Кривошипно-шатунный механизм (КШМ) двигателя

Кривошипно-шатунным называется такой механизм, который осуществляет рабочий процесс силового агрегата. Главное предназначение кривошипно-шатунного механизма – преобразование возвратно-поступательного перемещения всех поршней во вращательное движение коленвала.

Кривошипно-шатунный механизм определяет тип силового агрегата по рас­по­ло­же­нию цилиндров. В автомобильных двигателях ( см. устройство двигателя автомобиля ) ис­поль­зу­ют­ся различные варианты кривошипно-шатунных механизмов:

• Однорядные кривошипно-шатунные механизмы. Перемещение поршней может быть вертикальным либо под углом. Используются в рядных двигателях;
• Двухрядные кривошипно-шатунные механизмы. Перемещение поршней только под углом. Используются в V-образных двигателях;
• Одно- и двухрядные кривошипно-шатунные механизмы. Перемещение поршней горизонтальное. Применяются в случае, если габаритные размеры мотора по высоте ограничены.

 

Составляющие кривошипно-шатунного механизма подразделяются на

• Подвижные – поршни, пальцы и поршневые кольца, маховик и коленчатый вал, шатуны;
• Неподвижные – цилиндры, головка блока цилиндров (ГБЦ), блок цилиндров, картер, прокладка ГБЦ и поддон.

 

Кроме этого к кривошипно-шатунному механизму относятся разнообразные кре­пеж­ные элементы, а также шатунные и крепежные подшипники.

Устройство КШМ

При рассмотрении устройства КШМ необходимо выделить основные элементы его конструкции: коленвал, коренная шейка, шатунная шейка, шатуны, вкладыши, поршневые кольца (маслосъемные и компрессионные), пальцы и поршни ( см. работа поршня ).

Сложная конструкция вала обеспечивает получение и передачу энергии от поршня с шатуном на последующие узлы и агрегаты. Сам вал собран из элементов, называемых коленами. Колена соединены цилиндрами, расположенными со смещением относительно основной центральной оси в определенном порядке. На техническом языке название этих цилиндров — шейки. Те шейки, что смещены, крепятся к шатунам, соответственно и название — шатунные. Шейки, расположенные вдоль основной оси — коренные. За счет расположения шатунных шеек со смещением относительно центральной оси образуется рычаг. Поршень, опускаясь вниз, через шатун заставляет проворачиваться коленчатый вал.

Варианты конструкций вала представлены на следующем рисунке.

В зависимости от числа цилиндров, а также конструктивных решений ДВС по рас­по­ло­же­нию цилиндров бывает однорядный или двухрядный.

В первом случае (1) цилиндры расположены в одной плоскости относительно коленчатого вала. Если конкретнее, то все они на двигателе расположены вертикально, по центральной оси, а сам вал находится внизу. В двухрядном двигателе (поз. 2 и 3), цилиндры размещены в два ряда под углом друг к другу 60, 90 или 180°, то есть противоположно друг к другу. Возникает вопрос: «А зачем?». Обратимся к физике. Энергия от сгорания рабочей смеси очень большая и значительная доля ее погашения приходится на коренные шейки коленчатого вала, которые хоть и железные, но имеют определенный запас прочности и ресурса. В четырехцилиндровом двигателе автомобиля этот вопрос решается просто: 4 цилиндра — 4 такта рабочего цикла по очереди. В итоге нагрузка на коленвал равномерно распределяется на всех участках. В тех ДВС, где цилиндров больше, или требуется большая мощность, их размещают в «V»-образном виде, дополнительно смягчая нагрузку на коленчатый вал. Таким образом, энергия гасится не вертикально, а под углом, что зна­чи­тель­но смягчает нагрузку на коленчатый вал.

После краткого рассмотрения устройства КШМ необходимо также уделить внимание коленчатому валу. Говоря о нагрузке на коленчатый вал, стоит остановиться на под­шип­ни­ках шеек коленвала. Рассмотрим соединение шатуна с коленчатым валом двигателя.

Те перегрузки, что испытывает вал, не под силу шариковым подшипникам. Здесь и огромное давление, высокая температура, труднодоступность смазки трущихся элементов и высокая скорость вращения. Поэтому именно для шеек применяются подшипники сколь­же­ния, которые обеспечивают работу всего двигателя. Вращение коленчатого вала происходит на вкладышах. Вкладыши делятся на коренные и шатунные. Из коренных вкладышей образуется кольцо вокруг коренных шеек вала. Из шатунных вкладышей по аналогии — вокруг шатунных шеек. Для уменьшения трения скользящие поверхности подшипников и шеек смазываются маслом, подаваемым через отверстия в коленвале под высоким дав­ле­ни­ем.

Значительную работу по обеспечению равномерности и плавности работы двигателя автомобиля выполняет маховик, о котором упоминалось ранее. Это зубчатое колесо на конце вала сглаживает перебои во вращении коленвала и обеспечивает совершение всех «холостых» тактов рабочего цикла каждого цилиндра ДВС.

Теперь обратимся к конструкции поршня двигателя.

Сам поршень представляет собой перевернутую вверх дном банку. Это самое дно имеет плавно вогнутую форму, что улучшает равномерность нагрузки на поршень при совершении рабочего хода и образование рабочей смеси. Поршень крепится к шатуну через палец с подшипником, обеспечивающим колебательные движения шатуна. Стенки поршня носят название «юбка». Она имеет, на первый взгляд, округлую форму, но есть едва заметные отличия.

