Диагностирование кривошипно-шатунного механизма (КШМ)

Неисправности, возникающие при работе КШМ и их причины

Неполадки и поломки в кривошипно-шатунном механизме могут произойти в самых разных его узлах. Чтобы свести риск возникновения этих неприятностей до минимума, необходимо знать, отчего они происходят. Чаще всего это нагар на деталях и их износ. Наиболее часто происходят поломки КШМ от использования некачественного автомобильного топлива и масла. Особенно это чревато для дизелей, которые требовательны к качеству горюче-смазочных материалов, что может вывести из строя не только КШМ. Редкая смена масла, несвоевременная замена топливных, воздушных и масляных фильтров – всё это также несёт потенциальную угрозу поломок. Может послужить причиной неисправности перегрев двигателя, а также утечка и снижение уровня моторного масла в двигателе.

Перегрев двигателя может привести даже к заклиниванию. Чтобы этого не случилось, заливайте качественную охлаждающую жидкость и следите за состоянием системы охлаждения.

Бывает, что проблема в системе питания или в зажигании. Тогда смесь сгорает не полностью или неравномерно.

Ещё одна распространённая причина поломок – это использование некачественных запчастей. Не покупайте фейк и пользуйтесь услугами проверенных автосервисов.

Технология ремонта

Основное назначение капремонта КШМ – восстановление ресурса поршневой группы и коленчатого вала. Для этого реставрируются посадочные места, заменяются пальцы, вкладыши.

Поршни и пальцы

Поршень, условно входящий в кривошипно шатунный механизм двигателя авто, изготавливается из алюминиевых сплавов. Палец создан из легированной стали, изнашивается меньше.

У поршней восстанавливается зеркало, геометрия канавок для колец и бобышек, внутри которых находится палец. Размеры поршневого пальца подбираются при температуре воздуха в мастерской 20 градусов в зависимости от размерной группы поршня.

Ремонт шатунов

В основном изготавливают шатуны из стали 40Г, 40Х или ст45, характерными дефектами считаются:

• выработка металла посадочных мест;
• износ отверстий;
• изменение геометрии (скручивание и изгиб).

Выбраковывают кинематический элемент механизма при аварийном изгибе, поломке и раскрытии трещин. В остальных случаях изгибы и скручивание устраняют при нагреве до 500 градусов для снятия внутренних напряжений. Посадочные поверхности фрезеруются, затем шлифуются до следующего ремразмера.

После чего, работа кривошипно шатунного механизма вновь удовлетворяет требованиям регламента ГОСТ. Запрещено удалять слой металла больше 0,2 – 0,4 мм для дизелей, карбюраторных ДВС, соответственно. В противном случае нарушается кинематическая схема узла.

Реставрация коленвала

Основными нюансами ремонта коленчатого вала являются:

• деталь изготавливается из магниевого чугуна высокопрочного, сталей ДР-У, 50Т, 40Х или ст45;
• основными дефектами становятся изгиб и выработка стали посадочных мест;
• реже изнашиваются шпоночные канавки, повреждаются резьбы, раскрываются трещины;
• ремонтопригодной считается сборка кривошипно шатунного механизма с выработкой посадочных поверхностей и поврежденными резьбами;
• трещины более 3 мм приводят к отбраковке коленвала.

После промывки масляных каналов и наружных поверхностей изделие исследуется дефектоскопом. Выработку восстанавливают наплавлением Св-18ХГСА проволоки с проточкой под ремонтные параметры. Шпоночные канавки фрезеруют с заданной чистотой обработки. При этом должна соблюдаться схема установки шестеренок.

После шлифовки коленвал балансируют на динамической установке БМ-У4 либо КИ-4274.

Таким образом, кривошипно шатунный механизм КШМ проще и дешевле поддерживать в работоспособном состоянии. Для этого нужно своевременно проходить ТО и обращаться в сервис к специалистам при малейшем постороннем звуке в блоке цилиндров. В этом случае, даже капремонт обойдется дешевле.

Принцип работы механизма

Принцип работы кривошипно-шатунного механизма рассмотрим упрощенно на примере одноцилиндрового мотора. Такой двигатель включает в себя:

• коленчатый вал с двумя коренными шейками и одним кривошипом;
• шатун;
• и комплект деталей ЦПГ, включающий в себя гильзу, поршень, поршневые кольца и палец.

Воспламенение горючей смеси выполняется когда объем камеры сгорания минимальный, а обеспечивается это при максимальном поднятии вверх поршня внутри гильзы (верхняя мертвая точка – ВМТ). При таком положении кривошип тоже «смотрит» вверх. При сгорании выделяемая энергия толкает вниз поршень, это движение передается через шатун на кривошип, и он начинает двигаться по кругу вниз, при этом коренные шейки вращаются вокруг своей оси.

При провороте кривошипа на 180 градусов поршень достигает нижней мертвой точки (НМТ). После ее достижения выполняется обратная работа механизма. За счет накопленной кинетической энергии маховик продолжает вращать коленвал, поэтому чему кривошип проворачивается и посредством шатуна толкает поршень вверх. Затем цикл полностью повторяется.

Если рассмотреть проще, то один полуоборот коленвала осуществляется за счет выделенной при сгорании энергии, а второй – благодаря кинетической энергии, накопленной маховиком. Затем процесс повторяется вновь.

Ещё кое-что полезное для Вас:

• Что такое поршень двигателя. Особенности, принцип работы и предназначение
• Все лучшие способы и средства раскоксовки поршневых колец своими руками
• Что такое гидроудар двигателя, как происходит и какие последствия вызывает

Конструкция КШМ

В отличие от прочих агрегатов автомобиля конструкция механизма кривошипно-шатунного условно включает в себя часть поршневой группы и коленчатый вал. Состоит КШМ из подвижных деталей и неподвижных элементов. Одну или несколько степеней свободы имеют:

• шатун и поршень;
• кольца компрессионные, стопорные и маслосъемные;
• палец поршневой и кольцо стопорное;
• вкладыши, болт крепежный и крышка шатуна;
• маховик и коленвал;
• противовес и шейки шатунные, коренные;
• вкладыши.

