Возможные неисправности кривошипно-шатунного механизма и способы их устранения

Основные неисправности двигателя (кривошипно-шатунный и газораспределительный механизмы)

Рассмотрим наиболее характерные неисправности двигателей автомобилей и перечислим основные причины их возникновения. Двигатель работает неустойчиво или останавливается на холостом ходу. Основные причины: неисправности системы питания, зажигания; повышенный износ кривошипно-шатунного (КШМ) и газораспределительного (ГРМ) механизмов.

Двигатель развивает недостаточную мощность. Основные причины: плохое наполнение цилиндров топливно-воздушной смесью; недостаточная компрессия; перегрев двигателя; неисправности системы питания, зажигания; повышенный износ кривошипно-шатунного механизма и механизма газораспределения; прогорание прокладки головки блока.

Увеличенный расход топлива и повышенная токсичность отработавших газов. Основные причины: неисправности системы питания, зажигания и механизма газораспределения.

Дымный выхлоп. Основные причины: при черном выхлопе — переобогащение смеси, при синем — сгорание масла в выпускной системе из-за повышенного уровня в картере двигателя или износа цилиндропоршневой группы.

Выстрелы в глушителе. Основные причины: неплотное закрытие выпускного клапана или его подгорание; богатая смесь.

Хлопки во впускном трубопроводе. Основные причины: неплотное закрытие впускного клапана; бедная смесь.

Повышенный расход масла. Основные причины: износ или закоксовывание поршневых колец; износ поршней и стенок цилиндров, маслоотражательных колпачков и направляющих втулок клапанов; засорение системы вентиляции картера.

Недостаточное давление масла в двигателе. Основные причины: износ коренных и шатунных шеек и подшипников коленчатого вала; неисправности системы смазки.

Стуки и шумы при работе двигателя. Основная причина: износ деталей кривошипно-шатунного и газораспределительного механизмов двигателя.

Неисправности кривошипно-шатунного механизма

Неисправности кривошипно-шатунного механизма – самые серьезные неисправности двигателя. Их устранение очень трудоемкое и затратное, так как, зачастую, предполагает проведение капитального ремонта двигателя.

К неисправностям кривошипно-шатунного механизма относятся:

износ коренных и шатунных подшипников;
износ поршней и цилиндров;
износ поршневых пальцев;
поломка и залегание поршневых колец.

Основными причинами данных неисправностей являются:

выработка установленного ресурса двигателя;
нарушение правил эксплуатации двигателя (использование некачественного масла, увеличение сроков технического обслуживания, длительное использование автомобиля под нагрузкой и др.)

Практически все неисправности кривошипно-шатунного механизма (КШМ) могут быть диагностированы по внешним признакам, а также с помощью простейших приборов (стетоскопа, компрессометра). Неисправности КШМ сопровождаются посторонними шумами и стуками, дымлением, падением компрессии, повышенным расходом масла.

Внешние признаки и соответствующие им неисправности КШМ

глухой стук в нижней части блока цилиндров (усиливается при увеличении оборотов и нагрузки);
снижение давления масла (горит сигнальная лампа)

плавающий глухой стук в средней части блока цилиндров (усиливается при увеличении оборотов и нагрузки, пропадает при отключении соответствующей свечи зажигания);
снижение давления масла (горит сигнальная лампа)

звонкий стук (стук глиняной посуды) на холодном двигателе (исчезает при прогреве);
синий дым отработавших газов

звонкий стук в верхней части блока цилиндров на всех режимах работы двигателя (усиливается при увеличении оборотов и нагрузки, пропадает при отключении соответствующей свечи зажигания)

синий дым отработавших газов;
снижение уровня масла в картере двигателя;
работа двигателя с перебоями

При диагностировании износа коренных и шатунных подшипников дальнейшая эксплуатация автомобиля категорически запрещена. В остальных случаях с максимальной осторожностью необходимо выдвинуться в гараж или автосервис.

Источник

Стук в коренных подшипниках коленчатого вала

Обычно это металлический глухой стук низкого тона. Прослушивается в нижней части блока цилиндров и обнаруживается при резком открытии дроссельной заслонки на холостом ходу. Чрезмерный зазор коленчатого вала вызывает стук более резкий с неравномерными промежутками, особенно заметными при плавном увеличении и уменьшении частоты вращения коленчатого вала. Причины стука и способы его устранения:

слишком раннее зажигание. Проверить и отрегулировать момент зажигания;
недостаточное давление масла. См. главу «Основные неисправности системы смазки»;
увеличенный зазор между шейками коленчатого вала и вкладышами коренных подшипников. Обратиться на станцию технического обслуживания для проверки и, если необходимо, для перешлифовки шеек и замены вкладышей;
увеличенный зазор между упорными полукольцами и коленчатым валом. На неработающем двигателе проверить осевой свободный ход коленчатого вала, нажимая и отпуская педаль сцепления. При этом перемещение переднего конца коленчатого вала должно быть не более 0,35 мм. В случае большего осевого свободного хода следует обратиться на станцию технического обслуживания для замены упорных полуколец коленчатого вала.