Первое — это утолщение стенок юбки в направлениях движения шатуна. Поршень с шатуном через палец крепления давят поочередно друг на друга в одной плоскости. В той, которой собственно и двигается шатун относительно поршня. Следовательно, стенки поршня испытывают там большую нагрузку и давление, поэтому и сделаны толще.

Второе — это сужение диаметра юбки к низу. Сделано это для недопущения заклинивания поршня в цилиндре при нагреве и обеспечения смазки трущихся поверхностей юбки поршня и стенки цилиндра. Сами стенки цилиндра настолько гладко и ювелирно выполнены, что сравнимы с поверхностью зеркала. Но тогда остается зазор, который существенно влияет на герметичность цилиндра при такте сжатия и рабочего хода.

Для решения этих противоположных по смыслу проблем, на юбке поршня пре­дус­мот­ре­ны кольца. Именно через них сам поршень соприкасается со стенками цилиндра. На каждом поршне имеется два типа колец — компрессионные и маслосъемные. Комп­рес­си­он­ные кольца обеспечивают герметичность за счет давления сгораемых газов.

Маслосъемные кольца говорят сами за себя. Остатков масла, поступающего для смягчения трения в связке поршень-цилиндр, не должно оставаться при процессе горения топливно-воздушной смеси. Иначе возможна детонация, засорение свечей или форсунок остатками тяжелых фракций нефтяных продуктов, присутствующих в масле. А все это нарушает весь рабочий цикл. Поэтому масло, впрыскиваемое на стенки цилиндра при «холостых» тактах, снимается маслосъемными кольцами при рабочем ходе поршня.

Все цилиндры двигателя размещены в едином корпусе, который называется блоком цилиндров двигателя. Его конструкция довольно сложна. В нем многочисленное количество каналов для всех систем двигателя, а также он выполняет несущую основу для многих деталей и компонентов для силовой установки в целом.

 

 

Работа КШМ

Рассмотрим схему работы КШМ.

Поршень располагается на максимально удаленном расстоянии от коленчатого вала. Шатун и кривошип выстроены в одной линии. В тот момент, когда в цилиндр проникает горючее, происходит процесс возгорания. Продукты горения, в частности, расширяющие газы, способствуют перемещению поршня к коленчатому валу. Одновременно с этим перемещается также и шатун, нижняя головка которого проворачивает коленчатый вал на 180°. Затем шатун и его нижняя головка перемещаются и проворачиваются обратно, занимая исходную позицию. Поршень тоже возвращается в свое первоначальное положение. Такой процесс происходит в круговой последовательности.

По описанию работы КШМ видно, что кривошипно-шатунный механизм является главным механизмом мотора, от работы которого полностью зависит исправность транс­порт­но­го средства. Таким образом, этот узел необходимо постоянно контролировать, и при любом подозрении на неисправность, следует вмешиваться и устранять ее незамедлительно, так как результатом различных поломок кривошипно-шатунного механизма может ока­зать­ся полная поломка силового агрегата, ремонт которого очень дорогостоящий.

Неисправности КШМ

К основным признакам неисправности КШМ относятся следующие:

• Падение мощностных показателей двигателя;
• Появление посторонних шумов и стуков;
• Увеличенный расход масла;
• Возникновение дыма в отработанных газах;
• Перерасход топлива.

 

Шумы и стуки в моторе возникают из-за износа его главных составляющих и возникновение между сопряженными составляющими увеличенного зазора. При износе цилиндра и поршня, а также при возникновении большего зазора между ними появляется металлический стук, который удается отчетливо услышать при работе холодного мотора. Резкий и звонкий металлический стук при любых режимах работы мотора говорит об увеличенном зазоре между втулкой, верхней головки шатуна и поршневым пальцем. Усиление стука и шума при быстром увеличении числа оборотов коленвала свидетельствует об износе вкладышей шатунных или коренных подшипников, причем более глухой стук говорит об износе вкладышей коренных подшипников. Если износ вкладышей достаточно большой, то, вероятнее всего, давление масла резко понизится. В таком случае экс­плу­а­ти­ро­вать мотор не рекомендуется.

Падение мощности мотора возникает при износе цилиндров и поршней, износе или залегании в канавах поршневых колец, некачественной затяжке головки цилиндров. Подобные неисправности способствуют падению компрессии в цилиндре. Чтобы проверить компрессию, существует специальный прибор – компрессометр, измерения необходимо выполнять на теплом моторе. Для этого необходимо выкрутить все свечи, после чего установить наконечник компрессометра на место одной из них. При абсолютно открытом дросселе проворачивают мотор стартером в течение трех секунд. Подобным методом последовательно выполняют проверку всех остальных цилиндров. Значение компрессии должно быть в рамках, указанных в технических характеристиках мотора. Разница компрессии между цилиндрами не должна быть не выше 1 кг/см2.

Увеличенное потребление масла, перерасход топлива, образование дыма в отработанных газах обычно происходит при износе цилиндров и колец или при залегании поршневых колец. Вопрос с залеганием кольца можно решить без разборки мотора, залив в цилиндр через специальные отверстия для свечи соответствующую жидкость.

Отложение нагара на камерах сгорания и днищах поршней уменьшает теп­ло­про­вод­ность, что способствует перегреву мотора, повышению топливного расхода и падению мощности.

Трещины на стенках рубашки охлаждения блока, а также головки блока цилиндров могут образоваться в связи с замерзанием охлаждающей жидкости, в результате перегрева мотора, в результате заполнения охлаждающей системы ( см. система охлаждения двигателя) горячего мотора холодной охлаждающей жидкостью. Трещины на блоке цилиндров могут пропускать охлаждающую жидкость в цилиндры. В связи с этим выхлопные газы приобретают белый цвет.