К неподвижным элементам относятся головка и блок цилиндров.

В зависимости от конструкции ДВС и количества цилиндров кинематика кривошипно шатунного механизма несколько видоизменяется:

• в рядном двигателе плоскость коленвала и цилиндров полностью совпадает;
• в VR-образном моторе происходит смещение на угол 15 градусов;
• в W-образном приводе величина смещения достигает 72 градусов.

Другими словами, в рядном двигателе рабочий цикл осуществляется поочередно 4-мя цилиндрами, что позволяет равномерно распределить нагрузки на коленвал. Для достижения компактных размеров ДВС модификации с большим количеством цилиндров размещаются V-образно. Что так же позволяет смягчить нагрузки на коленвал за счет гашения части энергии.

Чертеж КШМ в разрезе

Чтобы характеристика кривошипно шатунного механизма была стабильной в момент перегрузок (высокая температура, большое давление и обороты, трудности с подачей смазки), вместо шариковых/роликовых подшипников применяются элементы скольжения с шатунными и коренными вкладышами. Неравномерность угловых скоростей вала в отдельных циклах сглаживается массивным маховиком за счет инертности этой детали.

Когда и как часто следует проводить диагностику двигателя

Не стоит недооценивать влияние мелких неисправностей на работу двигателя – уже на этапе их появления надо принимать меры

Если не обращать на них внимание, то очень скоро придется столкнуться с ремонтом силового агрегата. Ремонт этого узла – дорогое удовольствие

Перечислим признаки, при которых обязательно нужно провести диагностику мотора:

• Существенно вырос расход топлива. Тип топлива не имеет значения.
• Приходится часто и много доливать масло.
• Весомый повод для тревоги – падение мощности автомобиля.
• Возникают трудности с переключением передач, включение происходит рывками.
• Появление необычных звуков при старте двигателя.

Благодаря диагностике можно узнать, какой объем ремонта мотора предстоит и какова будет его стоимость. Для дизельных автомобилей необходимо диагностировать работу двигателя раз в полгода. Кроме того, нужно проводить специальную подготовку машины к зимнему и летнему сезонам. Профессиональные автомеханики советуют делать диагностику ДВС не только при подозрении на неисправности, но и регулярно в целях профилактики. Часто таким методом удается предупредить серьезные поломки силового агрегата.

Сборка ДВС осуществляется в порядке обратном разборке:

1. Собирается поршневая группа: — поршни с шатунами, — надеваются маслосъёмные, затем компрессионные кольца (зазоры не должны совпадать);
2. Поршни погружаются в цилиндры через специальное приспособление, вжимающее оба кольца в поршневые пазы;
3. Устанавливается коленвал;
4. Шатуны с вкладышами один за одним закрепляются на нём дугообразными накладками с болтами;
5. Возвращаются на место: — головка блока (с обязательно новой прокладкой), — масляный насос, задняя крышка коленчатого вала, — коробка передач, — картер, — выхлопные и охладительные патрубки;
6. Заливаются: — свежее масло (с установкой нового масляного фильтра), — тосол;
7. Двигатель прокручивается вручную (толканием автомобиля) или кратковременным запуском стартера. При этом происходит смазывание трущихся поверхностей цилиндров, исключающее задиры от трения сухой ЦПГ.
8. Вкручиваются свечи (форсунки);
9. Выставляется зажигание.
10. Запускается мотор.
11. В режиме «холостого хода» выявляются: — равномерность работы поршневой группы, — наличие посторонних звуков (например, недостаточно притянутого впускного коллектора), — утечки масла через сальники и прокладки, — герметичность патрубков охладительной системы.

Отсутствие претензий по оценочным параметрам свидетельствует, что двигатель полностью исправен и готов к использованию.

Смена поршневых колец

Смена поршневых колец оказывается необходимой в тех случаях, когда вследствие износа упругость колец уменьшилась ниже допустимого предела или произошла их поломка.

Наиболее верным внешним признаком, указывающим на необходимость смены поршневых колец, как уже отмечалось ранее, является заметное повышение расхода масла (свыше 5% от фактического расхода топлива). Кроме этого, обычно наблюдается также падение мощности двигателя и соответствующее ухудшение тяговых качеств автомобиля.

Следует иметь в виду, что повышенный расход масла может иногда являться следствием пригорания поршневых колец в канавках головок поршней и закупоривания нагаром дренажных отверстий маслосъемных колец и маслоотводящих щелей в кольцевых канавках поршней. Для устранения этого явления нужно вынуть поршни и тщательно удалить нагар из дренажных отверстий маслосъемных поршневых колец и из маслоотводяших щелей поршней.

Повышенный расход масла двигателем, происходящий вследствие ухудшения состояния поршневых колец и сопровождающийся появлением дымного выпуска, объясняется пропуском кольцами масла в надпоршневые пространства цилиндров и сгоранием там масла.

Расход масла по указанной причине не следует смешивать с повышенным расходом масла, происходящим вследствие течи через сальник крышки распределительных шестерен, плоскость разъема картера и задний коренной подшипник. Одной из наиболее вероятных причин такой течи является повышенное давление газов в картере вследствие ухудшения его вентиляции. Поэтому, прежде чем принять решение о смене поршневых колец, следует проверить работу системы вентиляции картера. При необходимости нужно снять крышку клапанной коробки и промыть в бензине сетку вентиляционного окна, а также прочистить и промыть маслонаполнительный патрубок картера и вентиляционную трубку.

Если окажется, что система вентиляции картера исправна, то следует предположить, что повышенный расход масла происходит вследствие или пригорания, или износа поршневых колец.