Стук шатунных подшипников

Обычно стук шатунных подшипников резче стука коренных. Он прослушивается в верхней части блока цилиндров на холостом ходу двигателя при резком открытии дроссельной заслонки. Место стука легко определить, отключая по очереди свечи зажигания.

Причины стука и способы его устранения:

недостаточное давление масла. См. главу «Основные неисправности системы смазки»;
чрезмерный зазор между шатунными шейками коленчатого вала и вкладышами. На станции технического обслуживания прошлифовать шейки коленчатого вала и заменить вкладыши.

Стук поршней и поршневых пальцев. Стук поршней обычно незвонкий, приглушенный, вызывается «биением» поршня в цилиндре: Лучше всего он прослушивается при малой частоте вращения коленчатого вала под нагрузкой. Стук пальцев — отчетливый и резкий, усиливается с повышением частоты вращения коленчатого вала и пропадает при выключении цилиндра из работы. Прослушивается в верхней части блока цилиндров.

Причины стука и способы его устранения:

увеличенный зазор между поршнями и цилиндрами. Отремонтировать двигатель, расточив и отхонинговав цилиндры и заменив поршни;
чрезмерный зазор между поршневыми кольцами и канавками на поршне. Заменить кольца или поршень с кольцами;
чрезмерный зазор между пальцем и отверстием в поршне. Заменить поршень и палец.

Что такое КШМ и для чего он нужен?

Двигатель в процессе работы должен давать какое-то постоянное движение, и удобней всего, чтобы это было равномерное вращение. Однако силовая часть (цилиндро-поршневая группа, ЦПГ) вырабатывает поступательное движение. Значит, нужно сделать так, чтобы один тип движения преобразовался в другой, причем с наименьшими потерями. Вот для этого и был создан кривошипно-шатунный механизм. По сути, КШМ – это устройство для получения и преобразования энергии и передачи ее дальше, другим узлам, которые уже эту энергию используют.

Принцип работы кривошипно-шатунного механизма

Во время основного такта работы автомобильного двигателя – рабочего хода (расширения), горящие газы давят на поршень, а тот двигается вниз — от верхней мёртвой точки к нижней, тем самым передавая энергию посредством пальца и шатуна на коленчатый вал. Шатун может ограниченно поворачиваться и вокруг оси пальца поршня, и вокруг шатунной шейки коленвала, и таким образом поступательное движение поршня превращается во вращательное.

Это интересно: Тюнинг Subaru Impreza

Стоит заметить, что при остальных тактах коленчатый вал через шатун, наоборот, сообщает возвратно-поступательное движение поршню. Где он его берёт? Из «рабочих» цилиндров, энергии коленвала и маховика, а при запуске – стартера.

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.

Принцип действия и назначение

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.

Основное назначение расходных элементов КШМ (вкладыши, втулки, кольца) заключается в увеличении эксплуатационного ресурса этого узла. Поскольку число цилиндров достигает 16 штук в современных авто, устройство и работа механизма КШ должна быть идеально сбалансирована.

2. Регулировочные работы и ТО двигателя (ГРМ, кривошипношатунный механизмы)

В случае необходимости, а для старых моделей двигателей периодически, при ТО осуществляется проверка крепления головки блока цилиндров в определенной последовательности (рис. 1) моментом затяжки, индивидуальным для каждого двигателя.

Общий принцип затяжки: болты начинают затягивать от центра, удаляясь к периферии по спирали. Чугунную головку крепят в горячем состоянии, а головку из алюминиевого сплава — в холодном.

После пробега каждых 50…200 тыс. км (в зависимости от модели двигателя) меняется зубчатый ремень привода ГРМ. После установки зубчатого ремня следует проверить и при необходимости установить требуемое натяжение. Проверку производят с помощью специального прибора для измерения натяжения ремней, а при его отсутствии правильность натяжения проверяют поворотом ремня рукой: ремень должен поворачиваться на 90° вокруг своей оси. Натяжение ремня осуществляется натяжным роликом.

Рис. 1. Порядок затяжки болтов (1…10) головки цилиндров

Обычный прибор для измерения натяжения ремней представляет собой динамометрическое устройство (рис. 2). При измерении планку 1 опирают на шкивы ремня 6 и, надавив на ручку 3 до упора буртика штока 5 в упорную втулку 2, по шкале 4 динамометра определяют приложенное к ремню усилие.

Рис. 2. Схема прибора для определения натяжения ремня: 1 — планка; 2 — упорная втулка; 3 — ручка; 4 — шкала динамометра; 5 — буртик штока; 6 — шкивы ремня

Для определения натяжения ремня применяют приборы, в которых используется принцип струны — при разных натяжениях она издает звуки разных октав (рис. 3). Для определения звуковых волн создан специальный акустический прибор, который подносится к ветви ремня. Измерение натяжения ремня производится по вибрации ремня, получаемой при оттягивании ремня пальцем и его отпускании, а считывание подтверждается звуковым сигналом. На дисплей прибора выводится определенная частота колебаний (в герцах) соответствующей степени натяжения. Частоту настройки сравнивают со справочными данными.