Выше рассмотрены основные неисправности КШМ.

 

Крепежные работы

 

Чтобы предотвратить пропуск охлаждающей жидкости и газов через прокладку головки цилиндров, следует периодически контролировать крепление головки ключом со специальной динамометрической рукояткой с определенной последовательностью и усилием. Положение затяжки и последовательность затягивания гаек обозначают ав­то­мо­биль­ные заводы.

Головку цилиндров из чугуна прикрепляют, когда мотор находится в нагретом положении, алюминиевую голову, наоборот, на холодный двигатель. Необходимость затягивания крепления алюминиевых головок в холодном состоянии объясняется разным коэффициентом линейного расширения материала шпилек и болтов и материала головки. В связи с этим подтягивание гаек на сильно разогретом моторе не обеспечивает после остывания мотора должной плотности прилегания к блоку головки цилиндров.

Затяжку болтов прикрепления поддона картера для предотвращения деформации картера, нарушения при герметичности также проверяют с соблюдением пос­ле­до­ва­тель­нос­ти, то есть поочередным затягиванием диаметрально противоположных болтов.

 

Проверка состояния кривошипно-шатунного механизма

 

Техническое состояние кривошипно-шатунных механизмов определяется:

• По компрессии (изменению давления) в цилиндрах мотора в конце хода сжатия;
• По расходу масла в процессе эксплуатации и уменьшению давления в системе смазки двигателя;
• По разрежению в трубопроводе впуска;
• По утечке газов из цилиндров;
• По объему газов, проникающих в картер мотора;
• По наличию стуков в моторе.

 

Расход масла в малоизношенном моторе незначителен и может равняться 0,1-0,25 литра на 100 км пути. При общем значительном износе мотора расход масла может составлять 1 литр на 100 км и больше, что, как правило, сопровождается обильным дымом.

Давление в масляной системе мотора должно соответствовать пределам, ус­та­нов­лен­ным для данного типа мотора и используемого сорта масла. Уменьшение давления масла на незначительных оборотах коленвала прогретого силового агрегата указывает на неисправность в смазочной системе или на присутствие недопустимых износов под­шип­ни­ков мотора. Падение масляного давления по манометру до 0 говорит о не­исп­рав­нос­ти редукционного клапана или манометра.

Компрессия является показателем герметичности цилиндров мотора и ха­рак­те­ри­зу­ет состояние клапанов, цилиндров и поршней. Герметичность цилиндров можно установить с помощью компрессометра. Изменение давления (компрессию) проверяют после пред­ва­ри­тель­но­го разогрева мотора до 80°C при выкрученных свечах. Установив наконечник компрессометра в отверстия для свечей, проворачивают стартером коленвал мотора на 10 – 14 оборотов и фиксируют показания компрессометра. Проверка выполняется по 3 раза для каждого цилиндра. Если показания компрессии на 30 – 40% ниже установленной нормы, это говорит о неисправностях (пригорание поршневых колец или их поломка, повреждение прокладки головки цилиндров или негерметичность клапанов).

Разрежение в трубопроводе впуска мотора измеряют вакуумметром. Значение разрежения у работающего на установившемся режиме моторов может меняться от изношенности цилиндро–поршневой группы, а также от состояния элементов га­зо­расп­ре­де­ле­ния ( см. газораспределительный механизм ), регулировки карбюратора ( см. устройство карбюратора ) и установки зажигания. Таким образом, такой метод проверки является об­щим и не дает возможности выделить конкретную неисправность по одному показателю.

Объем газов, проникающих в картер мотора, изменяется из–за неплотности сопряжений цилиндр + поршень + поршневое кольцо, увеличивающейся по степени изнашивания данных деталей. Количество проникающих газов измеряют при полной нагрузке мотора.

 

 

Обслуживание КШМ

Обслуживание КШМ заключается в постоянном контроле креплений и подтягивании ослабевших гаек и болтов картера, а также головки блока цилиндров. Болты крепления головки блока и гайки шпилек следует подтягивать на разогретом моторе в определенной последовательности.

Двигатель следует содержать в чистоте, каждый день протирать или промывать кисточкой, смоченной в керосине, после этого протирать сухой ветошью. Необходимо помнить, что грязь, пропитанная маслом и бензином, представляет серьезную опасность для возгорания при наличии каких–либо неисправностей в системе зажигания двигателя исистеме питания двигателя, также способствует образованию коррозии.

Периодически нужно снимать головку блока цилиндров и удалять весь нагар, об­ра­зо­вав­ший­ся в камерах сгорания.

Нагар плохо проводит тепло. При определенной величине слоя нагара на клапанах и поршнях отвод тепла в охлаждающую жидкость резко ухудшается, происходит перегрев мотора и уменьшение его мощностных показателей. В связи с этим, возникает потребность в более частом включении низких передач и потребность в топливе возрастает. Интенсивность формирования нагара полностью зависит от вида и качества используемого для мотора масла и топлива. Самое интенсивное нагарообразование выполняется при использовании низкооктанового бензина с достаточно высокой температурой конца выкипания. Стуки, возникающие в таком случае при работе двигателя, имеют детонационный характер и в конечном итоге приводят к уменьшению срока работоспособности двигателя.

Нагар необходимо удалять с камер сгорания, со стержней и головок клапанов, из впускных каналов блока цилиндров, с днищ поршней. Нагар рекомендуется удалять с по­мощью проволочных щеток или металлических скребков. Предварительно нагар раз­мяг­ча­ет­ся керосином.