Необходимо помнить, что работа двигателя с сильно изношенными поршневыми кольцами экономически невыгодна. Происходящий при этом пропуск газов в картер двигателя приводит к ухудшению условий смазки цилиндров и поршней, повышению нагарообразования в камерах сгорания, окислению и разжижению масла в картере и сокращению срока службы сменного элемента фильтра тонкой очистки масла. Все это резко повышает износ деталей двигателя

Стоимость комплекта поршневых колец в общей доле эксплуатационных расходов очень невелика, в то время как выгода от замены колец в отношении увеличения обшей сохранности двигателя получается значительной. Из этого, однако, не следует, что преждевременная замена колец полезна.

Для замены изношенных поршневых колец в запасные части поставляются кольца стандартного и шести ремонтных размеров. По сравнению со стандартными поршневые кольца ремонтных размеров имеют увеличенный наружный диаметр на 0,075; 0,125; 0,5; 1,0; 1,5 и 2,0 мм.

Компрессионные поршневые кольца подлежат замене, если зазор по высоте между кольцом и канавкой поршня превышает 0,15 мм, а упругость кольца снижается на 50% от номинальной (до 850 г). В некоторых случаях может оказаться необходимой замена только верхних компрессионных колец.

При первой замене изношенных поршневых колец следует устанавливать новые кольца стандартного размера или ремонтные кольца ближайших к стандартному размеров (67,575 и 67,625 мм). Эти кольца устанавливают на стандартные или ремонтные поршни без расточки или шлифования цилиндров, если диаметральный зазор между поршнем и зеркалом цилиндра не превышает 0.3 мм. При последующих расточках и шлифовании цилиндров требуется установка ремонтных поршневых колец и ремонтных поршней, диаметр которых увеличен на 0,5 или 1,0 мм.

Устройство

Устройство КИ-11140 включает в себя: корпус со сменным фланцем для установки устройства в гнездо форсунки; индикатор часового типа, ножка которого соединена со штоком, проходящим через направляющую в корпусе устройства; пневматический приемник для подсоединения наконечника компрессорно-вакуумной установки.

Чтобы измерить зазоры кривошипно-шатунной группы при положении поршня в ВМТ и застопоренном коленчатом валу, устанавливают и закрепляют устройство в форсуночном отверстии проверяемого цилиндра. Подсоединяют к устройству компрессорно-вакуумную установку и создают давление в над поршневом пространстве, вводят шток до соприкосновения с днищем поршня и устанавливают индикатор на нулевую отметку. Затем медленно создают разрежение в над поршневом пространстве и по индикатору измеряют величины зазоров при двух остановках движения поршня. Перемещение от нулевой отметки до первой остановки соответствует зазору в сопряжениях верхней головки шатуна, а перемещение от первой остановки до второй соответствует зазору в шатунных подшипниках. Общее перемещение соответствует суммарному зазору в шатунных подшипниках и в верхней головке шатуна. Допускаемая величина суммарного зазора для разных двигателей составляет 0,6…0,75 мм, предельные значения зазора для верхней головки шатуна – 0,4…0,45 мм, а для шатунных подшипников – 0,45…0,55 мм. По величине измеренных зазоров судят о состоянии каждой кривошипно-шатунной группы и всего двигателя. При превышении допустимых значений зазоров хотя бы в одном цилиндре необходим ремонт двигателя. По результатам измерений прогнозируют остаточный ресурс двигателя (прогноз ведется с учетом максимального значения измеренных зазоров).

Компрессорно-вакуумную установку используют также при диагностировании кривошипно-шатунной группы по вибро акустическим параметрам.

Читать далее >>Оглавление раздела

Техническое обслуживание кривошипно-шатунного КШМ и газораспределительного механизмов ГРМ

Основные работы:

• проверка стабильности состояния и подтягивание креплений (крепежные работы) опоры двигателя к раме, головки цилиндров и поддона картера к блоку, фланцев впускного и выпускного трубопроводов и других соединений;
• проверка технического состояния или работоспособности (контрольные работы) кривошипно-шатунного и распределительного механизмов;
• регулировочные работы и смазка.

Крепежные работы

Для предотвращения пропуска газов и охлаждающей жидкости через прокладку головки цилиндров необходимо периодически проверять крепление головки ключом с динамометрической рукояткой с определенным усилием и последовательностью. Момент затяжки и последовательность подтягивания гаек устанавливают автомобильные заводы.

Чугунную крепят, когда двигатель находится в нагретом состоянии, а головку из алюминиевого сплава – в холодном.

Необходимость подтягивания крепления головок из алюминиевого сплава в холодном состоянии объясняется неодинаковым коэффициентом линейного расширения материала болтов и шпилек (сталь) и материала головки (алюминиевый сплав). Поэтому подтягивание гаек на горячем двигателе не обеспечивает после его остывания необходимой плотности прилегания головки цилиндров к блоку.

Затяжку болтов крепления поддона картера во избежание деформации картера, нарушения герметичности проверяют также с соблюдением последовательности, т.е. поочередным подтягиванием диаметрально противоположных болтов.

Контроль состояния КШМ и ГРМ

Техническое состояние этих механизмов можно определять:

• по расходу (угару) масла в эксплуатации и падению давления в системе смазки;
• по изменению давления (компрессии) в цилиндрах двигателя в конце хода сжатия;
• по разрежению во впускном трубопроводе;
• по количеству газов, прорывающихся в картер двигателя;
• по утечке газов (воздуха) из цилиндров;
• наличию стуков в двигателе.

Угар масла в малоизношенном двигателе незначителен и может составлять 0,1-0,25 л/100 км пробега. При значительном общем износе двигателя угар может достигать 1л/100 км и более, что обычно сопровождается сильным дымлением.