При эксплуатации автомобиля в результате изнашивания и нагрева механических частей ГРМ изменяется зазор между рычагами (коромыслами) клапанов и кулачками распределительного вала (в двигателях других типов — между распределительным валом и толкателями, между коромыслами и клапанами). Поэтому периодически (примерно через каждые 30 тыс. км пробега), а также при любых ремонтах механизма или снятии головки блока цилиндров следует проверить и в случае необходимости отрегулировать этот зазор в двигателях, имеющих механический привод клапанов.

Рис. 3. Измерение напряжения по звуковым волнам: а — принцип измерения; б — прибор для измерения

Величина теплового зазора для каждого двигателя индивидуальна. В технических характеристиках двигателей могут быть приведены тепловые зазоры как для холодного, так и для горячего двигателя; для горячего двигателя зазор может быть как больше, так и меньше в зависимости от конструкции газораспределительного механизма.

Холодным считают двигатель, температура охлаждающей жидкости в котором ниже 35 °С, что достигается при остывании двигателя после его прогревания в течение не менее 4 ч при температуре окружающей среды 20 °С. Горячим считают двигатель, температура охлаждающей жидкости в котором около 80 °С (момент включения большого контура циркуляции жидкости).

Проверяют и регулируют тепловые зазоры клапанов при закрытых клапанах, т.е. при максимальном удалении вершины кулачка распределительного вала от коромысла (штанги толкателя, толкателя) клапана. Такое положение вала может быть достигнуто различными способами. Проверку зазоров производят с помощью щупа, представляющего набор пластин толщиной 0,02…0,50 мм (рис. 4).

Рис. 4. Регулировка зазоров в газораспределительном механизме: 1 — штанга; 2 — контргайка; 3 — регулировочный винт; 4 — отвертка; 5 — коромысло; 6 — щуп; 7 — клапан

Наиболее распространен способ, при котором сначала регулируются зазоры в клапанах первого цилиндра; при этом его поршень находится в ВМТ на такте сжатия. Такт сжатия определяется по возрастанию давления воздуха в цилиндре при движении поршня в ВМТ: необходимо вывернуть свечу зажигания (форсунку), закрыть ее отверстие в блоке цилиндров специальным свистком (пробкой, пальцем) и проворачивать коленчатый вал до сигнала свистка (выталкивания пробки, резкого возрастания давления на палец).

После регулировки тепловых зазоров клапанов первого цилиндра зазоры остальных клапанов регулируют в порядке их работы, каждый раз проворачивая коленчатый вал на 180° (для 4-цилиндровых двигателей), 120° (для 6-цилиндровых) или 144° (для 5-цилиндровых).

Величину зазора «клапан — седло» можно косвенно оценить по количеству сжатого воздуха, прорывающегося через неплотности закрытых клапанов. Для этого сначала снимают валики коромысел, обеспечивая одновременное закрытие клапанов во всех цилиндрах, затем — форсунки (или свечи), а потом в камеру сгорания от компрессора подают сжатый воздух под давлением 0,20…0,25 МПа. В зависимости от назначения проверяемого клапана (впускной или выпускной) индикатор расхода газов КИ-13671 (см. рис. 16) устанавливают на впускном трубопроводе воздухоочистителя или на выпускной трубе. Величина расхода газов через индикатор определяется аналогично измерению количества картерных газов. Если утечка воздуха одного из клапанов превышает допустимую, то головка цилиндров подлежит текущему ремонту.

При диагностировании КШМ на неработающем двигателе определяют зазоры в верхней и нижней головках шатуна. Для этого применяют устройство КИ-11140. Основание 5 данного устройства (рис. 5) с помощью съемного фланца 4 закрепляется вместо форсунки. Внутри корпуса перемещается упор 8, соединенный с ножкой индикатора 1. Корпус имеет специальный патрубок, через него камера сгорания с помощью шланга соединяется с краном управления компрессорно-вакуумной установки КИ-13907, которая создает избыточное давление или разрежение в камере сгорания.

Рис. 5. Схема устройства КИ-11140 для определения зазоров в кривошипно-шатунном механизме: 1 — индикатор; 2 — индикаторный штатив; 3 — оправка; 4 — съемный фланец; 5 — основание; 6 — кольцо; 7 — наконечник; 8 — упор

Для проведения измерений поршень в диагностируемом цилиндре устанавливают в положение ВМТ и с помощью установки типа КИ-13907 создают избыточное давление. Поршень опускается вниз, устраняя все зазоры в КШМ. Затем подводят упор 8 до соприкосновения с поршнем, устанавливают шкалу индикатора 1 на нуль и с помощью установки создают разрежение. Поршень начинает двигаться вверх и поочередно устраняет зазоры в КШМ: поршень — палец, палец — втулка верхней головки шатуна, шатунный вкладыш — шейка коленчатого вала. После остановки поршня по шкале индикатора определяют суммарный зазор в КШМ. Поскольку перемещение поршня происходит ступенчато, можно определить составляющие суммарного зазора. Этот метод очень трудоемкий и требует наличия компрессорно-вакуумной установки. При техническом обслуживании двигателя производятся также работы по проверке деталей выпускного тракта (приемная труба, глушитель и др.), крепление опор двигателя, крепление поддона картера двигателя.