При последующей сборке мотора прокладку головки блока необходимо ус­та­нав­ли­вать таким образом, чтобы сторона прокладки, на которой наблюдается сплошная окантовка перемычек между краешками отверстий для камер сгорания, была направлена в сторону головки блока.

Стоит учесть, что во время движения машины за городом в течении 60–ти минут со скоростью 65–80 км/ч происходит выжигание (очистка) цилиндров от нагара.

При должном регулярном обслуживании КШМ его срок службы продлится на долгие годы.

www.dvigremont.ru

Устройство кривошипно-шатунного механизма двигателя отечественных автомобилей

Кривошипно-шатунный механизм двигателей автомобилей ГАЗ-69, ГАЗ-63 и ГАЗ-51 А в основном имеет одинаковые (унифицированные) детали, за исключением блока цилиндров, головки блока цилиндров и коленчатого вала, которые различаются размерами и конструктивным выполнением, зависящими от количества цилиндров двигателя и шатунов.

Блок цилиндров отлит из специального чугуна. Чтобы уменьшить износ цилиндров, в их верхнюю часть запрессовываются гильзы из кислотоупорного чугуна. Длина гильзы 50 мм, толщина стенок 2 мм. Блок цилиндров имеет рубашку охлаждения по всей длине цилиндров.

Коренные подшипники коленчатого вала снабжены взаимозаменяемыми тонкостенными вкладышами из малоуглеродистой стальной ленты, залитой баббитом специального состава. Вкладыши удерживаются от провертывания при помощи фиксирующих выступов, входящих в пазы, имеющиеся в блоке и крышке. Крышки коренных подшипников крепятся двумя болтами.

Головка блока цилиндров отлита из алюминиевого сплава и крепится к блоку шпильками. Порядок затяжки гаек показан на рисунке а и б.

Между блоком цилиндров и головкой блока цилиндров устанавливается прокладка из асбестового полотна, пропитанного графитом. В прокладке имеются окна, окантованные жестью. Поршень отлит из алюминиевого сплава. Днище поршня плоское, юбка эллиптической формы с П-образной прорезью. При установке поршня в цилиндр эта прорезь должна быть обращена в сторону, противоположную клапанной коробке. На головке поршня выполнены пять кольцевых канавок. Верхняя канавка уменьшает нагрев верхнего компрессионного кольца, остальные канавки служат для установки поршневых колец. Для улучшения приработки поршни покрыты тонким слоем олова.

На поршень устанавливаются по два одинаковых компрессионных и по два одинаковых маслосъемных кольца. Верхнее компрессионное кольцо с наружной стороны хромируют, чтобы повысить его износостойкость. Для лучшей приработки второе компрессионное кольцо и маслосъемные кольца подвергаются лужению. С этой же целью на внутренней цилиндрической поверхности обоих компрессионных колец делается фаска, в результате чего кольца при установке их в цилиндр несколько перекашиваются (скручиваются) и соприкасаются с цилиндром не всей плоскостью, а только нижней кромкой.

Поршневые пальцы плавающего типа, пустотелые, изготавливаются из стали. Наружная поверхность поршневых пальцев подвергается поверхностной закалке на глубину 1 —1,5 мм. От осевых перемещений пальцы удерживаются круглыми пружинными кольцами, устанавливаемыми в кольцевых канавках обеих бобышек поршня.

Шатуны стальные двутаврового сечения, симметричные у двигателя ГАЗ-69 и несимметричные у двигателей ГАЗ-63 и ГАЗ-51А.

Рис. Порядок затяжки болтов и гаек головок блоков цилиндров: а — двигателя автомобиля ГАЗ-69; б — двигателя автомобиля ГАЗ-63; в — двигателя автомобиля ЗИЛ-157К

В верхнюю головку шатуна запрессована втулка из оловянистой бронзы. Во втулке выполнено отверстие, которое совпадает с прорезью в верхней головке шатуна; оно предназначается для смазки поршневого пальца.

Нижняя головка шатуна снабжена взаимозаменяемыми тонкостенными вкладышами из малоуглеродистой стальной ленты, залитой баббитом специального состава. Вкладыши удерживаются от провертывания фиксирующими выступами, входящими в пазы в нижней головке шатуна. Во вкладышах имеются отверстия для прохода масла. У вкладыша, устанавливаемого в шатун, это отверстие совпадает с отверстием в нижней головке шатуна, выходящим наружу в месте перехода головки в тело шатуна. Через это отверстие выбрасывается смазка к цилиндрам и деталям распределительного механизма.

Крышка нижней головки шатуна крепится к шатуну двумя болтами.

Коленчатый вал стальной, кованый, с противовесами. Шатунные и коренные шейки подвергаются поверхностной закалке. Они соединены сверлениями для смазки шатунных подшипников. Каналы в щеках имеют специальные тупики — грязеуловители, закрытые резьбовыми пробками.

Осевые перемещения коленчатого вала воспринимаются передним коренным подшипником через две упорные шайбы. Передняя шайба обращена поверхностью, залитой баббитом, к стальной упорной шайбе, сидящей на валу на шпонке и прижатой к торцу коренного подшипника. Задняя шайба обращена поверхностью, залитой баббитом, к буртику шейки вала. Передняя шайба удерживается от вращения двумя штифтами, запрессованными в блок цилиндров и крышку переднего коренного подшипника, задняя — выступом, входящим в паз на торце крышки коренного подшипника.