Давление в масляной системе двигателя должно быть в пределах, установленных для данного типа двигателя и применяемого сорта масла. Снижение давления масла на малых оборотах коленчатого вала прогретого двигателя указывает на наличие недопустимых износов подшипников двигателя или неисправности в системе смазки.

Падение давления масла по манометру до 0 указывает на неисправность манометра или редукционного клапана.

Повышенное давление в системе смазки может возникнуть в результате большой вязкости или засорения масляной магистрали.

Компрессия служит показателем герметичности цилиндров двигателя и характеризует состояние цилиндров, поршней и клапанов. Герметичность цилиндров может быть определена компрессометром.

Компрессию проверяют после предварительного прогрева двигателя до 70-80 ºС при вывернутых свечах. Установив резиновый наконечник компрессометра в отверстие свечи, провертывают стартером коленчатый вал двигателя на 10-12 оборотов и записывают показания компрессометра. Проверку повторяют 2-3 раза для каждого цилиндра.

Если величина компрессии на 30-40 % ниже нормы, это указывает на наличие неисправностей (поломку или пригорание поршневых колец, негерметичность клапанов или повреждение прокладки ).

Разрежение во впускном трубопроводе двигателя замеряют вакуумметром. Величина разрежения у работающего на установившемся режиме двигателей может изменяться не только от изношенности цилиндро-поршневой группы, но и от состояния деталей газораспределения, установки зажигания и регулировки карбюратора.

Таким образом, данный метод контроля является общим и не позволяет выделить ту или иную неисправность по одному показателю.

Количество газов, прорывающихся в картер двигателя, изменяется в результате неплотности сопряжений цилиндр-поршень-поршневое кольцо, увеличивающейся по мере изнашивания указанных деталей. Количество прорывающихся газов замеряют при полной нагрузке двигателя.

Другие статьи по системам двигателя

• Кривошипно-шатунный механизм (КШМ)
• Газораспределительный механизм (ГРМ)
• Гидравлический толкатель клапана
• Система смазки двигателя
• Вентиляция картера двигателя
• Система охлаждения двигателя
• Техническое обслуживание системы охлаждения
• Стартер — назначение, устройство, работа
• Электронное управление двигателем
• Датчики контроля параметров работы двигателя

Остов двигателя

Соединенные друг с другом неподвижные детали кривошипно-шатунного механизма являются остовом двигателя, воспринимающим все основные силовые и тепловые нагрузки, как внутренние (связанные с работой двигателя), так и внешние (обусловленные трансмиссией и ходовой частью). Силовые нагрузки, передающиеся на остов двигателя от несущей системы ТС (рама, кузов, корпус) и обратно, существенно зависят от способа крепления двигателя. Обычно он крепится в трех или четырех точках так, чтобы не воспринимались нагрузки, вызванные перекосами несущей системы, возникающими при движении машины по неровностям. Крепление двигателя должно исключать возможность его смещения в горизонтальной плоскости под действием продольных и поперечных сил (при разгоне, торможении, повороте и т.д.). Для уменьшения вибрации, передающейся на несущую систему ТС от работающего двигателя, между двигателем и подмоторной рамой, в местах крепления, устанавливаются резиновые подушки разнообразных конструкций.

Поршневую группу кривошипно-шатунного механизма образует поршень в сборе с комплектом компрессионных и маслосъемных колец, поршневым пальцем и деталями его крепления. Ее назначение заключается в том, чтобы во время рабочего хода воспринимать давление газов и через шатун передавать усилие на коленчатый вал, осуществлять другие вспомогательные такты, а также уплотнять надпоршневую полость цилиндра для предотвращения прорыва газов в картер и проникновения в него моторного масла.

Поломки и проблемы кривошипно-шатунного механизма

Практически все детали КШМ являются парами трения, что наглядно подтверждает схема кинематики привода автомобиля. Если диагностика данного механизма привода внутреннего сгорания выявила неисправности, необходим капитальный ремонт двигателя, так как производится его полная разборка.

Технические особенности неисправностей КШМ заключаются в износе деталей трения. Основными поломками являются:

• залегшие кольца на поршнях – из-за высокой выработки металла появляется люфт, возникает перекос и поршень заклинивается внутри цилиндра;
• износ пальцев поршневых – вместо фиксированного размера между коленвалом/поршнем расстояние получается плавающим, изменяются характеристики крутящего момента;
• выработка поршневой группы – стачивается зеркало цилиндра или поверхность поршня, меняются характеристики ДВС;
• износ подшипников – шатунные или коренные вкладыши сточились, возникают ударные нагрузки на вал.

Основными причинами неисправностей становятся длительные нагрузки, отсутствие ТО, низкое качество смазки или выработка ресурса привода.

Залегание колец поршневых

Указанные неисправности кривошипно шатунного механизма диагностируются по признакам:

• перебои в работе мотора;
• постоянное уменьшение в картере уровня смазки;
• отработанные газы принимают синий оттенок.

Поломка не может устраняться в домашних условиях, так как необходима высокая квалификация мастера и полная разборка двигателя.

Износ поршней и пальцев

Эти конкретные неисправности кривошипно шатунного механизма выявляются по следующим признакам:

• пальцы – независимо от режима работы мотора в верхней части блока цилиндров слышен звонкий стук, пропадающий при выкручивании свечи, увеличивающийся при наборе оборотов валом;
• поршни – выхлоп синего цвета, аналогичный предыдущему случаю стук, но только на холостых оборотах, после прогрева обычно исчезает.

После диагностики этой неисправности в обязательном порядке требуется капремонт ДВС.

Износ подшипника шатунного и коренного

Неизбежно потребуется ремонт кривошипно шатунного механизма при выработке ресурса подшипников, о котором свидетельствуют следующие факторы:

• подшипник шатуна – сигнальная лампа извещает о недостаточном давлении смазки, стук глухой, плавающий, идет из средней части блока цилиндров;
• подшипник коренной – сигнальная лампа горит, свидетельствуя о низком давлении масла, в нижней части блока цилиндров возникает глухой стук.

