Кривошипно-шатунный механизм один из важнейших узлов двигателя. Его функционирование обеспечивается четким сопряжением большого числа деталей. Рассмотрим устройство КШМ, базовые неисправности и порядок обслуживания.
КШМ — это
Кривошипно-шатунный механизм ДВС трансформирует возвратно-поступательный ход поршней в прокручивание коленвала и в противоположном порядке.
Также в силовой установке предусмотрен газораспределительный механизм, преобразующий вращение распредвала в поступательное перемещение клапана.
Устройство кривошипно-шатунного механизма
Механизм КШМ – это подвижные и статичные элементы.
Первая категория:
- поршень с колечками и пальцем
- шатун
- коленвал с подшипниками (кривошип)
- маховик.
Детали второй категории требуются для фиксирования и направления:
- блок цилиндров (БЦ) с картером
- ГБЦ – аббревиатура, обозначающая головка блока цилиндров
- картер маховика и сцепления
- поддон
- гильзы
- крышки, прокладки
- фиксирующие элементы
- кронштейны
- полукольца коленвала.
Кривошипно-шатунный механизм дизеля принципиально не отличается от такового у бензиновых моторов.
Назначение каждого отдельного элемента и принцип работы кривошипно-шатунного механизма разберем детально в следующих пунктах.
Типы КШМ
Разновидности кривошипно-шатунных механизмов:
- центральный или несмещенный
- смещенный
- с прицепным шатуном.
У КШМ двигателя центрального вида ось цилиндра пересекает ось коленвала, у смещенного не пересекает. Она смещена на расстояние a. На представленных схемах разница понятна более наглядно. Если в КШМ есть шатун, который не соединен с шейкой коленчатого вала непосредственно, а закреплен пальцем к соседнему (главному) шатуну, такое механизм называется с прицепным шатуном.
КШМ: подвижные детали
Разберемся в функционале, размещении и методах фиксации подвижных деталей КШМ.
Поршни
Поршни приводятся в движение воспламенением топлива, создающего давление на дно поршня. Современные технологии предусматривают выпуск поршней с вогнутым или выпуклым дном, специализированными клапанными проточками. Выгнутая форма детали в дизельных силовых агрегатах образует камеру сгорания для сжатия смеси воздуха и топлива.
По окружности детали располагается юбка, направляющая поршень при проходе внутри цилиндра. Боковые стенки поршня у дна оснащены пазами под компрессионные кольца, в количестве 2-3 штук. Они герметизируют промежуток между стенками камеры объемного вытеснения и поршнем, блокируя проникновение сгоревших частиц в картер к кривошипно-шатунному механизму. Нижнее колечко — маслосъемное, снимает избытки смазочного вещества со стенок цилиндра. Блокирует просачивание смазки в полость воспламенения топлива
Кольца
Кривошипно-шатунный механизм укомплектован еще одной важной подвижной деталью – поршневыми колечками. Они герметизируют полость между камерой объемного вытеснения ДВС и стенками поршня. Охлаждают поршень отводом избыточной температуры, удаляют избыточную массу смазки во внутренней полости цилиндра.
Кольца разделяются по функционалу:
- Компрессионные – для производства используют сорта чугунных сплавов с повышенной прочностью. На поршне используется три кольца. Они обладают трапецеидальной формой сечения. Скошенная часть размещается по направлению к днищу. Поверхность верхнего колечка обрабатывается пористым хлором, а нижних оловянным слоем. Что обеспечивает лучшую притирку с гильзой блока двигателя.
- Маслосъемные – сечение прямоугольной формы, с размещенными внутри масляными каналами. Через них протекает смазка, снимаемая с вертикальных стенок гильзы.
Поршневой палец
Располагается в поршневом гнезде и верхней части шатуна, фиксируя детали между собой.
Палец кривошипа в зависимости от модификации силового агрегата имеет фиксированный или плавающий крепеж. В первом случае дополнительно применяются стопорные колечки, а во втором палец устанавливается с натяжением.
