Кривошипно-шатунный механизм тронкового ДВС состоит из следующих основных деталей: поршня, поршневого пальца, шатуна и коленчатого вала. В крейцкопфных ДВС в состав кривошипно-шатунного механизма дополнительно входит шток и крепящиеся к нему ползуны. В зависимости от мощности двигателя ползунов может быть до четырех.
Поршень воспринимает усилие от давления газообразных продуктов сгорания и передает его через поршневой палец и шатун коленчатому валу.
Поршни двигателей в зависимости от конструкции разделяются на поршни тронковых ДВС, крейцкопфных ДВС и ДВС двойного действия. Поршни изготавливают цельными и составными, применяемыми в двигателях большой мощности с диаметром цилиндра более 400 мм. Цельные поршни отливают из чугуна или алюминиевых сплавов. Головки составных поршней изготавливают из специального жаростойкого чугуна или стали, а тронки — из чугуна. Поршни из алюминиевых сплавов применяют в основном в быстроходных двигателях. Они хорошо отводят тепло от сильно нагретой головки и за счет меньшей массы позволяют значительно снизить инерционные усилия, возникающие во время движения поршня в цилиндре.
Поршень тронкового типа четырехтактного ДВС:

На рисунке показан поршень тронкового типа четырехтактного двигателя, который состоит из верхней части — головки 1 и цилиндрической направляющей, называемой тронком или юбкой 8 .
Поршень тронкового типа соединяется с шатуном 7 шарнирно при помощи поршневого пальца 5 , располагающегося в бобышках 3 . Для предотвращения попадания масла, вытекающего из головного подшипника 4 , на днище поршня и образования на нем нагара устанавливается экран 10 . На головке и юбке поршня протачиваются канавки для установки уплотнительных 2 и маслосъемных 9 колец. Излишки масла, снимаемые с поверхности рабочей втулки, стекают в картер через отверстия 6 , расположенные по всей окружности поршня. Выемка поршня из цилиндра осуществляется с помощью рым-болтов, ввинченных в отверстия 11 .
Составной поршень двухтактного ДВС:

На рисунке представлена конструкция составного поршня двухтактного ДВС. Поршень состоит из съемной головки 1 с шестью уплотнительными кольцами 3 ; юбки 10 с двумя маслосъемными кольцами 11 ; вставки 5 , в которой расположено гнездо для верхнего вкладыша головного подшипника. Головка поршня, юбка и вставка стягиваются между собой длинными шпильками 8 . Палец 7 , жестко соединенный с шатуном 12 , устанавливается в головном подшипнике, нижняя крышка которого состоит из двух половинок и крепится при помощи шпилек 9 . На направляющей части юбки в специальных канавках установлены и расчеканены латунные кольца 6, предназначенные для лучшей приработки рабочей втулки и увеличения сроков работы цилиндро-поршневой группы. Головка поршня охлаждается маслом, которое подается к ней через телескопические трубки. В полости охлаждения масло проходит между стенкой головки и вытеснителем 2 , имеющим в верхней части спиральный канал, улучшающий циркуляцию. Центральное отверстие 4 служит для отвода масла из полости охлаждения в сливную магистраль. Подача масла для смазки головного подшипника и охлаждения пальца производится из полости охлаждения головки поршня через специальные отверстия.
Принудительное охлаждение чугунных поршней водой или маслом используют в ДВС с диаметром цилиндра 300—400 мм и более. Эффективность отвода тепла водой более чем в 2 раза выше, чем маслом. Однако водяное охлаждение поршней не нашло широкого применения из-за трудности обеспечения герметичности охлаждающего устройства. Водяное охлаждение используется в мощных двухтактных двигателях с повышенным давлением наддува и большим диаметром цилиндра, когда при масляном охлаждении не удается обеспечить допустимые температуры днища. Охлаждающая жидкость (вода, масло) подводится к поршням по телескопическим и шарнирным качающимся трубкам, а также через осевое отверстие шатуна и специальное сопло, закрепленное на его верхней головке (струйное охлаждение). Струйное охлаждение поршней применяется в тронковых ДВС небольшой мощности. Подача воды для охлаждения поршней осуществляется только по телескопическим трубкам.
Поршневые кольца служат для предотвращения прорыва газов из камеры сгорания в картер, а также для отвода части тепла к стенке рабочей втулки, охлаждаемой водой. Кроме того, они регулируют распределение масла по стенкам втулки и предотвращают его попадание в камеру сгорания. В зависимости от быстроходности двигателя число поршневых колец колеблется от трех до семи. Большее число колец устанавливается на поршнях тихоходных двигателей. Поршневые кольца изготавливаются из высококачественного чугуна. Твердость поршневых колец должна быть несколько выше твердости рабочей втулки.
Поршневые уплотнительные кольца могут иметь прямоугольное, коническое, трапецеидальное сечение, а также с бронзовым пояском. Наиболее широкое применение нашли уплотнительные самопружинящие кольца прямоугольного сечения. В свободном состоянии диаметр такого кольца больше диаметра рабочей втулки, поэтому после установки в цилиндр кольцо оказывает определенное давление на его стенки. Во время работы двигателя кольцо дополнительно прижимается к рабочей поверхности давлением газов, проникающих через зазоры.
Поршневые маслосъемные кольца могут быть коническими, коробчатыми и скребковыми (двойными).
Наиболее распространенные формы замков поршневых колец показаны на рисунке:

В быстроходных двигателях применяются преимущественно кольца с косыми и прямыми замками, в тихоходных — с косыми и ступенчатыми. Поршневые кольца устанавливаются в канавках (кепах) с определенными зазорами (по высоте и в замках), достаточными для компенсации их расширения при нагревании. Два верхних кольца должны иметь несколько больший зазор, чем остальные. Величины зазоров приводятся в инструкциях по эксплуатации двигателей.
Поршневые пальцы воспринимают большие динамические нагрузки от поршня и передают их шатуну. Их изготавливают сплошными и полыми (для уменьшения массы) из малоуглеродистой или низколегированной стали с содержанием углерода 0,1—0,2%. После обработки пальцы подвергают поверхностной цементации и закалке. При сборке с поршнем палец устанавливается в бобышках с небольшим натягом и закрепляется от проворачивания стопорными болтами, шпильками или шпонками.
В современных двигателях чаще всего применяют плавающий палец , который не крепится в бобышках и может поворачиваться вокруг своей оси. Плавающий палец в отличие от фиксируемого изнашивается равномерно, что увеличивает срок его службы.
Шатуны предназначены для передачи усилия давления газов на поршень коленчатому валу. Они должны быть прочными,надежными, достаточно жесткими и иметь возможно меньшую массу. Шатуны отковываются или штампуются из высококачественной углеродистой или легированной стали. В тихоходных двигателях большой мощности стержень шатуна, как правило, круглого сечения, в быстроходных — двутаврового. Последнее позволяет уменьшить массу и силы инерции шатуна при сохранении его высокой прочности.
Шатун ДВС со стержнем двутаврового сечения:

На рисунке изображен шатун двигателя со стержнем двутаврового сечения. Он состоит из верхней неразъемной головки 1 , стержня 2 и нижней разъемной головки 4 . В верхней головке установлен головной подшипник 12 , который (в двигателях малой и средней мощности) представляет собой бронзовую втулку. Втулка запрессовывается в головку и от проворачивания может крепиться шпильками.
В двигателях большой мощности головной подшипник делают разъемным, состоящим из двух половинок, а вместо бронзовых вкладышей часто применяются стальные, залитые баббитом.
В нижней разъемной головке 4 устанавливается шатунный подшипник, состоящий из верхнего 11 и нижнего 5 стальных вкладышей, залитых баббитом. Вкладыши шатунных подшипников могут быть залиты также свинцовистой бронзой или алюминиево-никелевым сплавом. Шатунный подшипник стягивается шатунными болтами 3 и корончатыми гайками 8 . Для предотвращения самоотвинчивания гаек ставятся шплинты 7 . От проворачивания шатунного болта при завинчивании гайки предусмотрен штифт 10 , который, выступая, упирается в специально сделанную грань на головке болта и фиксирует его в определенном положении.
Для регулирования величины масляного зазора в разборных подшипниках, залитых баббитом, в разъемы между их половинками устанавливают наборы прокладок разной толщины. При увеличении зазоров в подшипниках, залитых свинцовистой бронзой или алюминиево-никелевым сплавом, выше допустимых вкладыши заменяют новыми.
Штифты 9 служат для фиксации крышки 6 нижней головки шатуна относительно ее верхней части 4 .
Шатуны крейцкопфных двигателей имеют верхние головки вильчатого и безвильчатого типа. Более широко используются шатуны первого типа.
Вильчатый шатун крейцкопфного ДВС:

У них верхняя часть стержня заканчивается вилкой, на которой устанавливаются два головных подшипника, залитых баббитом. У шатунов второго типа стержень заканчивается фланцем, к которому крепятся два головных подшипника. Шатуны ДВС большой мощности в основном имеют отъемную нижнюю головку 2 . Между головкой и пяткой шатуна 1 устанавливается компрессионная планка 3 за счет ее толщины регулируют объем камеры сжатия (сгорания). Нижняя головка в данном случае не имеет вкладышей, поэтому баббит наплавлен непосредственно на поверхность верхней и нижней ее частей.
В быстроходных ДВС нижняя головка шатуна часто имеет косой разъем, что уменьшает ее ширину и позволяет вынимать поршень с шатуном через рабочий цилиндр. Шатунные болты выдерживают большие усилия и работают в условиях переменной нагрузки. Их разрыв, как правило, сопровождается значительными разрушениями основных деталей двигателя. В двухтактных ДВС шатунные болты работают только на растяжение от силы затяжки гаек, в четырехтактных — испытывают знакопеременную нагрузку, так как во время процесса впуска свежего воздуха и выпуска продуктов сгорания движущая сила изменяет свое направление. Шатунные болты изготавливают из прочного вязкого материала. Для изготовления болтов быстроходных ДВС используют никелевую и хромоникелевую стали, а для малооборотных мощных ДВС применяют углеродистую сталь. После изготовления и обработки шатунные болты точно подгоняют по отверстиям в нижней головке шатуна. Для этой цели болты имеют от одного до трех посадочных поясков.
Смазка подшипников верхней и нижней головок шатуна осуществляется по циркуляционной масляной системе через каналы в рамовых и шатунных шейках коленчатого вала. К головному подшипнику масло подается из шатунного подшипника по отверстию в шатуне или по специальной трубке, прикрепленной к его стержню.
Поршневые штоки крейцкопфных двигателей служат для соединения поршней с ползунами. Во время работы двигателя они испытывают большие нагрузки, поэтому их изготавливают из углеродистой стали. Для уменьшения массы штока по его оси просверливают канал, который часто используется для подвода и отвода масла, охлаждающего головку поршня. В этом случае в шток вставляется трубка из латуни или из нержавеющей стали, по которой отводится масло, а его подвод осуществляется по кольцевому каналу, образованному между трубкой и штоком. Пресная вода в качестве охлаждающей жидкости используется очень редко, так как требует защиты внутренней поверхности штока от коррозии.
Верхняя часть штока отковывается в виде фланца, при помощи которого он соединяется с головкой поршня. Нижняя часть штока может иметь фланец, цилиндрический или конусный хвостовик с гайками. С помощью фланца или хвостовика с гайками шток своей нижней частью соединяется с поперечиной (крейцкопфом) ползуна. Стержень штока имеет круглое сечение, что облегчает создание уплотнения при его проходе через сальник, установленный в диафрагме, отделяющей картер от нижней полости цилиндра. Тем самым предотвращаем проникновение циркуляционного масла из картера в цилиндры и продувочные ресиверы двухтактных ДВС, а также исключаются попадание загрязненного масла из цилиндров в картер.
Крепление штока к поперечине ползуна цилиндрическим хвостовиком с гайкой показано на рисунке:

Поперечина 2 жестко соединяется с ползуном 3 при помощи болтов 6 и шпонки 4 , передающей усилие от поперечины на ползун. Шток 1 крепится к поперечине при помощи хвостовика и гайки 5 . Ползун воспринимает боковое усилие от шатуна и обеспечивает прямолинейное движение штока 1 и поршня. Ползуны отливают из стали, а их трущиеся поверхности заливают баббитом Б83.
В зависимости от расположения трущихся поверхностей относительно поперечины (крейцкопфа) различают односторонние и двухсторонние ползуны. Односторонние ползуны при работе двигателя на передний ход передают нормальное давление на параллели основной опорной поверхностью, а при работе на задний ход — уменьшенными затылочными опорными поверхностями, расположенными на его обратной стороне. Крейцкопфный механизм с двусторонними ползунами сложнее, чем с односторонними, но имеет ряд преимуществ, основным из которых является меньший износ ползунов.
Коленчатый вал является наиболее ответственной и дорогостоящей деталью двигателя. Во время работы коленчатый вал подвергается действию сложных изгибающих и скручивающих сил. Он воспринимает усилия от шатунов и передает вращающий момент гребному винту.
Коленчатые валы выполняются цельноковаными и составными, состоящими из двух и более частей, соединяемых при помощи фланцев. Составные валы используются в тихоходных ДВС большой мощности. В этих двигателях нередко применяются коленчатые валы с составными коленами. Шейки и щеки таких валов изготавливаются отдельно. При сборке валов шейки запрессовывают при слабом нагреве (200—250 С) и соответствующем натяге, обеспечивающем прочность соединения даже без постановки шпонок. Коленчатые валы судовых двигателей отковывают из углеродистой и легированной стали. Иногда валы отливают из стали и специального чугуна.
Взаимное расположение кривошипов зависит от тактности двигателя и от числа цилиндров. При этом стремятся достигнуть наиболее равномерного вращения коленчатого вала и наилучшего уравновешивания сил инерции движущихся частей ДВС. Основные размеры кривошипа должны обеспечивать необходимую прочность и жесткость вала и получение допустимых удельных давлений на шатунные и рамовые подшипники.
Щеки кривошипа могут иметь различную форму: прямоугольную, овальную, круглую, восьмигранную и т. д. Наиболее простой в изготовлении является щека прямоугольной формы, наиболее сложной — овальная. Однако последняя является наиболее рациональной в отношении прочности, равномерного распределения напряжений и массы. Для того чтобы разгрузить рамовые подшипники от неуравновешенных сил инерции вращающихся масс кривошипа, а также для уравновешивания свободных сил инерции или их моментов, коленчатые валы двигателей часто снабжаются противовесами, которые крепятся к щекам различными способами при помощи болтов. В быстроходных двигателях противовесы могут быть откованы заодно с коленчатым валом.
Коленчатый вал четырехтактного ДВС:

На рисунке показан цельнокованый коленчатый вал восьмицилиндрового четырехтактного ДВС. Угол между его кривошипами составляет 90 градусов. Для уменьшения массы вала шатунные и рамовые шейки имеют осевые каналы 5 , которые закрыты с торцов заглушками 3 , стянутыми болтами 2 . Один из концов коленчатого вала имеет фланец, который отковывают заодно с валом. Он служит для соединения двигателя с потребителем энергии. К этому фланцу своей ступицей 11 крепится маховик 12 , способствующий более равномерному вращению ДВС. Его положение фиксируется штифтами 10 .
Маховики диаметром до двух метров отливаются из чугуна цельными, более двух метров — изготавливаются составными. На ободе маховика нарезан зубчатый венец для соединения с валоповоротным устройством, служащим для проворачивания вала во время ремонтных работ, регулирования ДВС и т. д. Кроме того, на ободе рисками отмечены в. м. т всех цилиндров и нанесены риски от нуля до 360 градусов, что облегчает проверку и регулирование фаз газораспределения и топливоподачи. Между последним кривошипом и концевым фланцем на валу имеется упорный гребень 7 , фиксирующий положение коленчатого вала на фундаментной раме. Между конусной поверхностью упорного гребня и хомутом 9 крепится шестерня 8 привода распределительного вала. На левом конце коленчатого вала установлена шестерня 1 привода масляного насоса. Смазочное масло под определенным давлением подводится (через штуцер) к рамовым подшипникам, из которых через один или два радиальных канала в каждой рамовой шейке поступает во внутренние каналы 5 вала. Из нее по каналам 4 в щеках кривошипов масло попадает во внутреннюю полость шатунных шеек и по радиальным каналам в них направляется для смазки шатунных подшипников. Выход коленчатого вала из картера уплотняется маслосгонной резьбой 13 , предотвращающей утечки масла по валу. Коленчатый вал имеет противовесы, откованные заодно со щеками 6 кривошипов.