По аналогии с предыдущими вариантами без капремонта обойтись не получится.

В ресивере

При этом во время работы компрессора воздух выкачивается из ресивера разреженного воздуха и из компрессора выходит в атмосферу. Для создания давления в ресивере сжатого воздуха с ним соединяют нагнетательную полость компрессора, а всасывающую полость отключают от ресивера разреженного воздуха и соединяют с атмосферой. В этом случае воздух из атмосферы через компрессор нагнетается в ресивер сжатого воздуха.

В ресивере разреженного воздуха создается разрежение 0,06 … 0,07 МПа, в ресивере сжатого воздуха создается давление 0,2 … 0,25 МПа.

Для подключения установки снимают с проверяемого цилиндра двигателя форсунку, устанавливают поршень в ВМТ и включением передачи фиксируют положение поршня. После этого наконечник компрессорно-вакуумной установки вставляют в отверстие для форсунки и закрепляют его на двигателе. Во время установки наконечника к нему перекрыт доступ воздуха -из ресиверов. Стетоскоп устанавливают в зону наилучшего прослушивания стуков в сопряжении поршень поршневой палец – верхняя головка шатуна и затем при помощи воздухораспределителя попеременно соединяют над поршневую полость то с ресивером разреженного воздуха, то с ресивером сжатого воздуха. Возникающее в камере сгорания разрежение и сжатие перемещают поршень на величину зазоров в сопряжениях, что приводит к возникновению стуков как и верхней головке шатуна, так и в шатунных подшипниках. Для обнаружения стуков и шатунных подшипниках при работе компрессорно-вакуумнои установки наконечник стетоскопа прикладывают к торцу коленчатого вала.

После проверки одного цилиндра подобным образом

Результаты диагноза в этом случае во многом зависят от опытности оператора, поэтому для принятия окончательного решения о состоянии проверяемых сопряжений измеряют суммарный зазор в верхней головке шатуна и шатунном подшипнике индикаторным устройством К ГТ -11140 или приспособлением КИ-7329.

Определение состояния КШМ по зазорам в его сопряжениях

Заключение о состоянии КШМ можно сделать по величине зазоров в его сопряжениях. Суммарный зазор в верхней головке шатуна и шатунном подшипнике замеряют устройством КИ-11140 ГОСНИТИ.

Для измерения зазоров необходимо:

• установить поршень проверяемого цилиндра в ВМТ на такте сжатия и застопорить коленчатый вал
• закрепить устройство в головке цилиндров вместо форсунки, ослабив стопорный винт и приподняв направляющую с индикатором и штоком вверх
• опустить направляющую до упора штока в днище поршня (натягом) и зафиксировать ее винтом
• присоединить распределительный трубопровод компрессорно-вакуумной установки к штуцеру пневматического приемника
• включить установку и довести давление и разрежение в ее ресиверах соответственно до 0,06—0,1 МПа и 0,06—0,07 МПа
• выполнить два-три цикла подачи в надпоршневое пространство давления и разрежения переключением распределительного крана до получения стабильных показаний индикатора
• соединить краном ресивер сжатого воздуха с надпоршневым пространством и настроить индикатор на нуль
• плавно соединить ресивер разреженного воздуха с надпоршневым пространством и зафиксировать по индикатору сначала зазор в соединении поршневой палец — верхняя головка шатуна, затем суммарный зазор в верхней головке шатуна и шатунном подшипнике

Зазоры в КШМ измеряют 3-кратно и принимают среднее значение.

Если зазоры хотя бы у одного шатуна превышают допустимые значения, двигатель подлежит ремонту.

Предварительная оценка состояния сопряжения КШМ по давлению масла и стукам

Предварительную оценку состояния сопряжений КШМ можно получить по величине давлении масла в главной магистрали и характеру стуков в определенных зонах двигателя.

Давление масла проверяют устройством КИ-5472 ГОСНИТИ, которое состоит из манометра, соединительного рукава с ниппелем и накидной гайкой, демпфера для сглаживания пульсации масла при измерении давления и сменных штуцеров. Чтобы измерить давление в главной магистрали дизеля, устройство подключают к корпусу масляного фильтра, отсоединив трубку штатного манометра.

Для проверки давления выполните следующие операции:

• подсоедините к корпусу масляного фильтра КИ-5472
• запустите и прогрейте до нормального теплового состояния двигатель
• зафиксируйте давление масла в магистрали при номинальной и минимально устойчивой частоте вращения коленчатого вала на холостом ходу

Стуки в сопряжениях КШМ прослушивают при неработающем двигателе электронным автостетоскопом ТУ 14 МО.082.017, попеременно создавая в надпоршневом пространстве разрежение и давление с помощью компрессорно-вакуумной установки КИ-4912 ГОСНИТИ или КИ-13907 ГОСНИТИ. Прослушивают стуки в сопряжениях бобышки поршня — поршневой палец, поршневой палец — втулка верхней головки шатуна, шейка коленчатого вала — шатунный механизм.

Если давление масла ниже допустимых значений, при наличии стуков в сопряжениях коленчатого вала проверяют зазоры в указанных сопряжениях. При пониженном давлении масла и отсутствии стуков проверяют регулировку сливного клапана смазочной системы. Если это не даст положительных результатов, проверяют подачу масла насосом и состояние редукционного клапана смазочной системы на стенде.

Принцип действия и назначение

Введение Техническое обслуживание и ремонт тормозной системы автомобиля ВАЗ-2109

В отличие от электродвигателя принцип действия КШМ в двигателях внутреннего сгорания значительно сложнее:

• поршни поочередно выталкиваются из цилиндров при воспламенении топливной смеси;
• внутри них шарнирно закреплены шатунные детали сложной конфигурации;
• коленчатый вал имеет ответную посадочную поверхность П-образного типа для нижней головки шатуна, что обеспечивает смещение от оси вращения вала;
• за счет фиксированного расстояния между поршнем и коленвалом шатун описывает амплитуду в виде восьмерки, за счет чего и преобразуется поступательное движение с цилиндров в крутящий момент на валу.