Носок коленчатого вала уплотняется самоподжимным сальником, устанавливаемым в крышке распределительных шестерен с наружной стороны блока, и маслоотражательным кольцом, устанавливаемым между распределительной шестерней и ступицей шкива. Хвостовик имеет сальниковое уплотнение, состоящее из двух полуколец, изготовленных из прографиченного асбестового шнура, вкладываемых в две обоймы. Верхняя обойма крепится к торцу блока, нижняя — к крышке подшипника. Кроме того, на задней коренной шейке коленчатого вала перед сальником имеется маслосбрасывающий буртик, входящий в кольцевую выточку подшипника.

Маховик отливается из чугуна и крепится к фланцу хвостовика коленчатого вала при помощи четырех специальных болтов. На маховик напрессован стальной зубчатый венец для запуска двигателя стартером. В наружную поверхность маховика запрессован стальной шарик, служащий для установки зажигания. С этой же целью в обе стороны от шарика нанесено по 12 рисок.

Нижняя часть картера штампованная из листовой стали. Внутри картера имеется перегородка, предохраняющая масло от расплескивания при движении. Нижняя часть крепится к верхней болтами. Место стыка уплотняется пробковыми прокладками.

У кривошипно-шатунного механизма двигателей автомобилей ЗИЛ-157К и ЗИЛ-164А, а также ЗИЛ-157, ЗИЛ-151, ЗИЛ-164 и. ЗИЛ-150 в отличие от двигателей ГАЗ в блоке цилиндров не имеется вставных гильз. Плоскость разъема картера расположена на 70 мм ниже оси коленчатого вала. Крышки четвертого и седьмого (считая от носка коленчатого вала) коренных подшипников крепятся четырьмя болтами, а остальные — двумя.

Крышки коренных подшипников несимметричные. Под всеми крышками на новых двигателях устанавливается с каждой стороны по тонкой прокладке (толщиной 0,05 мм). Эти прокладки во избежание ослабления посадки подшипников удаляются примерно через 50 000—60 000 км пробега.

Головка блока цилиндров отлита из алюминиевого сплава и крепится к блоку болтами и шпильками. Порядок затяжки гаек шпилек и болтов показам на рисунке в.

Между головкой блока и блоком цилиндров устанавливается гладкой стороной к головке блока цилиндров сталеасбестовая прокладка.

Поршень алюминиевый, с юбкой цилиндрической формы. На юбке поршня имеются поперечный и продольный косой разрезы. При установке поршня в цилиндр поперечный разрез должен быть обращен в сторону, противоположную клапанной коробке. На головке поршня выполнены четыре кольцевые канавки для установки поршневых колец.

На поршень устанавливается по три компрессионных и по одному маслосъемному кольцу. В компрессионных кольцах имеются ступенчатые проточки: в верхнем кольце — с внутренней стороны, а в остальных — с наружной.

В верхние головки шатунов запрессовано по две бронзовые втулки. В верхней части нижней головки шатуна имеется боковое отверстие для разбрызгивания масла на зеркало цилиндров и детали распределительного механизма.

Крышка нижней головки шатуна крепится к шатуну двумя болтами с гайками. При сборке шатуна метки-бобышки на шатуне и крышке должны быть обращены в одну сторону. При сборке шатуна с поршнем стрелка, выбитая на поршне, и установочные метки-бобышки шатуна должны быть также обращены в одну сторону; кроме того, стрелка, выбитая на поршне, должна быть обращена к передней части двигателя.

Под крышками на новых двигателях устанавливается с каждой стороны по тонкой прокладке (толщиной 0,05 мм). Эти прокладки во избежание ослабления посадки подшипников удаляются примерно через 30 000—40 000 км пробега.

Коленчатый вал изготовляется без противовесов. В шатунных шейках имеются сквозные сверления для облегчения веса вала.

Осевые перемещения коленчатого вала воспринимаются передним коренным подшипником через две упорные шайбы. Передняя упорная шайба обращена поверхностью, залитой баббитом, к торцу распределительной шестерни, а задняя — к буртику шейки коленчатого вала. Упорные шайбы удерживаются от провертывания имеющимися в них выступами, входящими в прорези крышки переднего коренного подшипника.

Утечке смазки через передний конец коленчатого вала препятствует резиновый каркасный сальник в месте выхода хвостовика вала, а утечке через задний конец коленчатого вала — сальник из асбестовой набивки, маслоотгонная мелкая спиральная канавка и резиновые уплотнители под крышкой седьмого коренного подшипника.

Маховик крепится на фланце хвостовика коленчатого вала шестью болтами. Для установки зажигания на переднем торце маховика выбита метка ВМТ / 1-6.

У двигателя автомобиля Урал-375 блок цилиндров с двухрядным расположением цилиндров отлит из чугуна. В блоке устанавливаются съемные мокрые гильзы 4 с антикоррозийными короткими вставками из нирезиста в верхней части. На каждую группу из четырех цилиндров крепится алюминиевая головка цилиндров 6. Порядок затяжки болтов головки показан на рисунке.

Поршни двигателя отлиты из алюминиевого сплава и снаружи покрыты тонким слоем олова. Они имеют форму эллиптического конуса. В головку поршня залито чугунное кольцо 1, в котором прорезана канавка для верхнего компрессионного кольца.

На поршень установлены три компрессионных и одно маслосъемное кольцо. Два верхних компрессионных кольца 6 имеют хромированную наружную поверхность. Маслосъемное кольцо состоит из двух плоских стальных кольцевых дисков 3, осевого расширителя 4 и радиального расширителя 5.