Устройство механизма

Классический кривошипно-шатунный механизм был известен ещё в Древнем Риме. Использовался похожий принцип в Римской пилораме, только там вращение, под воздействием течения реки, водяного колеса превращалось в возвратно-поступательное движение пилы.

В паровых машинах также использовался КШМ, похожий на использующийся сейчас в автомобильных двигателях внутреннего сгорания (ДВС). Только в нём поршень был соединён с шатуном через шток и цилиндр низкого давления. Схожая конструкция используется иногда в ДВС и по сей день.

В так называемых крейцкопфных двигателях поршень жёстко соединён с крейцкопфом – деталью, движущейся по неподвижным направляющим в одном измерении, как и поршень, через шток, а далее по привычной схеме – шатун с коленвалом. Это позволяет увеличить рабочий ход поршня, а иногда делает цилиндр двусторонним, в таких конструкциях добавлена ещё одна камера сгорания. Такой тип КШМ применяется чаще всего в судовых дизелях и другой крупной технике.

Кривошипно-шатунный механизм состоит из двух основных групп деталей – подвижных и неподвижных:

К подвижным частям КШМ относятся следующие детали: поршни, которые вместе с кольцами и пальцами объединены в поршневую группу, шатуны, коленчатый вал (в просторечном сокращении — коленвал), подшипники коленвала и маховик.
Неподвижные – это картер, объединённый с блоком цилиндров, гильзы цилиндров, головка блока цилиндров. Также к ним относятся поддон (нижний картер), полукольца коленвала, картер маховика и сцепления, а также кронштейны и детали крепежа.

Иногда выделяют и цилиндропоршневую группу, в которую входит поршневая и гильза цилиндра.

Блок цилиндров

Блок цилиндров сейчас неотделим от картера блока. Так, кстати, было не всегда – на старых двигателях (у «Запорожца», например) они могли быть изготовлены раздельно. Именно картер вместе с блоком цилиндров – основной узел конструкции двигателя автомобиля.

Внутри блока и происходит вся полезная работа двигателя. К блоку цилиндров крепятся внизу — нижний картер (поддон), сверху — головка блока, сзади — картер маховика, топливная, выпускная системы и другие детали двигателя. Сам блок прикреплён к шасси автомобиля через специальные «подушки».

Материал, из которого изготовлена эта важная часть двигателя – чаще всего либо алюминий, либо чугун. На спортивных автомобилях могут применяться и композитные материалы. В блок запрессованы съёмные гильзы, которые облегчают ход поршней и ремонтопригодность блока – то есть его расточку под «ремонтные» поршни и кольца. Гильзы делают из чугуна, стали или композитных сплавов. Существует два вида гильз:

«сухие» — когда внешняя поверхность гильз не омывается охлаждающей жидкостью;
«мокрые» — когда гильзу снаружи охлаждает поток жидкости.

Каждый вариант имеет свои достоинства и недостатки.

Поршни

Поршень – это металлическая деталь, которая имеет форму стакана, и в некоторых автопредприятиях водители и автослесари со стажем старые поршни, очищенные от нагара, в качестве стаканов и использовали. Однако основное его предназначение, естественно, не в этом, а для того, чтобы преобразовывать потенциальную энергию давления и термическую энергию температуры газов в кинетическую энергию вращения коленчатого вала в момент рабочего хода.

Во время тактов впуска он служит в качестве насоса, затягивающего воздух или горючую смесь, в ходе такта сжатия сжимает её, а в ходе такта выпуска — помогает удалению отработанных газов. Во время рабочего хода (точнее, чуть раньше) смесь воспламеняется (или форсунка впрыскивает топливо на дизельных двигателях), и горящие газы давят на поршень, заставляя его выполнять работу по преобразованию термической энергии в кинетическую.

Это интересно: Выбор и установка подлокотника в Шевроле-Круз

Поршень современного автомобильного двигателя выполнен чаще всего из сплавов на основе алюминия. Они обеспечивают хороший отвод лишнего тепла, к тому же довольно лёгкие.

Составные части поршня автомобильного двигателя – это днище, уплотняющяя часть и юбка. Поршень соединяется с шатуном при помощи находящегося в юбке пальца. Для обеспечения плотности соединения поршня со стенкой цилиндра применяются поршневые кольца.