Самостоятельная проверка автомобильного мотора с системой впрыска

В большинстве современных силовых агрегатах горючее поступает в топливную систему через специальные распыляющие его элементы, называемые форсунками. Такая подача считается более прогрессивной, чем в карбюраторных автомобилях. Однако погрешности в работе порой возникают и в ней. Поскольку от качества распыления топлива зависит дальнейшее его сгорание, чрезвычайно важным является предотвращение сбоев в механизмах, поставляющих горючее.

Собственноручная диагностика инжекторных двигателей проводится для выявления неисправностей в системе впрыска. Своевременное устранение обнаруженных в ходе исследования неполадок способно предотвратить более существенные неприятности, грозящие незапланированными финансовыми потерями, вызванными необходимостью капитального ремонта.

Поршень

Поршень представляет собой металлический стакан сложной формы, устанавливаемый в цилиндре днищем вверх. Он состоит из двух основных частей. Верхняя утолщенная часть называется головкой, а нижняя направляющая часть — юбкой. Головка поршня содержит днище 4 (рис. а) и стенки 2. В стенках проточены канавки 5 для компрессионных колец. Нижние канавки имеют дренажные отверстия 6 для отвода масла. Для увеличения прочности и жесткости головки ее стенки снабжены массивными ребрами 3, связывающими стенки и днище с бобышками, в которых устанавливается поршневой палец. Иногда оребряют также внутреннюю поверхность днища.

Юбка имеет более тонкие стенки, чем у головки. В ее средней части расположены бобышки с отверстиями.

Днища поршней могут быть плоскими (см. а), выпуклыми, вогнутыми и фигурными (рис. б—з). Их форма зависит от типа двигателя и камеры сгорания, принятого способа смесеобразования и технологии изготовления поршней. Самой простой и технологичной является плоская форма. В дизелях применяются поршни с вогнутыми и фигурными днищами (см. рис. е—з).

При работе двигателя поршни нагреваются сильнее, чем цилиндры, охлаждаемые жидкостью или воздухом, поэтому расширение поршней (особенно алюминиевых) больше. Несмотря на наличие зазора между цилиндром и поршнем, может произойти заклинивание последнего. Для предотвращения заклинивания юбке придают овальную форму (большая ось овала перпендикулярна оси поршневого пальца), увеличивают диаметр юбки по сравнению с диаметром головки, разрезают юбку (чаще всего выполняют Т- или П-образный разрез), заливают в поршень компенсационные вставки, ограничивающие тепловое расширение юбки в плоскости качания шатуна, или принудительно охлаждают внутренние поверхности поршня струями моторного масла под давлением.

Поршень, подвергающийся воздействию значительных силовых и тепловых нагрузок, должен обладать высокой прочностью, теплопроводностью и износостойкостью. В целях уменьшения инерционных сил и моментов у него должна быть малая масса. Это учитывается при выборе конструкции и материала для поршня. Чаще всего материалом служит алюминиевый сплав или чугун. Иногда применяют сталь и магниевые сплавы. Перспективными материалами для поршней или их отдельных частей являются керамика и спеченные материалы, обладающие достаточной прочностью, высокой износостойкостью, низкой теплопроводностью, малой плотностью и небольшим коэффициентом теплового расширения.

Назначение, конструкция, принцип работы кривошипного механизма

Назначение и конструкция кривошипно-шатунного механизма

Шатунный механизм преобразует возвратно-поступательное прямолинейное движение поршней, которые чувствуют давление газов, во вращательное движение коленчатого вала.

Кривошипный механизм состоит из следующих частей: Поршни с кольцами и шейками, шатуны, коленчатый вал и маховик. Поршни расположены в цилиндрах, которые установлены в блочном корпусе, закрытом сверху головкой цилиндра.

Поршневая сборка и шатун. Поршень с уплотнительными кольцами, поршневыми штифтами и зажимными частями образуют поршневую группу. Поршень и поршневое кольцо обеспечивают уплотнение переменного рабочего объема, в котором работает двигатель, поглощают давление газа и передают полученное усилие на коленчатый вал через поршневой палец и шатун. Поршень также служит для наполнения баллона топливом или воздухом, компрессии и удаления выхлопных газов из баллона. В двухтактных двигателях поршень также открывает впускное, выпускное и обходное отверстия. Поршень подвергается воздействию высокого давления, высоких температур и быстро меняющихся скоростей.

Поршень состоит из верхней уплотнительной части (головки) и нижней направляющей части (юбки). Для лучшего отвода тепла и повышения прочности коронка имеет ребра жесткости на внутренней стороне поршня. Снаружи коронка может быть плоской, вогнутой, выпуклой или фасонной.

Боковая поверхность поршня имеет сложную форму конуса эллипса и его диаметр меньше диаметра цилиндра, при этом диаметр головки поршня меньше диаметра юбки, а главная ось эллипса перпендикулярна оси поршневого кольца. Все это позволяет поршню создавать зазор между стенками цилиндра и поршнем во время нагревания и расширения, позволяя поршню расширяться и свободно перемещаться внутри цилиндра.

Юбка обеспечивает направленное движение поршня в цилиндре и передает поперечные силы на стенки цилиндра. В верхней части трубки юбки имеются кулачковые отверстия для поршневого штифта, соединяющего поршень с шатуном. Ось штифта пересекает ось поршня, но иногда смещена от оси поршня. Это снижает нагрузку на поршень, когда он достигает верхней мертвой точки. Для улучшения вхождения поршня в цилиндры, уменьшения износа и защиты от заедания юбка поршня покрыта тонким слоем олова. Сам поршень отлит из специального алюминиевого сплава.

