Блок цилиндров — базовая деталь двигателя, в которой объединены все цилиндры. На нем расположены все-другие детали (рис. 10). В зависимости от конструкции двигателя цилиндры могут быть расположены в один ряд (автомобили «Жигули». «Москвич», «Волга») или V-образно (автомобиль «Запорожец») по два цилиндра в ряд. Поэтому двигатели называют либо рядными, либо V-образными.
Рис. 10. Четырехцилиндровый двигатель
В нижней части блока цилиндров расположен картер двигателя с внутренними поперечными перегородками, являющимися ребрами жесткости. В них установлен коленчатый, а иногда и распределительный валы.
Если в двигателе жидкостное охлаждение, то в блоке предусмотрены каналы и полости, по которым циркулирует жидкость для охлаждения наиболее нагретых деталей. Это пространство получило название рубашки охлаждения. Снизу картер закрыт поддоном, служащим одновременно ванной для масла.
Блок цилиндров может быть отлит из чугуна, а может и из алюминиевого сплава с вставными чугунными гильзами. В верхней части блока цилиндров и в перегородке отлиты и расточены отверстия для гильз цилиндров. Гильзы могут быть мокрыми, если они омываются охлаждающей жидкостью, и сухие, если они с охлаждающей жидкостью не соприкасаются.
Гильза отливается из чугуна (иногда она бывает составная) и тщательно обрабатывается. При ее установке в блок добиваются тщательного уплотнения, чтобы газы не пробивались из цилиндра, а охлаждающая жидкость не попадала ни в цилиндр, ни в поддон.
Верхняя часть цилиндров делается съемной. Она на шпильках крепится к блоку и называется головкой блока цилиндров. Между головкой и блоком цилиндров устанавливается уплотняющая прокладка. В головке цилиндров предусмотрены рубашка охлаждения, камеры сгорания, отверстия для свечей зажигания. Если на двигателе применена конструкция с верхнеклапанным газораспределительным 'механизмом, то в головке цилиндров выполнены дополнительно впускные и выпускные каналы. Здесь же крепятся детали газораспределительного механизма. В свою очередь головка цилиндра накрыта крышкой с прокладкой из маслостойкой резины.
Поршень — ответственная деталь кривошипно-шатунного механизма. Он воспринимает давление газов при рабочем ходе и передает усилие через палец на шатун.
Поршень в цилиндре движется неравномерно: в верхней и нижней мертвой точках он неподвижен, а в середине хода скорость достигает максимальной величины, т. е. при его движении возникают большие силы инерции. Чтобы их уменьшить, поршень стараются сделать легче. А для этого его отливают из алюминиевого сплава.
В период сгорания рабочей смеси поршень подвергается также воздействию высоких температур отработавших газов. Много тепла выделяется и при трении поршня о стенки цилиндра.
Нагреваются разные части поршня по-разному: верхняя — больше, нижняя — меньше. А если учесть, что отлит он из алюминиевого сплава, металла, который больше других расширяется при нагревании, то станет ясным,что в этом случае возможно заклинивание поршня. Чтобы этого не произошло, между поршнем и цилиндром должен быть зазор (рис. 11, а).
Но тогда при рабочем ходе газы будут прорываться через этот зазор в картер двигателя, а поршни стучать. Особенно это заметно при работе холодного двигателя. Чтобы холодные поршни не стучали, их юбки (нижняя часть) отливают овальными, а в самой юбке делают разрез. Ну, а чтобы газы не прорывались в картер, на кольцевые выточки головки поршня надевают компрессионные кольца (рис. 11, б). Ниже их на поршень устанавливают маслосъемное кольцо, которое при движении поршня вниз сбрасывает масло со стенок цилиндра и препятствует попаданию его в камеру сгорания.