Поршневой шток (в крейцкопфных дизелях) служит для соединения поршня с поперечиной крейцкопфа и передачи ей силы давления газов.
Механические нагрузки (движущая сила Р) вызывают в штоке двухтактного дизеля напряжения сжатия и его продольный изгиб. К конструкции штока предъявляют два основных требования: высокая продольная жесткость и износостойкость рабочей поверхности.
Материал штоков: углеродистая или легированная сталь. Конструкции штоков показаны на рис. 6.6 и 8.16. Верхняя часть штока для соединения с поршнем выполнена в виде одного (см. рис. 6.6 — а, б,д,ж) или двух (см. рис. 6.6 — в) фланцев с кольцевой опорной поверхностью, а нижняя часть — в виде хвостовика или фланца (рис. 6.6 -в) для соединения с поперечиной крейцкопфа. Соединение при помощи фланца повышает прочность и жесткость поперечины
крейцкопфа и позволяет применять крейцкопфные подшипники со сплошной нижней половиной (дифференциального типа).Поперечное сечение штока может быть сплошным (см. рис. 6.6 — д, ж) или полым (см. рис. 6.6 — а,б). Сверление штока уменьшает его массу и оно используется для подвода охлаждающей жидкости к головке поршня. Для этого в полости штока закрепляют трубку 7 (рис. .6.6 — а), 10 (рис.6.6- в), а при охлаждении поршня водой для предотвращения коррозии в сверление штока запрессовывают вторую трубку.

Для улучшения охлаждения штока охладитель обычно подводят к поршню по кольцевому каналу между трубкой и стенкой штока, а отводят по трубке (см. рис. 6.6 — 6, в).

Уплотнение штока в диафрагме осуществляется сальником. В корпусе сальника в специальных обоймах установлены разрезные чугунные кольца, стянутые спиральными пружинами 1 (см. рис. 8.17 — а). Верхнее кольцо имеет конусную фаску на нижней кромке, а нижнее кольцо — на верхней кромке.

При ходе поршня вверх нижнее кольцо острой кромкой снимает со штока циркуляционное масло и сбрасывает его в картер, а при ходе поршня вниз — верхнее кольцо снимает со штока грязное цилиндровое масло, которое по каналу между обоймой и корпусом сальника отводится в подпорш-невую полость или дренажную систему. Среднее кольцо имеет прямоугольное сечение, является уплотнительным и предотвращает прорыв продувочного воздуха в картер.

В другой конструкции сальника (см. рис.8.17 — 6) имеются два уплотнительных кольца 1 и два маслосъемных кольца 7. Уплотнительные чугунные кольца состоят из двух частей со ступенчатыми замками и прижимаются к штоку стальными пружинами 2, а маслосъемные кольца — из трех частей (сегментов), стягиваемых спиральными пружинами б. Верхнее маслосъемное кольцо имеет кольцевую выточку для отвода масла в закольце-вую полость и далее по каналу 5 в картер. Камера 3 между уплотнительными и маслосъемными кольцами соединяется каналом 4 и трубопроводом с контрольным краном на посту управления дизелем. Выход из крана продувочного воздуха свидетельствует о неудовлетворительной работе уплотнительных колец, а большой выход масла — маслосъемных колец.