Поршневые кольца делятся на компрессионные и скребковые. Их назначение — препятствовать прохождению газов между стенками цилиндра и поршнем, а также проникновению масла из картера в камеру сгорания, где оно горит и образует сажу. Кольца участвуют в отводе тепла от поршня к цилиндру. В свободном состоянии наружный диаметр кольца больше диаметра цилиндра, чтобы оно плотно прилегало к стенке цилиндра при установке.

Для установки в пазы поршневых колец производятся разрезы с зазором 0,2 — 0,5 мм. Поршневые кольца со щелевыми отверстиями, известные как замки, имеют преимущественно прямую форму, иногда наклоненную или ступенчатую. В результате эксплуатации и износа поршневые кольца теряют свою эластичность, что влияет на герметичность цилиндра. Поршневые кольца изготавливаются как из отливок из легированного чугуна с последующей механической обработкой, так и из стали. Высота колец на 0,03-0,08 мм ниже, чем высота канавки в поршне.

Материал поршневых колец должен обладать хорошей эластичностью и достаточной прочностью при высоких температурах, с высокой износостойкостью, которая, однако, не должна быть выше, чем у отверстия цилиндра. Контактная поверхность одного или двух верхних компрессионных поршневых колец для уменьшения износа кольца и цилиндра покрыта слоем хрома толщиной до 0,16-0,20 мм с пористой поверхностью, удерживающей смазку. Для улучшения обкатки рабочие поверхности нижних колец часто покрываются слоем олова или другого легко истираемого материала.

Поршневой палец соединяет поршень и шатун и изготовлен из высококачественной, износостойкой стали. Внутренняя поверхность штифта цилиндрическая или коническо-цилиндрическая.

Концы штифта помещаются в отверстия в заводной головке поршня, а центр проходит через торцевое отверстие штока. Когда штифты свободно вращаются как в ступицах, так и в штоке, их называют плавающими штифтами. Это соединение является наиболее распространенным, так как при движении поршня и шатуна вся поверхность плавающего пальца находится в рабочем состоянии, что снижает износ и вероятность заедания.

На некоторых двигателях штифт может быть закреплен в головной части шатуна и иметь длину меньше диаметра поршня. Для ограничения осевого смещения штифта и предотвращения повреждения стенок цилиндра, штифт фиксируется стопорными кольцами, установленными в пазах втулок, торцевыми колпачками, установленными в ступицах, и стопорным кольцом, расположенным в пазах штифта и верхней части шатуна.

Поршневой палец смазывается отверстиями в штоке или пазами в головке шатуна и масляными ходами в бобинах поршневых пальцев.

Шатун используется для соединения поршня с коленчатым валом. При работающем двигателе шатун во время рабочего хода передает мощность от поршня к коленчатому валу, а во время остальных ходов перемещает поршень вокруг цилиндра. Шток преобразует возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение коленчатого вала.

Шатуны состоят из верхней и нижней головки и шатуна: верхняя головка неразделима и служит для удержания поршневого пальца, который поворачивает поршень на шатуне. Для уменьшения трения и износа в нем запрессованы одна или две бронзовые втулки, нижняя головка многих двигателей выполнена с прямым (90°) или наклонным (30 — 60°) относительно оси шатуна шатуна шатуна вместе взятого. Линия разъема может быть гладкой или иметь сплайны. Диагональный шаг облегчает прохождение поршня и шатуна через цилиндр — шатун к коленчатому валу — кривошип.

Съемной частью нижнего конца шатуна является крышка. Он крепится к шпильке двумя болтами, которые ввинчиваются или вкручиваются в корпус шпильки, а затем затягиваются.

В нижней головке шатуна находятся тонкостенные стальные оболочки (сверху и снизу) с тонким слоем фрикционного сплава 0,1 — 0,9 мм. Втулки подшипников действуют как подшипники скольжения и плотно прилегают к штоку и крышке, при этом их выступы зацепляются за соответствующие выемки в штоке и крышке.

Соединительными стержнями обычно являются двутавровые балки с обтекаемым, плавным переходом к нижним головкам. Некоторые шатуны имеют компрессионный проход через шток к поршневому пальцу.

При работающем двигателе силы давления газа и инерции действуют на шатун, сжимая, растягивая и изгибая его в продольном и поперечном направлении. Поэтому его форма, конструкция и материал должны обеспечивать прочность, жесткость и легкость. Соединительные прутки изготавливаются из высококачественной углеродистой и легированной стали методом горячей ковки с последующей механической и термической обработкой.

Для обеспечения хорошей балансировки двигателя разница в весе между отдельными шатунами и комплектами шатунных и поршневых групп должна быть минимальной. Чтобы установить поршни и шатуны так, чтобы они могли быть правильно установлены в двигателе, номер цилиндра шатуна и его крышки, а также другие маркировки проштампованы на нижней головке шатуна.

Коленчатый вал и маховик. Коленчатый вал состоит из главной и соединительной шеек, соединенных губками, фланца для установки маховика и направляющей.

Шейки используются для поддержки коленчатого вала в подшипниках, расположенных в картере двигателя. Шатуны соединяют вал с нижними головками шатунов. Шейки и основные шейки соединяются кривошипными шейками. Для снятия инерционных сил с коренных подшипников подвижных частей шатунов на башмаках коленчатого вала установлены балансировочные грузы. Балансировочные грузы могут быть встроены в зажимные губки или могут быть изготовлены как отдельные, надежно закрепленные компоненты. Шейка с ее щеками представляет собой коленчатый вал или коленчатую стрелу.

Для предотвращения выхода коленчатого вала из строя в переходных зонах от щек к коленчатому шейке и коленчатому штифту, выполняйте закругление — филетирование. В шатунных шейках и шейках коленчатого вала имеются отверстия, обеспечивающие подачу масла под давлением к шатунным подшипникам.