Поршневые кольца

Это плоские незамкнутые (с разъёмом в несколько десятых долей миллиметра) стальные или чугунные кольца, надеваемые в специальные канавки на уплотнительную часть поршня. Они служат для нескольких целей:

Уплотнение. Качественные, неизношенные кольца повышают компрессию (давление в цилиндре).
Теплопередача. Компрессионные кольца передают лишнее тепло гильзе цилиндра, предотвращая перегрев двигателя.
Не пропускают моторное масло из картера в камеру сгорания, но оставляют на стенках гильзы небольшой слой масла для смазки цилиндра. Самое нижнее кольцо называется маслосъёмным. Его конструкция специально разработана под эту задачу.

Поршневые пальцы

Поршневой палец нужен для того, чтобы связать поршень с шатуном. Он находится во внутренней части юбки поршня и представляет собой металлический цилиндр, отдалённо похожий на палец (отсюда и название). Шатун не крепится жёстко на пальце, ведь надо обеспечивать максимально ровную передачу крутящего момента от поршня к шатуну и далее. Выполнены пальцы обычно из легированной стали.

Пальцы делятся на фиксированные и плавающие. Фиксированный жёстко прикреплён к юбке поршня, и двигается на нём только шатун, а плавающий палец как в поршневой юбке, и на шатуне может крутиться. Сейчас в конструкциях автомоторов преобладают плавающие пальцы, обеспечивающие более полную и плавную передачу крутящего момента и снижающие нагрузку на детали КШМ.

Шатун

Для того, чтоб передать крутящий момент с поршня на коленвал, служит шатун, соединяющий две этих важных детали. Для того, чтобы ремонт шатуна не вызывал особых трудностей, в нём применяются специальные вкладыши, фактически разборный подшипник скольжения, хотя в некоторых двигателях с малой скоростью вращения коленвала по-прежнему применяются баббитовые вкладки, а в быстроходных моторах в обеих головках шатуна (как нижней, так и верхней) установлены подшипники качения. По форме шатун похож на рычаг или гаечный ключ с двутавровым сечением. Его верхняя, обычно неразъёмная головка соединяет его с пальцем поршня, а нижняя, разъёмная соединяет шатун с коленчатым валом. Делают шатуны чаще всего из легированной, иногда из углеродистой стали.

Коленчатый вал

Коленчатый вал, или сокращённо коленвал – одна из важнейших деталей мотора, впрочем, лишних деталей не бывает. Он имеет форму вала с «искривлениями» в сторону, к которой через оси прикреплены шатуны двигателя. Он состоит из следующих деталей:

Шейки. Они нужны для того, чтобы закрепить коленвал на картере и шатуны на нём. Подразделяются на коренные и шатунные. На коренных крепится к картеру сам коленчатый вал, на шатунных шейках к коленвалу крепятся шатуны.
Щёки – они и являются своего рода «коленями» коленчатого вала, именно они крутятся вокруг оси коленчатого вала. Щёки коленвала соединяют коренные и шатунные шейки.
Передняя выходная часть вала. К ней присоединены шкивы отбора мощности для привода через ремень, цепь или шестерни распредвала, системы охлаждения генератора и других агрегатов.
Задняя выходная часть вала. Она соединена с маховиком и служит для отбора мощности для «основного предназначения» автомобиля – для движения.

В конструкции коленчатого вала также предусмотрены дополнительные детали, например, противовесы, предназначенные для компенсации вибраций вала, возникающих при ударных нагрузках.

Коленчатые валы чаще всего изготавливаются либо из стали, либо из высококачественного лёгкого чугуна. Чугунные коленвалы изготавливаются при помощи литья, стальные – при помощи штамповки.

Картер двигателя

Картер, отливаемый вместе с блоком цилиндров – основная деталь двигателя автомобиля, можно сказать, что рама двигателя. Именно на картере закреплены основные части двигателя, в нём крутится коленчатый вал, в цилиндрах двигаются поршни и происходит непосредственный процесс превращения энергии сгорания топлива в энергию вращения колёс вашего автомобиля.

Ещё картер является основным местом для размещения моторного масла, которое смазывает двигатель. Для хранения масла также предназначен поддон – нижняя часть картера.

Устройство КШМ

Строго говоря, КШМ автомобиля состоит из самого кривошипа, шатунов и поршней. Однако говорить о части, не рассказав о целостной конструкции, было бы в корне неправильно. Поэтому схема и назначение КШП и смежных элементов будет рассматриваться в комплексе.

Устройство КШМ: (1 — коренной подшипник на коренной шейке; 2 — шатунный подшипник на шатунной шейке; 3 — шатун; 4 — поршневой палец; 5 — поршневые кольца; 6 — поршень; 7 — цилиндр; 8 — маховик; 9 — противовес; 10 — коленчатый вал.)