Для снижения шумности поршневой группы на непрогретом ДВС, допускается смещение до двух миллиметров пальцев по оси. Смещение происходит в посадочном месте пальца кривошипа (в сторону максимальной боковой силы) по отношению к подвижным элементам внутри цилиндра.
Для снижения силы трения и улучшения смазки контактирующих поверхностей, в фиксирующем гнезде пальца (головка шатуна) прессуется бронзовая втулочка. Это облегчает сборочный процесс КШМ, делая его разборным.
Детали механизмы строго подгоняются, фиксируясь болтами и контргайками. Подшипники скольжения из стали (вкладыши с замками) минимизируют фактор трения. Смазочный материал подается на внутреннюю сторону по специализированным каналам. Наружная часть не смазывается, предотвращая проворачивание вкладыша за счет силы трения.
Шатуны
Выполняют функцию соединения коленвала с поршнем.
Конструкция шатуна – перемычка из прочного металла с технологическими отверстиями по краям. Они предназначены для крепления к поршню и к шейке коленвала с противоположных сторон. Поршень фиксируется пальцем кривошипа, обеспечивая перемещение в единой плоскости с цилиндром. Крепеж шатуна к шейке коленвала обеспечивает перемещение перемычки в единой плоскости с поршневой группой.
Коленвал
Кривошипно-шатунный механизм трансформирует возвратно-поступательную работу в крутящий момент посредством коленвала.
Это полноопорная, штампованная деталь. По центру оси устройства размещены опорные шейки, носок вала и фланец для фиксации маховика. Шейки для подсоединения шатунов размещены за пределами оси, и проворачиваются по окружности.
Устройство (схема) коленвала 4-х цилиндрового мотора:
- 4 шейки шатунов – дополнительно очищают смазочное вещество под воздействием центробежной силы внутри элементов КШМ;
- 5 коренных шеек;
- шестерни привода распределительного вала;
- противовесы;
- полукольца – блокируют осевое перемещение;
- резиновые сальники самоподвижного типа.
Маховик
Сбалансированный, чугунный, больших размеров диск с зубчатым венцом, монтируемый на хвостовике коленвала. Маховик поддерживает вращательный процесс коленвала и поршней, исключая их зависание в ВМТ. Для поддержания работы маховика затрачивается часть мощности мотора.
Для производства кожуха маховика применяется серый чугун. Механизм размещается в задней части силового агрегата, закрывая область картера. Для обслуживания зубьев венца предусмотрен смотровой лючок внизу.
Через зубчатый венец маховика стартер раскручивает коленвал, а значит поршни начинают двигаться, подается смесь, и двигатель запускается.
КШМ: неподвижные детали
Неподвижные детали КШМ необходимы для размещения, компоновки, герметизации и направления подвижных элементов.
Рассмотрим предназначение каждой детали.
Блок
Базовое устройство ДВС. Кривошипно-шатунный механизм располагается в специализированных отверстиях (камерах объемного вытеснения) блока. В них ходят поршни и воспламеняется топливо.
Блок – корпус из металла с цилиндрическими проемами, каналами для контура охлаждения, технологическими отверстиями под коленчатый вал. БЦ выливается из алюминиевого или чугунного сплава. Для снижения массы агрегата предусмотрены ребра жесткости.
Гильзы
Кривошипно-шатунный механизм укомплектован гильзами, формирующими полость для рабочего процесса. Гильзы направляют поршни при движении.
Изготавливаются из специализированных разновидностей чугуна, с толстостенной и перлитной структурой. Плоскость внутренняя — зеркало цилиндра, элемента который проходит специальную обработку:
- закалка электротоком высокой частоты;
- шлифовка – ведется до достижения показателя шероховатости 0.2-0.5 мкм (хонингование, а структура покрытия рабочей части гильз – хон).
Снаружи гильза обладает двумя поясами для фиксации в расточках блока цилиндра. Нижний пояс имеет канавки прямоугольного сечения. Внутрь укладываются колечки уплотнения из эластомеров. Что предотвращает протекание тосола из рубашки охлаждения в картер силового агрегата.