На переднем конце коленвала расположены приводная шестерня распределительного вала, шкив зубчатого ремня, маслоотражатель, сальник и трещотка коленчатого вала. Маховик прикреплен болтами к коленчатому валу. Шарнирный вал имеет масляную резьбу и масляный вихрь, на конце которого расположен шлиц для подшипника передней части муфты.

Нос и вал вала герметизируются самогерметизирующимися резиновыми втулками. Коленчатый вал вращается в коренных подшипниках, которые имеют вставки из стально-алюминиевой полосы.

Коленчатые валы изготавливаются из углеродистой и легированной стали путем ковки или литья с последующей механической и термической обработкой. Для повышения износостойкости шеек коленчатого вала и шатунов они подвергаются поверхностной закалке, а затем шлифуются и полируются.

Форма коленчатого вала зависит от количества и расположения цилиндров, рабочего цикла и работы двигателя. Он должен обеспечивать равномерное вращение рабочего хода в цилиндрах над углом поворота коленчатого вала, предполагаемую последовательность работы цилиндров и баланс двигателя.

Количество коленчатых пальцев на коленчатом валу двигателя с однорядной компоновкой цилиндров равно количеству цилиндров. Для двигателей с V-образными цилиндрами количество шатунов равно половине количества цилиндров: эти двигатели имеют по две шатунные головки бок о бок на каждом шатуне. V-образные двигатели обычно имеют на один коленчатый вал больше шейки, чем соединительные шейки коленчатого вала.

Вкладыши коренных подшипников устанавливаются в станину картера и крышку коренных подшипников и фиксируются так же, как и подшипники шатунов.

Маховик обеспечивает плавное вращение коленчатого вала, запуск и прокрутку двигателя. При запуске маховика двигателя, всегда энергия после хода в одном из цилиндров, обеспечивает вращение за счет инерции коленчатого вала, а в других цилиндрах условия для потока рабочих ходов, в результате чего двигатель начинает работать.

Маховик отлит как диск из чугуна. Для увеличения момента инерции маховика большая часть его металла имеет кромку, то есть на максимальном расстоянии от оси вращения маховика. На обод маховика нажимает на стальную кольцевую передачу, с помощью которой запускается двигатель, стартер передач и наносит маркировку для определения положения поршня в первом цилиндре и регулировки времени зажигания или подачи топлива.

Маховик сбалансирован вместе с коленчатым валом. Это делается для предотвращения вибрации и биения, вызываемых центробежными силами, а также для предотвращения повышенного износа коренных подшипников двигателя. Сцепление установлено на задней стороне маховика.

Во время работы двигателя коленчатый вал подвергается воздействию осевых усилий от зубчатых передач ГРМ, муфты сцепления и нагрева вала. Для ограничения осевого смещения коленчатого вала выдвигается один из главных подшипников (задний, передний или центральный). Это достигается за счет оснащения вкладышей подшипников факелами, упорными шайбами или стопорными кольцами.

Цилиндр

Цилиндры представляют собой направляющие элементы кривошипно-шатунного механизма. Внутри их перемещаются поршни. Длина образующей цилиндра определяется ходом поршня и его размерами. Цилиндры работают в условиях резко изменяющегося давления в надпоршневой полости. Их стенки соприкасаются с пламенем и горячими газами, имеющими температуру до 1500… 2 500 °С.

Цилиндры должны быть прочными, жесткими, термо- и износостойкими при ограниченном количестве смазки. Кроме того, материал цилиндров должен обладать хорошими литейными свойствами и легко обрабатываться на станках. Обычно цилиндры изготавливают из специального легированного чугуна, но могут применяться также алюминиевые сплавы и сталь. Внутреннюю рабочую поверхность цилиндра, называемую его зеркалом, тщательно обрабатывают и покрывают хромом для уменьшения трения, повышения износостойкости и долговечности.

В двигателях с жидкостным охлаждением цилиндры могут быть отлиты вместе с блоком цилиндров или в виде отдельных гильз, устанавливаемых в отверстиях блока. Между наружными стенками цилиндров и блоком имеются полости, называемые рубашкой охлаждения. Последняя заполняется жидкостью, охлаждающей двигатель. Если гильза цилиндра своей наружной поверхностью непосредственно соприкасается с охлаждающей жидкостью, то ее называют мокрой. В противном случае она называется сухой. Применение сменных мокрых гильз облегчает ремонт двигателя. При установке в блок мокрые гильзы надежно уплотняются.

Цилиндры двигателей воздушного охлаждения отливают индивидуально. Для улучшения теплоотвода их наружные поверхности снабжают кольцевыми ребрами. У большинства двигателей воздушного охлаждения цилиндры вместе с их головками крепят общими болтами или шпильками к верхней части картера.

В V-образном двигателе цилиндры одного ряда могут быть несколько смещены относительно цилиндров другого ряда. Это связано с тем, что на каждом кривошипе коленчатого вала крепятся два шатуна, один из которых предназначен для поршня правой, а другой — для поршня левой половины блока.

Принцип действия кривошипного механизма

В случае с кривошипными приводами следует отметить, что возможны как прямое, так и обратное движение.

Движение вперед: Поршень движется вниз под давлением газов, в то время как он движется вверх по коленчатому валу. Движение поршня вперед преобразуется во вращательное движение коленчатого вала через шатун и поршнево-шатуновую муфту.

Коленчатый вал состоит из:

* Шейка

* коленчатый шкворень

* встречные журналы

Обратная диаграмма: под действием приложенного внешнего крутящего момента коленчатый вал вращается, что преобразуется в поступательное движение поршня кинематической цепью «коленчатый вал — шатун — поршень».

В этой главе мы изучили структуру и работу кривошипно-шатунного механизма. Мы определили компоненты кривошипно-шатунного механизма и технические компоненты.