Блок цилиндров – это начало всего движения в моторе. Его составляющие – поршни, цилиндры и гильзы цилиндров, в которых эти поршни движутся;
Шатуны – это соединительные элементы между поршнями и коленвалом. По сути, шатун представляет собой прочную металлическую перемычку, которая одной стороной крепится к поршню с помощью шатунного пальца, а другой фиксируется на шейке коленвала. Благодаря пальцевому соединению поршень может двигаться относительно цилиндра в одной плоскости. Точно так же шатун охватывает посадочное место коленвала – шатунную шейку, и это крепление позволяет ему двигаться в той же плоскости, что и соединение с поршнем;
Коленвал – коленчатый вал вращения, ось которого проходит через носок вала, коренные (опорные) шейки и фланец маховика. А вот шатунные шейки выходят за ось вала, и благодаря этому при его вращении описывают окружность;
Маховик – обязательный элемент механизма, накапливающий инерцию вращения, благодаря которой двигатель работает ровней и не останавливается в “мертвой точке”.

Эти и другие элементы КШМ можно условно разделить на подвижные, те, что выполняют непосредственную работу, и неподвижные вспомогательные элементы.

Подвижная (рабочая) группа КШМ

Как понятно из названия, к подвижной группе относятся элементы, которые активно задействованы в работе двигателя.

Поршень. При работе двигателя поршень перемещается в гильзе цилиндра под действием выталкивающей силы при сгорании топлива – с одной стороны, и поворотом коленвала – с другой. Для уплотнения зазора между ним и цилиндром на боковой поверхности поршня находятся поршневые кольца (компрессионные и маслосъемные), которые герметизируют промежуток и препятствуют потере мощности во время сгорания топлива.

Устройство поршневой группы: (1 — масляно-охлаждающий канал; 2 — камера сгорания в днище поршня; 3 — днище поршня; 4 — канавка первого компрессионного кольца; 5 — первое (верхнее) компрессионное кольцо; 6 — второе (нижнее) компрессионное кольцо; 7 — маслосъемное кольцо; 8 — масляная форсунка; 9 — отверстие в головке шатуна для подвода масла к поршневому пальцу; 10 — шатун; 11 — поршневой палец; 12 — стопорное кольцо поршневого пальца; 13 и 14 — перегородки поршневых колец; 15 — жаровой пояс.)
Шатун. Это соединительный элемент между поршнем и коленвалом. Верхней головкой шатун крепится к поршню с помощью пальца. Нижняя головка имеет съемную часть, так что шатун можно надеть на шейку коленвала. Для уменьшения трения между шейкой коленвала и головкой шатуна ставятся шатунные вкладыши – подшипники скольжения в виде двух пластин, изогнутых полукругом.

Устройство шатуна
Коленвал. Это центральная часть двигателя, без которой сложно представить себе его принцип работы. Основной его частью является ось вращения, которая одновременно служит опорой для коленвала в блоке цилиндров. Выступающие за ось вращения элементы предназначены для присоединения к шатунам: когда шатун движется вниз, коленвал позволяет ему описать нижней частью окружность одновременно с движением поршня. Так же, как и в случае с шатунами, опорные шейки коленвала лежат на подшипниках скольжения – вкладышах.

Устройство коленвала
Маховик. Он крепится к фланцу на торцевой части коленвала. Маховик вращается вместе с валом двигателя и частично демпфирует неизбежные в любом ДВС рывковые нагрузки. Но основная задача маховика – раскручивать коленвал (а с ним и цилиндро-поршневую группу), чтобы поршни не замерли в “мертвой точке”. Таким образом, часть мощности двигателя расходуется на поддержку вращения маховика.

Устройство маховика

Неподвижная группа КШМ

Неподвижной группой можно назвать внешнюю часть двигателя, в которой находится КШП.

Блок цилиндров. По сути, это корпус, в котором располагаются непосредственно цилиндры, каналы системы охлаждения, посадочные места распредвала, коленвала и т.д. Он может выполняться из чугуна или алюминиевого сплава, и сегодня производители всё чаще используют алюминий, чтобы облегчить конструкцию. Для этой же цели вместо сплошного литья используются ребра жесткости, которые облегчают конструкцию без потери прочности. На боковых сторонах блока цилиндров располагаются посадочные места для вспомогательных механизмов двигателя.

Блок цилиндров
Головка блока цилиндров (ГБЦ). Устанавливается на блок цилиндров и закрывает его сверху. В ГБЦ предусмотрены отверстия для клапанов, впускного и выпускного коллекторов, крепления распредвала (одного или больше), крепления для других элементов двигателя. К ГБЦ, снизу, крепится прокладка (1) — пластина, которая герметизирует стык между блоком цилиндров и ГБЦ. В ней предусмотрены отверстия для цилиндров и крепежных болтов. А сверху — клапанная крышка (5), — ею закрывается ГБЦ сверху, когда двигатель собран и готов к запуску. Прокладка клапанной крышки. Это тонкая пластина, которая укладывается по периметру ГБЦ и герметизирует стык.

Устройство ГБЦ: (1 — прокладка ГБЦ; 2 — ГБЦ; 3 — сальник; 4 — прокладка крышки ГБЦ; 5 — крышка клапанная; 6- прижимная пластина; 7 — пробка маслозаливной горловины; 8 — прокладка пробки; 9 — направляющая втулка клапана; 10 — установочная втулка; 11 — болт крепления головки блока.)