Поршневые пальцы пустотелые, плавающего типа; фиксируются они от осевого смещения двумя стопорными кольцами. Коленчатый вал двигателя стальной, с четырьмя шатунными и пятью коренными шейками. На каждую шатунную шейку опираются два шатуна (правой и левой группы цилиндров). При сборке двигателя коленчатый вал балансируется (уравновешивается) в плоскости вращения в сборе со ступицей шкива, маховиком и сцеплением.

Коренные и шатунные подшипники — тонкостенные трехслойные вкладыши. Они представляют собой стальную ленту, на которую нанесен медно-никелевый подслой, покрытый сверху тонким слоем антифрикционного сплава СОС-6-6.

На переднем конце коленчатого вала установлено маслоотражательное кольцо, а на заднем конце вала выполнены маслосбрасывающий буртик и маслосгонная канавка. Место выхода переднего конца коленчатого вала уплотняется каркасным резиновым сальником, а заднего конца — сальниковым кольцом из асбестовой набивки. Кроме того, под крышкой заднего коренного подшипника установлены дополнительные резиновые уплотнители.

У двигателя ЯАЗ-М-206Б блок цилиндров отлит из легированного чугуна. Плоскость разъема картера расположена ниже оси коленчатого вала. В гнезда цилиндров блока вставляются сухие гильзы, имеющие в средней части отверстия (продувочные окна) для подачи воздуха в цилиндр. В стенках блока также имеются окна. Гильзы изготавливаются из легированного чугуна и подвергаются термической обработке. В верхней части гильзы имеют буртик, закраинами которого они опираются на кольцевые выточки блока. На торцах гильз выполнена спиральная нарезка для уплотнения камеры сгорания.

Рис. Поперечный разрез двигателя автомобиля Урал-375: 1 — масляный насос; 2 — блок цилиндров; 3 — поршень; 4 — гильза цилиндра; 5 — выпускной газопровод; 5 — головка цилиндров; 7 — крышка головки цилиндров; 8 — коромысло; 9 — выпускной клапан; 10 — штанга коромысла; 11 — карбюратор; 12 — привод распределителя; 13 — впускная труба; 14 — распределитель; 15 — маслоуказатель; 16 — впускной клапан; 17 — искровая зажигательная свеча; 18 — толкатель; 19 — распределительный вал; 20 — шатун; 21 — коленчатый вал; 22 — масляный картер; 23 — маслоприемник

Рис. Порядок затяжки болтов головки блока цилиндров двигателя автомобиля Урал-375

Рис. Установка поршневых колец на поршне двигателя автомобиля Урал-375: 1 — кольцо головки поршня; 2 — нижнее компрессионное кольцо; 3 — кольцевой диск; 4 — осевой расширитель; 5 радиальный расширитель; 6 — верхние компрессионные кольца

Рубашка охлаждения окружена воздушной камерой, откуда воздух поступает в продувочные окна гильз.

К торцам блока цилиндров для повышения жесткости прикрепляются болтами стальные торцовые листы.

В блоке выполнены смотровые люки, обеспечивающие доступ к ресиверу (воздушной камере) и позволяющие наблюдать за состоянием продувочных окон, поршней и колец, не разбирая двигатель.

Коренные подшипники коленчатого вала снабжены тонкостенными вкладышами из малоуглеродистой стальной ленты со слоем свинцовистой бронзы. Верхние и нижние половины вкладышей невзаимозаменяемы. Верхние половины вкладышей отличаются от нижних наличием кольцевой канавки с отверстием посередине для подачи масла. Однако целиком комплекты вкладышей из двух половин для всех коренных подшипников взаимозаменяемы.

Вкладыши удерживаются от провертывания усиками, имеющимися на вкладышах и входящими в канавки на блоке и крышках подшипников.

Коренных подшипников семь. Крышки коренных подшипников крепятся двумя шпильками и гайками.

Головка блока цилиндров отливается из легированного чугуна и крепится к блоку 14 шпильками. Порядок затяжки гаек шпилек показан на рисунке. Поверхность головки блока над цилиндрами образует плоский свод камеры сгорания. В головке блока размещаются детали распределительного механизма и системы питания топливом.

Рис. Порядок затяжки гаек головки блока цилиндров двигателя ЯАЗ-М-206В

Между головкой блока и блоком цилиндров устанавливаются внутренняя многослойная металлическая и наружная составная пробковая прокладки.

Поршень отливается из специального ковкого чугуна большой прочности. Юбка поршня покрывается тонким слоем олова. В днище поршня имеется камера, соответствующая форме распыленной струи топлива, подаваемого в цилиндр из насос-форсунки. Форма юбки цилиндрическая. На головке поршня выполнены четыре кольцевые канавки для компрессионных .колец и на юбке поршня — две канавки для маслосъемных колец. Кроме того, под канавками для маслосъемных колец сделаны кольцевые выточки с двумя рядами радиальных отверстий для отвода масла и лучшей вентиляции картера.

На поршень устанавливается по четыре компрессионных и по два маслосъемных кольца. Верхнее компрессионное кольцо с внешней стороны хромируется, а затем для лучшей приработки на слой хрома наносится тонкий слой свинцового сплава. С этой же целью на внешней стороне остальных компрессионных колец делается по три кольцевые канавки, которые покрываются оловом.

Маслосъемные кольца состоят из трех частей: двух чугунных колец и расширителя. На наружной стороне колец сделаны особой формы прорези для отвода масла. При установке колец на поршни их острые кромки должны быть направлены вниз. Расширитель изготавливается из стальной ленты.

