в этих обеих деталях. Для предупреждения возможности бокового смещения пальца и порчи цилиндра употребляются специальные замки, не препятствующие вращению пальца; наиболее употребительными замками такого типа являются шайбы из мягкого металла и пружинящие кольца.
Фиг. 21
На фиг. 21 схематически показан первый тип замка. Здесь в отверстия поршневых шашек с каждой стороны пальца заложены шайбы, которые и не дают возможности пальцу соприкасаться с цилиндром; для того, чтобы сами шайбы не царапали стенок цилиндра, они делаются из мягкого металла — чаще всего из алюминия.
Второй способ установки плавающего пальца показан на фиг. 17; здесь в отверстия поршневых шашек, в специально сделанные для этой цели кольцевые канавки вставляются пружинки, которые и не дают возможности пальцу сдвинуться вбок. Подобный же тип замка применен и для поршня "Рикардо" на фиг. 19, но здесь пружинки установлены не в шашках, а непосредственно на поршневом пальце.
Поршневые кольца, служащие для получения достаточной герметичности цилиндра, были уже представлены в разрезе на фиг. 16, 17 и 21 и надетыми на поршень на фиг. 18 и 20. На фиг. 22 представлен общий вид кольца "р" в свободном состоянии; концы его при этом не сходятся и образуют некоторый зазор "р¹"; когда же кольцо вставляется вместе с поршнем в цилиндр, то этот зазор уничтожается почти полностью, и, благодаря сжатию кольца, появляется нажим последнего на стенки цилиндра.
Фиг. 22
Разрез кольца "р¹" называется замком; так как через него может просачиваться газ, то для уменьшения утечки последнего этот зазор должен быть по возможности мал при сжатом состоянии кольца; для той же цели разрез выполняется косым, как это представлено на фиг. 20 и 22, а иногда ступенчатым.
На фиг. 22 представлено ординарное кольцо; кроме того, имеют довольно большое распространение двойные кольца, общий вид которых дан на фиг. 23; здесь вверху расположены кольца в свободном состоянии, а внизу дано кольцо в сжатом виде. При двойном кольце утечка газа через замки значительно уменьшается, что и представляет собой преимущество такой конструкции.
Фиг. 23
Кольца изготовляются из специального чугуна или стали. С течением времени кольца могут потерять свою упругость и тогда их следует переменить. Слабость кольца или неплотное его прилегание к цилиндру обнаруживается провертыванием двигателя за рукоятку; плохое сжатие при этом указывает или на плохие кольца, или на неплотность клапанов.
При длительной работе двигателя, особенно на плохом топливе или масле, кольца "загорают", то-есть они образовавшимся нагаром плотно заклиниваются в поршневых канавках и перестают пружинить; результатом этого является утечка газа между поршнем и цилиндром и уменьшение мощности двигателя. В таком случае цилиндры надо снять и кольца промыть керосином. Снятие колец с поршня и обратное их надевание следует производить очень осторожно, так как кольцо при сильном разведении его концов легко ломается. Надо между отжатым концом и поршнем вставить несколько тонких пластинок и уже по ним снимать кольцо. Для уменьшения утечки газа кольца на поршне следует располагать таким образом, чтобы замки их были обращены в разные стороны.
Для облегчения надевания цилиндров двигателя на поршни с кольцами цилиндры имеют снизу конусную заточку; все же для облегчения этой операции при опускании цилиндров следует специальным приспособлением или от руки сжимать кольца для того, чтобы они легче входили в цилиндры двигателя.
Цилиндры двигателя являются одной из наиболее ответственных и трудных в производстве деталей двигателя.
Как уже указывалось, цилиндр имеет следующие части: а) цилиндрическое тело, служащее для направления движения поршня; б) головка или крышка цилиндра, представляющая собой его верхнюю часть; в) водяная рубашка, окружающая цилиндр; между водяной рубашкой и цилиндром движется вода, охлаждающая стенки цилиндра; г) камера сгорания, представляющая собой верхнюю полость цилиндра, в которой происходит сжатие и сгорание рабочей смеси.