Перечень неисправностей КШМ

Главные неприятности, которые могут случится с кривошипно-шатунным механизмом:

Как шатунные, так и коренные шейки коленчатого вала подвержены износу и механическим повреждениям.
Износ, механические повреждения и даже расплавление могут угрожать и вкладышам (подшипникам) шеек коленвала.
«Болезни» поршневых колец – это закоксовывание не до конца сгоревшими продуктами горения (углеводороды окисляются только до углерода), их залегание и даже поломки, что может привести к фатальным последствиям.
Цилиндропоршневая группа также подвержена износу. В современных «движках» это не так заметно, всё-таки они созданы по последнему слову техники, но у каждой детали имеется конечный ресурс.
На днище поршня может отложиться нагар.
В деталях могут появиться трещины, они могут прогореть, обломиться и даже расплавиться.
Двигатель может даже заклинить.

Основные неисправности кривошипно-шатунного механизма

Разберем сегодня основные неисправности

, причины возникновения и способы
устранения
кривошипно-шатунного механизма.

Двигатель не запускается.

Причина

: слабая компрессия в цилиндрах ввиду
износа
поршневой группы (гильз, поршней, колец).

Устранение

: заменить изношенные детали.

Двигатель работает с перебоями и не развивает номинальной мощности.

Причин может быть несколько

Первая
причина
: попадание в цилиндры воды из системы
охлаждения
.

Устранение

: попадание воды в
цилиндры
, подтянуть гайки крепления головки цилиндров,
заменить
прокладку

Вторая
причина
: изношены
поршневые
кольца.

Устранение

: заменить кольца.

Третья
причина
: Засорена выпускная
труба
Устранение

: Очистить трубу.

Дымный выпуск отработавших газов.

Причина

: Закоксовывание поршневых колец

Устранение

: Вынуть поршни и очистить кольца.

Причина

: Износ поршневой группы.

Устранение

: Заменить изношенные детали
поршневой
группы.

Причина

: Двигатель не прогрет.

Устранение

: прогреть двигатель.

Причина

: попадание воды в цилиндры.

Устранение

: Устранить попадание воды.

Стуки в двигателе.

Причина

: изношены поршневые пальцы, отверстия в
бобышках
поршня и верхней головки шатуна

Устранение

: заменить изношенные детали.

Причина:

изношены поршни и гильзы

Устранение

: заменить изношенные детали.

Глухие стуки при работе двигателя под нагрузкой.

Причина

: изношены вкладыши и
шейки
коленчатого вала.

Устранение

: заменить изношенные детали.

Источник

Попадание масла в охлаждающую жидкость

Наблюдается уменьшение уровня масла в двигателе, появляется масляная пленка в расширительном бачке, цвет охлаждающей жидкости меняется от серого до темно-коричневого.

Для проверки снять головку цилиндров, заполнить охлаждающую рубашку блока цилиндров водой и подать сжатый воздух в вертикальный масляный канал блока цилиндров (около отверстия под болт 5, см. рис. 22). Если в воде, заполняющей охлаждающую рубашку, наблюдаются пузырьки воздуха, то причины неисправности — раковины или трещины в перемычках между масляной магистралью и охлаждающей рубашкой блока цилиндров. В этом случае блок цилиндров необходимо заменить.

Если масляные каналы блока цилиндров герметичны, то, возможно, масло попадает в охлаждающую жидкость из масляных каналов головки цилиндров. В этом случае необходимо проверить герметичность головки цилиндров (см. главу «Основные неисправности механизма газораспределения»).

Попадание охлаждающей жидкости в масло

Уровень жидкости в расширительном бачке постоянно понижается, а уровень масла повышается. Масло изменяет цвет от серого до молочно-белого.

Причины неисправности — раковины, пористость или трещины в стенках охлаждающей рубашки блока цилиндров. Для проверки этого дефекта необходимо разобрать двигатель и проверить герметичность охлаждающей рубашки блока цилиндров в ванне с водой, подводя в рубашку сжатый воздух под давлением 2. 3 кгс/см 2 .

Если травление воздуха не наблюдается, то необходимо проверить герметичность головки цилиндров (см. главу «Основные неисправности механизма газораспределения»).

В процессе эксплуатации автомобиля нормальная работа кривошипно-шатунного механизма может быть нарушена в результате появления некоторых неисправностей. Основные из них: износ коренных и шатунных подшипников коленчатого вала, шеек вала, поршневых пальцев, отверстий в бобышках поршней или бронзовых втулок в верхних головках шатунов, поршней и гильз цилиндров, уменьшение компрессии в цилиндрах.

Признаками износа коренных и шатунных подшипников коленчатого вала, шеек вала являются глухие стуки, которые прослушиваются при переходе на большую частоту вращения. Причинами этой неисправности могут быть: ослабление крепления крышек подшипников, применение масла несоответствующего сорта, ослабление крепления маховика на валу.

Коренные и шатунные подшипники следует подтянуть или заменить вкладыши, болты крепления маховика затянуть и зашплинтовать, заменить масло.