Поршневые пальцы плавающие, пустотелые, изготовляются из хромоникелевой стали. От осевых перемещений пальцы удерживаются стальными заглушками и пружинными кольцами, установленными с наружной стороны обеих бобышек поршня.

Шатуны стальные, двутаврового сечения. В верхнюю головку шатуна запрессовываются две бронзовые втулки с винтовыми канавками на внутренней поверхности. Нижняя головка снабжена тонкостенными вкладышами из малоуглеродистой стальной ленты, покрытой тонким слоем свинцовистой бронзы. Верхние и нижние половины вкладышей невзаимозаменяемы. Верхние половины вкладышей имеют в средней части две канавки, идущие от плоскости разъема до маслоподающих отверстий, нижняя половина — одну среднюю кольцевую канавку по всей полуокружности. Целиком комплекты вкладышей для всех шатунов взаимозаменяемы. Вкладыши удерживаются от провертывания усиками, имеющимися на вкладышах и входящими в канавки нижней головки шатуна. Крышка нижней головки шатуна крепится двумя специальными болтами с гайками. Крышки при разборке нельзя менять местами и перевертывать.

Вдоль всего тела шатуна просверлен канал, соединяющий кольцевую канавку в верхней головке шатуна, образованную впрессованными бронзовыми втулками, с канавками нижней головки. В канале около нижней головки шатуна запрессована втулка, которая ограничивает поступление масла в верхнюю головку для смазки пальца. В верхней головке установлена форсунка, через которую масло попадает на днище поршня для дополнительного его охлаждения.

Коленчатый вал стальной, штампованный, семиопорный, с двумя парами стальных противовесов, прикрепленных болтами к щекам коленчатого вала. Болты после установки противовесов завариваются. Шатунные и коренные шейки подвергаются поверхностной закалке и соединяются сверлениями для смазки шатунных подшипников.

Осевые смещения коленчатого вала воспринимаются задним коренным подшипником через четыре бронзовых полукольца, установленных попарно с каждой стороны подшипника. Для предохранения полуколец от провертывания нижние полукольца надеты на латунные штифты, запрессованные в крышку подшипника. Носок и хвостовик коленчатого вала уплотняются самоподжимными сальниками, устанавливаемыми впереди в крышке и сзади в картере маховика. Кроме того, за сальником на носке коленчатого вала устанавливается маслоотражательное кольцо.

На носке коленчатого вала устанавливаются шестерня привода масляного насоса, шкивы привода вентилятора и генератора и гаситель крутильных колебаний (демпфер).

Гаситель крутильных колебаний состоит из двух частей: малого и большого маховиков. К каждому маховику привулканизирован слой резины, другой стороной этот слой привулканизирован к фланцу. Фланцы вместе с маховиками крепятся на шкиве коленчатого вала.

На хвостовике коленчатого вала имеются фланец и цапфа, на которую устанавливается распределительная шестерня. В торец хвостовика запрессованы два штифта для правильной установки маховика.

Маховик устанавливается на хвостовике коленчатого вала и крепится к нему шестью болтами. На обработанную цилиндрическую поверхность маховика напрессован зубчатый венец. Нижняя часть картера штампованная из листовой стали. Она крепится к верхней части болтами. Место стыка уплотняется пробковой прокладкой.

ustroistvo-avtomobilya.ru

Кривошипно-шатунный механизм (КШМ): устройство и предназначение

Одной из составляющих частей двигателя является кривошипно-шатунный механизм (сокращенно — КШМ). О нем и пойдет речь в нашей статье.

Основное предназначение КШМ в изменении прямолинейных движений поршня на вращательные действия коленвала в моторе, а также наоборот.

Схема кривошипно-шатунного механизма(КШМ): 1 — Вкладыш шатунного подшипник; 2 — Втулка верхней головки шатуна; 3 — Поршневые кольца; 4 — поршень; 5 — Поршневой палец; 6 — Стопорное кольцо; 7 — Шатун; 8 — Коленчатый вал; 9 — Крышка шатунного подшипника

Строение КШМ

Поршень

Эта деталь КШМ представлена в виде цилиндра, сделанного из алюминия и некоторых примесей. Составляющими частями поршня есть: юбка, головка, днище, соединенные в единую деталь, но имеющие разные функции. В днище поршня, которое может иметь разную форму, находится камера сгорания. Продолговатые углубления головки предназначены для колец. Кольца компрессионные защищают механизм от прорывов газа. В свою очередь кольца маслосъемные обеспечивают удаление лишнего количества масла из цилиндра. Юбка содержит две бобышки, которые способствуют расположению поршневого пальца, служащего связующим звеном между поршнем и шатуном.

По своей сути поршень – это деталь, которая трансформирует колебания давления газа в механический процесс и способствует обратному действию – нагнетает давление путем обратно-поступательной деятельности.

Шатун

Основное предназначение шатуна – перемещение усилия, полученного от поршня на коленвал. В строении шатуна существует верхняя и нижняя головка, соединение деталей осуществляются с помощью шарниров. Составляющей частью детали является еще двутавровый стержень. Благодаря разбирающейся нижней головке создается крепкое и точное крепление с шейкой коленвала. Что касается верхней головки, то в ней расположен вращающийся поршневой палец.

Коленчатый вал

Главная роль коленвала — обработка усилия, поступающего от шатуна для трансформирования его в крутящий момент. Коленвал составляют несколько коренных, шатунных шеек, обитающих в подшипниках. В шейках и щеках есть специальные отверстия, использующиеся в виде маслопроводов.