Головка блока
Она крепится к верхней части БЦ для образования полости камеры сгорания. Для наполнения камер в ГБЦ есть клапана, прикрывающие отверстия через которые поступают и удаляются газы. В головке блока расположены механизмы отвечающие за работу клапанов.
Прокладка
Кривошипно-шатунный механизм защищается от воздействия внешних факторов. Одним из элементов защиты является прокладка, установленная между ГБЦ и блоком цилиндров. Она не допускает разгерметизацию указанного промежутка. Прокладка представляет собой пластину, толщиной 1.4 мм, изготовленную из асбостали.
Каемки отверстий прокладки под цилиндры укрепляют листовой сталью, а под каналы охлаждения – медью. Прокладку возможно уложить на шпильки только в одном положении.
Картер
Важнейший элемент конструкции кривошипно-шатунного механизма. Картер составная часть корпуса ДВС, расположенная снизу БЦ. В промежутке устанавливается коленвал. Картер производится из прочных чугунных и алюминиевых сплавов с большой жесткостью. Что позволяет выдерживать повышенные эксплуатационные температуры и нагрузки.
Картер разделен на сегменты перегородками. В соответствующих областях размещаются цилиндры. Внутри картера располагаются:
- опоры коленвала;
- цилиндры;
- некоторые устройства газораспределительного механизма;
- маслонасос;
- балансировочные валы;
- компоненты системы смазки и каналы охлаждения;
- вспомогательные механизмы.
Верхняя область картера оснащена рядами отверстий под цилиндры. Они размещены под прямым углом, обладая привалочной плоскостью.
Принцип работы КШМ
Функционирование ДВС основано на использовании энергии, получаемой при горении топливной смеси. Кривошипно-шатунный механизм преобразует контролируемые взрывы в полезную работу.
Принцип функционирования КШМ:
- В камеры объемного вытеснения (сгорания) подается топливо и воздух, воспламеняющееся от искры свечи. Процесс занимает доли секунд, сопровождаясь значительным расширением воздуха.
- Воспламенение топлива происходит в момент размещения поршня в ВМТ. После детонации бензина или солярки, поршень резко перемещается вниз в прямолинейном направлении.
- Поршень сопряжен с коленвалом посредством шатуна, передвигающегося в одной плоскости. Соединение шатуна с поршнем и шейкой коленвала подвижно. Под давлением поршня, шатун по касательной передает вращающий момент на коленвал, который начинает крутиться.
- Возврат поршня в ВМТ посредством возвратно-поступательного движения, утягивает за собой коленвал. Степень силы перемещения поршня из НМТ в ВМТ поддерживается запасом энергии маховика.
Для вступления в работу КШМ предусмотрен стартер. Он раскручивает маховик через зубчатую связь шестерен до момента завода ДВС.
Частые неисправности
Кривошипно-шатунный механизм эксплуатируется в критических условиях. Повышенная температура, нагрузка, нарушение регламентов обслуживание ДВС, нередко приводят к повреждению КШМ. Рассмотрим базовые неисправности устройства.
Стук
Фиксация звуковых изменений (стук, шум, звон) со стороны работающего мотора указывает на образование неисправности. Все детали ДВС чётко подогнаны и функционируют, как единый механизм. Износ какого-либо элемента сопровождается шумами и стуками в силовом агрегате.
Главная причина преждевременной изношенности КШМ — несвоевременность или неправильность технического обслуживания мотора.
Смазку мотора и фильтрующие элементы должны меняться согласно регламенту или чаще, зависит от условий эксплуатации (езда в большом и среднем городе – сложные условия эксплуатации). Превышение допустимых сроков эксплуатации сопровождается значительным ухудшением свойств масла и очистительной способности фильтра. Проникающие в мотор частицы грязи постепенно изнашивают узлы кривошипно-шатунного механизма, формируя задиры. Нехватка моторного масла, часто выводит из строя подшипники, работающие с повышенными нагрузками.