При многоцилиндровом двигателе его цилиндры могут быть выполнены или порознь, или все вместе, или, наконец, в несколько групп.
Отдельное расположение цилиндров, вызывающее значительное удлинение двигателя и его утяжеление, в настоящее время оставлено, и в современных автомобильных двигателях оно совсем не применяется. Исключение представляют лишь двухцилиндровые двигатели мотоциклетного типа, с расположением цилиндров под углом (фиг. 31 — будет помещена в след. №).
Фиг. 24
Подавляющее большинство современных легковых автомобилей имеет двигатели с цилиндрами, исполненными в одно целое, или, как говорят, в одном блоке, как это и представлено на всех приведенных выше фигурах. При этом число цилиндров, исполненных в одном блоке, достигает восьми; на фиг. 24 представлен общий вид двигателя с восемью цилиндрами, расположенными в ряд и исполненными в одном блоке.
Фиг. 25
В грузовых автомобилях, имеющих более тяжелые двигатели, работающие большую часть своего времени на нагрузке, близкой к максимальной, цилиндры исполняются или попарно, или по три штуки в одном блоке. На фиг. 25 представлен последний случай расположения цилиндров; здесь 6 цилиндров разбиты на 2 блока, по три штуки в каждом; на фиг. 26 дан пример попарного расположения цилиндров.
Далее по своему конструктивному выполнению цилиндры автомобильного двигателя могут быть разделены на две группы: а) цилиндры, исполненные вместе со своей верхней частью — головкой и б) цилиндры с от'емной головкой. При этом в последнем случае цилиндры выполняются или отдельно от картера и затем привертываются к нему болтами, или же вместе с верхней половиной картера.
Фиг. 26
На фиг. 2 и 26 представлены случаи исполнения цилиндров в одно целое со своей головкой. На фиг. 27 дан отдельный вид двухцилиндрового блока такой конструкции: А — общий вид блока, Б — разрез по оси цилиндра, В — разрез по клапанам. При такой конструкции цилиндров над клапанами, как это видно из фиг. 2, 26 и 27, делаются ввертные пробки, через которые можно заложить клапаны внутрь цилиндра и вынуть их обратно.
Согласно фиг. 2, 26 и 27, конструкция цилиндров, исполненных в одно целое с головкой, получается очень сложной и трудной в производстве, главным образом в смысле получения хорошей отливки; производственные затруднения получаются особенно большими, когда в одном блоке выполнено 6 или даже 8 цилиндров. Поэтому почти все современные блочные конструкции цилиндров выполняются с от'емной крышкой.
Фиг. 27
Общий вид четырехцилиндрового блока со снятой крышкой представлен на фиг. 28; в этом случае отливка получается значительно проще; пробки для выемки и постановки клапанов отсутствуют. На фиг. 1, 4, 24 и 25 представлены двигатели, имеющие цилиндры также с от'емной крышкой. Для получения необходимой плотности соединения между крышкой и верхней плоскостью цилиндров кладется прокладка, обычно исполняемая из тонкого слоя асбеста, обернутого медной фольгой — так называемая медно-асбестовая прокладка. Это прокладка имеет то же очертание, что и крышка цилиндров, она зажимается между цилиндрами и крышкой при помощи ряда шпилек, которые видны на фиг. 28 и которые соединяют крышку с цилиндрами в одно целое.
Фиг. 28
При от'емной крышке отливка цилиндров настолько упрощается, что цилиндры довольно часто в этом случае выполняют в одно целое с верхней половиной картера; такой случай и представлен на фиг. 1. Этим уничтожается один горизонтальный раз'ем двигателя, что удешевляет последний и отчасти упрощает уход за ним.
Наконец, по своему конструктивному выполнению цилиндры могут быть подразделены еще на две группы: а) цилиндры, в которых рабочая часть выполнена в одно целое с общим основанием цилиндра и с водяной рубашкой и б) цилиндры со вставными гильзами.