Рис. 11. Схема уплотнения поршня
Кольца изготавливают из легированного чугуна или стали. В свободном состоянии диаметр поршневого кольца больше внутреннего диаметра цилиндра, поэтому поставленное на поршне и введенное в цилиндр в сжатом состоянии поршневое кольцо, разжимаясь, плотно прилегает к поверхности цилиндра. Разрез кольца называют замком. Чтобы кольцо при нагревании не заклинило в цилиндре, в замке делают зазор.
Верхнее компрессионное кольцо работает в особо тяжелых условиях (при высокой температуре, большом давлении, недостатке смазки) и изнашивается быстрее других, поэтому на заводах оно подвергается особой обработке. Маслосъемные кольца бывают чугунные и стальные. Чугунные маслосъемные кольца отличаются от компрессионных тем, что на их наружной поверхности сделана кольцевая выточка и просверлены отверстия для масла. В последнее время получили распространение составные стальные кольца Они с большей силой прижимаются к стенке цилиндра, лучше очищают его от излишнего масла.
Поршень с шатуном связан поршневым пальцем. Поршневой палец во время работы подвергается трению и большим переменным по величине и направлению механическим нагрузкам, поэтому он должен быть прочным, износостойким и легким. Изготавливают его в виде толстостенной трубки. Наружную поверхность пальца закаливают (или цементируют), шлифуют и полируют.
Шатун при помощи поршневого пальца связывает поршень с шатунной шейкой коленчатого вала. Шатун превращает возвратно-поступательное движение поршня во вращение коленчатого вала. Он передает усилие от поршня к коленчатому валу при рабочем ходе (расширении) и от коленчатого вала к поршню при всех остальных тактах. Подвергается воздействию больших переменных по величине и направлению нагрузок (сжатие, растяжение и изгиб), поэтому шатун должен быть очень прочным и жестким и в то же время легким, чтобы уменьшить силы инерции, о которых мы говорили выше.
Шатун состоит из стержня двутаврового сечения, на концах которого расположены две головки. В верхнюю головку вставляется поршневой палец, а нижняя разъемная головка надевается на шатунную шейку коленчатого вала. Для уменьшения трения в нижнюю головку шатуна устанавливаются тонкостенные вкладыши, а в верхнюю запрессовывается бронзовая втулка.
Коленчатый вал —очень ответственная деталь. Он воспринимает усилия от всех поршней. Крутящий момент на коленчатом валу в дальнейшем используется для движения автомобиля. Коленчатый вал состоит из шатунных и коренных шеек, щек, соединяющих шейки, и противовесов. Коленчатый вал на подшипниках скольжения (на вкладышах) вращается в блоке цилиндров. На каждой шатунной шейке также на вкладышах крепится один шатун, если в двигателе рядное расположение цилиндров, и по два шатуна, если расположение V-образное.
Форма коленчатого вала зависит от числа и расположения цилиндров, порядка работы и числа тактов двигателя. Коленчатый вал отливают из высокопрочного чугуна или штампуют его из легированной стали.
Маховик, как было сказано выше, уменьшает неравномерность работы двигателя. За счет накопленной им энергии в течение рабочего хода поршни проходят мертвые точки и выполняются впуск, сжатие рабочей смеси и выпуск отработавших газов. Более того, на маховик напрессовывают зубчатый венец, который используется для пуска двигателя стартером. На него устанавливают сцепление, предназначенное для разъединения коленчатого вала с трансмиссией.
В многоцилиндровых двигателях в отличие от одноцилиндровых рабочий ход совершается при каждом полуобороте (в частности, в четырехцилиндровом) коленчатого вала. Значит, потребность в большом маховике не стоит так остро. Именно поэтому в многоцилиндровых двигателях устанавливается маховик сравнительно небольшой массы. .Маховик отливают из серого чугуна так, что наибольшая масса его располагается на ободе.
Крепление двигателя. Крепление двигателя к раме или кузову должно быть 'надежным, но не жестким, поэтому двигатель обычно устанавливается на резиновых подушках и крепится болтами. Чтобы при торможении или резком трогании с места двигатель не смещался, между ним и рамой автомобиля помещают реактивную штангу (не всегда).