Загрузка ...
Также важно выбирать смазку по рекомендациям производителя. В этом вопросе важны допуски и вязкость.
Частым источником стука бывает неверный тепловой зазор клапанов или гидрокомпенсаторы, т.е. неисправность клапанного механизма (часть ГРМ).
Снижение мощности двигателя
Повреждение КШМ сопровождается снижением мощности ДВС и динамичности машины.
Часто причина в некорректном функционировании поршневых колец. Это приводит к просачиванию смазки в камеру сгорания. Энергия КШМ расходуется впустую.
Не стоит закрывать глаза на первые признаки неисправности. Со временем проблема будет только усугубляться. Вплоть до возникновения необходимости в полноценном ремонте мотора. Неполадки выявляются замером компрессии в камерах объемного вытеснения. При отклонении от нормативов, следует провести ревизию ДВС.
Нагар
Признак неисправности КШМ в виде нагара указывает на неполное сгорание топлива. Нагар оседает на поршнях, зеркальной плоскости цилиндров, свечах и клапанах. Устранять проблему требуется в кратчайшие сроки. Велика вероятность перегрева мотора из-за потери теплопроводности.
Еще один источник нагара – сгорающее масло.
Высокий расход масла
Масложор силовой установки — симптом поломки поршневой группы. Нередко залегают кольца, снижая эффективность функционирования КШМ и ДВС в целом. Топливо сгорает совместно с маслом, формируя чёрный дым в выхлопной системе. В камере сгорания возрастает температура сверх допустимых значений. В редких случаях проблема решается специальными очистительными присадками для топлива. Но, как правило, проводится ревизия кривошипно-шатунного механизма.
Причиной высокого масляного аппетита может быть неисправность в клапанном механизме. Потерявшие упругость маслосъемные колпачки клапанов – тоже частая причина жора масла.
Белый выхлоп
Густой, белый дым выходит из системы выхлопа при проникновении тосола в камеру сгорания. Жидкость проникает туда при изношенности, разрушении прокладки ГБЦ или рубашки контура охлаждения. Проблема устраняется сменой поврежденного элемента.
Оставление неисправности без внимания опасно гидравлическим ударом. В полости камеры сгорания собирается тосол. Он не сжимается, в отличие от воздуха, при перемещении поршня вверх. Снижение сопротивления хода поршня сопровождается жестким ударом о детали ДВС. Степень повреждения различна, вплоть до заклинивания мотора.
Поршень разрушает стенки блока цилиндров. Кривошипно-шатунный механизм повреждается при высоких оборотах вращения. Шатун насквозь пробивает корпус силового агрегата. Такую неисправность не всегда удается решить, даже капитальным ремонтом. Часто приходится полностью менять мотор.
Даже если гидроудара не будет – наличие антифриза в масле недопустимо. Такая эмульсия плохо смазывает детали КШМ, ресурс сокращается на порядки.
Уход
КШМ двигателя в эксплуатационный период не обслуживается. Периодически контролируется состояние сопряженных элементов – гайки, шпильки крепления ГБЦ и фиксирующие болты картера. Проверяется момент силы затяжки. Операции проводятся на холодном силовом агрегате (15-20 °С). Иначе не обеспечивается необходимое уплотнение прокладок.
При набеге в сто тысяч километров пробега рекомендуется демонтировать ГБЦ. Проводится чистка поверхностей камер сгорания, днищ поршней, головок и стержней впускных клапанов от нагара. Дополнительно притираются рабочие фаски головок клапанов к седлам.
Для поддержания и продления заявленного ресурса кривошипно-шатунного механизма рекомендуется:
- заливать топливо и смазку высокого качества
- менять масло чаще регламента
- избегать перегрева ДВС
- не допускать перегрузок мотора, особенно без предварительного прогрева
- содержать в чистоте наружные поверхности силового агрегата.
Если материал был полезен, напишите комментарий. Если оказался бесполезен или неточен, тем более пишите.
