Кривошипно-шатунный механизм

Кривошипно-шатунный механизм предназначен для преобразования возвратно-поступательного движения поршней, принимающих на себя давление газов, во вращательное движение коленчатого вала. Его детали можно разделить на группы: неподвижные и подвижные. К первым относится блок цилиндров, головка блока, крышка блока распределительных зубчатых колес и поддон; ко вторым - поршень с кольцами и поршневым пальцем, шатун, коленчатый вал, маховик.

Основной частью всего двигателя и кривошипно-шатунного механизма в частности является блок цилиндров. На нем и внутри него расположены основные механизмы и детали систем двигателя. В цилиндре совершается рабочий цикл двигателя. У ГАЗ-53А блок цилиндров отлит из алюминиевого сплава АЛ-4. В правой и левой частях блока расположены гнезда для съемных гильз цилиндров. Эти гильзы выполнены из серого чугуна и имеют износостойкие вставки в верхней части.

Для каждого ряда цилиндров предназначена отдельная головка, отлитая из алюминиевого сплава, которая крепится к блоку 18 шпильками. В головках цилиндров располагаются камеры сгорания. Для каждого клапана в головке цилиндров выполнены отдельные каналы. Впускные и выпускные клапаны установлены через один, чтобы избежать соседнего расположения двух выпускных каналов, через которые проходит большой поток горячих отработавших газов

Поддон состоит из двух частей: верхней и нижней. Верхнюю отливают как одно целое с блоком цилиндров. В ней устанавливают коленчатый и распределительный валы. Нижняя предохраняет от загрязнения детали кривошипно-шатунного и газораспределительного механизмов и используется как резервуар для масла, закрывает блок цилиндров снизу.

Рабочий цикл четырехтактного карбюраторного двигателя состоит из следующих тактов:

· впуск горючей смеси,

· сжатие рабочей смеси,

· рабочий ход,

· выпуск отработавших газов.

      Горючей смесью называется смесь мелко распыленного бензина с воздухом  в определенной пропорции.

      При такте впуска поршень от верхней мертвой точки перемещается к нижней мертвой точке. Объем над поршнем увеличивается. Цилиндр заполняется горючей смесью через открытый впускной клапан. Иными словами, поршень всасывает горючую смесь. Впуск смеси продолжается до тех пор, пока поршень не дойдет до нижней мертвой точки. За первый такт работы двигателя кривошип коленчатого вала поворачивается на пол-оборота.

      В процессе заполнения цилиндра горючая смесь перемешивается с остатками отработавших газов, теперь эта смесь называется – рабочая.

Второй такт - сжатие рабочей смеси

При такте сжатия поршень от нижней мертвой точки перемещается к верхней мертвой точке.

Оба клапана плотно закрыты и поэтому рабочая смесь сжимается. Давление в цилиндре над поршнем в конце такта сжатия достигает 9 - 10 кг/см2, а температура 300 - 400С.

В процессе такта сжатия коленчатый вал двигателя поворачивается на очередные пол-оборота. А в сумме, от начала первого такта и до окончания второго, он повернется уже на один оборот.

Третий такт - рабочий ход.

Во время третьего такта происходит преобразование выделяемой при сгорании рабочей смеси энергии в механическую работу. Давление от расширяющихся газов передается на поршень и затем, через шатун и кривошип, на коленчатый вал. Возникающая сила заставляет вращаться коленчатый вал двигателя и, в конечном итоге, ведущие колеса автомобиля.

В самом конце такта сжатия, рабочая смесь воспламеняется от электрической искры, проскакивающей между электродами свечи зажигания. В начале такта рабочего хода, сгорающая смесь начинает активно расширяться. А так как впускной и выпускной клапаны все еще закрыты, то расширяющиеся газы давят на подвижный поршень. Поршень под действием этого давления, достигающего 40 кг/см2, начинает перемещаться к нижней мертвой точке. При этом на всю площадь поршня давит сила 2000 кг и более, которая через шатун передается на кривошип коленчатого вала, создавая крутящий момент. При такте рабочего хода, температура в цилиндре достигает 2000 градусов и выше. Коленчатый вал при рабочем ходе поршня делает очередные пол-оборота.

Четвертый такт - выпуск отработавших газов

При движении поршня от нижней мертвой точки к верхней мертвой точке, открывается выпускной клапан (впускной все еще закрыт) и отработавшие газы с огромной скоростью выбрасываются из цилиндра двигателя. Коленчатый вал двигателя - при такте выпуска делает еще пол-оборота. И всего, за четыре такта рабочего цикла, он сделал два полных оборота.

После такта выпуска начинается новый рабочий цикл, и все повторяется: впуск – сжатие – рабочий ход – выпуск... и так далее.

Полезная механическая работа совершается двигателем только в течение одного такта - рабочего хода! Остальные три такта называются подготовительными (выпуск, впуск и сжатие) и совершаются они за счет кинетической энергии маховика, вращающегося по инерции.