Признаки наличия неисправностей в работе КШМ

Могут насторожить посторонние стуки в двигателе. Возможно, это связано с детонацией или вам попалось не слишком качественное топливо. Последствия как детонации, так и некачественного топлива могут быть печальными. Звук при детонации более звонкий, а вот глухой звук может свидетельствовать о том, что износились шейки коленвала. Если же он совсем звонкий и происходит не только при резком увеличении оборотов (например, если вы быстро тронулись с места), то вполне возможно, что вкладыши шейки коленвала начинают плавиться. Возможно, причиной масляное голодание, но так или иначе – в сервис.

Также многое может сказать дым из двигателя. Если он сизый, то значит, что в камеру сгорания попадает масло. Возможно, виной тому маслосъёмные колпачки ГРМ, а возможно, проблема в поршневых кольцах. Накопление нагара на поршнях и цилиндрах приводит к увеличению трения и повышенному износу деталей. Если проблема в кольцах, то будет снижена компрессия, хотя понижение компрессии может быть связано и с другими причинами.

Обслуживание КШМ

Прежде всего, общие советы: «машина любит ласку, чистоту и смазку». Следует вовремя проверять уровень масла, не допускать перегрева двигателя и заправляться только качественным горючим. Серьёзные проблемы с КШМ решаются только в автосервисе. Разумеется, есть автолюбители, которые самостоятельно могут расточить цилиндр до ремонтного размера, но это всё же характерно для не самых новых автомобилей.

В «закоксованных» двигателях можно провести раскоксовку, которая делается как с разбором двигателя, так и при помощи специальных средств – без такового. Однако, подобные манипуляции лучше доверить профессионалам. Соблюдайте сроки ТО.

Смотрите также

Выхлоп двигателя также может о многом сказать. Так, если выхлопные газы синеватого цвета, а уровень моторного масла постоянно уменьшается — это указывает на износ цилиндро-поршневой группы. Увеличенный расход моторного масла, топлива и значительное снижение мощности может происходить из-за залегания поршневых колец (как компрессионных, так и маслосъёмных, см Рис № 4) и увеличенного износа их и цилиндра (см Рис №3). Залегание поршневых колец можно устранить без разбора двигателя, залив в цилиндры через свечное отверстие (для дизелей — через отверстие для форсунок или через впускной коллектор) специальный раствор, состоящий из 50% керосина и 50% денатурированного спирта. После 8-10 часов простоя необходимо завести двигатель и дать ему поработать в течении 10-20 минут, затем сменить моторное масло. Такая процедура позволяет значительно снизить количество нагара (именно нагар не позволяет свободно двигаться поршневым кольцам в канавках поршня) в области поршневых колец и днища поршня, этим самым освободив и восстановив их работоспособность.

Рисунок №3 — Износ стенки цилиндра

Рисунок №4 — Нагарообразование и залегание поршневых колец

Неисправности КШМ могут возникнуть из-за множества различных факторов, но в большинстве случаев виновата неправильная эксплуатация. Неправильная эксплуатация. К неправильной эксплуатации относят: использование некачественных смазочных материалов, топлива с низким октановым числом, установку некачественных топливных, воздушных и масляных фильтров. Влияние всех этих факторов усиливается в разы при несвоевременной их замене. Так, при использовании некачественного топлива следует чаще менять моторное масло и свечи, а нагар в поршневой системе периодически «смывать» специальными жидкостями. Некачественные фильтры также некачественно выполняют свою работу, что приводит к увеличению абразива в масле и, как следствие, к увеличенному износу деталей. Выбор моторного масла следует производить согласно расчётным характеристикам (обычно они указываются заводом изготовителем), именно под них рассчитан двигатель вашего автомобиля и отступать от них не следует. Воздушный фильтр, когда он сильно загрязнен, резко снижает пропускную способность, из-за чего во впускном коллекторе образуется высокое разряжение и коэффициент наполнения снижается — это одна из причин образования чрезмерного нагара, снижения мощности двигателя и увеличения расхода топлива.

Естественный износ. Естественный износ протекает очень медленно и, как правило, зависит от условий эксплуатации. При правильной эксплуатации пробег двигателя может достигать более 1 000 000 км, срок его жизни более 10 лет, а современных двигателей и того больше!

Износ вследствие длительного перегрева (см Рис №5). Такой вид износа чаще всего возникает в летнее и весеннее время. Летом перегрев получается из-за повышенной температуры окружающей среды, а весной из-за утепления двигателя и значительного колебания температуры окружающего воздуха. Вследствие перегрева может возникнуть расплавление поршней, прогар выпускных клапанов и потеря упругости в поршневых кольцах. Даже кратковременный перегрев значительно снижает срок службы двигателя, именно поэтому следует уделять огромное внимание системе охлаждения двигателя. В системе охлаждения все важно: и жидкость, которую вы используете, и крышка горловины радиатора, не говоря уже про её герметичность и чистоту ячеек радиатора.