Маховик

Маховик размещен на конце коленвала. Механизм представлен в виде 2-х объединенных дисковых пластин. Зубчатая сторона детали задействована напрямую в запуске мотора.

Блок и головка цилиндров

Предназначение цилиндра КШМ — направление работы поршней. В блоке цилиндров сосредоточены точки крепления агрегатов, рубашки охлаждения, подушки для подшипников. В голове блока цилиндров размещена камера сгорания,  втулки, посадочные места для свечей, седла клапана, каналы для впуска и выпуска. Сверху блок цилиндров защищает специальная герметичная прокладка. Вместе с этим головка цилиндра прикрыта резиновой прокладкой, а также штампованной крышкой.

qvarto.ru

назначение и устройство, обслуживание и ремонт

Двигатель – пожалуй, самый ответственный агрегат в автомобиле. Именно он вырабатывает крутящий момент для дальнейшего движения машины. В основе конструкции ДВС лежит кривошипно-шатунный механизм. Назначение и устройство его будет рассмотрено в нашей сегодняшней статье.

Конструкция

Итак, что это за элемент в двигателе?

Данный механизм воспринимает энергию давления газов и преобразует его в механическую работу. КШМ двигателя внутреннего сгорания объединяет в себе несколько составляющих, а именно:

• поршень;
• шатун;
• коленчатый вал со вкладышами;
• кольца и втулки.

В совокупности они образуют цилиндро-поршневую группу. Каждая деталь кривошипно-шатунного механизма делает свою работу. При этом элементы взаимосвязаны между собой. Каждая деталь имеет свое устройство и назначение. Кривошипно-шатунный механизм должен выдерживать повышенные ударные и температурные нагрузки. Это обуславливает надежность силового агрегата в целом. Далее мы подробно расскажем о каждой из перечисленных выше составляющей.

Поршень

Данная деталь кривошипно-шатунного механизма воспринимает давление расширяющихся газов после воспламенения горючей смеси в камере. Поршень изготавливается из сплавов алюминия и осуществляет возвратно-поступательные движения в гильзе блока. Конструкция поршня объединяет в себя головку и юбку. Первая может иметь разную форму: вогнутую, плоскую или выпуклую.

На 16-клапанных двигателях ВАЗ зачастую используются поршни с выемками. Они служат для предотвращения столкновения головки поршня с клапанами в случае обрыва ремня ГРМ.

Кольца

Также в конструкции есть кольца:

• маслосъемное;
• компрессионные (две штуки).

Последние препятствуют утечкам газов в картер двигателя. А первые служат для удаления излишков масла, что остается на стенках цилиндра при осуществлении хода поршня. Чтобы поршень соединился с шатуном (о нем мы расскажем ниже), в его конструкции также предусмотрены бобышки.

Шатун

Работа кривошипно-шатунного механизма не обходится без этого элемента. Шатун передает толкательные усилия от поршня на коленвал. Данные детали машин и механизмов имеют шарнирное соединения. Обычно шатуны изготавливаются путем ковки или штамповки. Но на спортивных двигателях используются титановые литые элементы. Они более устойчивы к нагрузкам и не деформируются в случае большого толчка.

Каково устройство и назначение кривошипно-шатунного механизма? Конструктивно шатун состоит из трех частей:

• верхней головки;
• стрежня;
• нижней головки.

Вверху данный элемент соединяется с поршнем при помощи пальца. Вращение детали осуществляется в тех самых бобышках. Такой тип пальца называется плавающим. Стержень у шатуна имеет двутавровое сечение. Нижняя часть является разборной. Это нужно для того, чтобы производить его демонтаж с коленчатого вала в случае неисправностей. Нижняя головка соединяется с шейкой коленчатого вала. Устройство последнего мы рассмотрим прямо сейчас.

Коленчатый вал

Данный элемент является основной составляющей в устройстве кривошипно-шатунного механизма. Назначение его в следующем. Коленчатый вал воспринимает нагрузки от шатуна. Далее он преобразует их в крутящий момент, который впоследствии передается на коробку через механизм сцепления. На конце вала закреплен маховик. Именно он является заключительной частью в конструкции двигателя. Может быть одно- и двухмассовым. На конце имеет зубчатый венец. Он нужен для зацепления с шестерней стартера в случае запуска двигателя. Что касается самого вала, он изготавливается из высокопрочных сортов стали и чугуна. Элемент состоит из шатунных и коренных шеек, что соединяются «щеками». Последние вращаются во вкладышах (подшипники скольжения) и могут быть разъемными. Внутри щек и шеек есть отверстия для подачи масла. Смазка проникает под давлением от 1 до 5 Бар, в зависимости от нагруженности ДВС.

Во время работы двигателя может возникать дисбаланс вала. Чтобы его предотвратить, в конструкции предусмотрен гаситель крутильных колебаний. Он являет собой два металлических кольца, что соединяются через упругую среду (моторное масло). На внешнем кольце гасителя имеется ременной шкив.

Типы ЦПГ

На данный момент существует несколько разновидностей цилиндропоршневой группы. Наиболее популярная – рядная конструкция. Она применяется на всех 4-цилиндровых двигателях. Также есть рядные «шестерки» и даже «восьмерки». Данная конструкция предполагает размещение оси цилиндров в одной плоскости. Рядные двигатели отличаются высокой сбалансированностью и малой вибрацией.

Существует также и V–образная конструкция, которая пошла от американцев. Схема кривошипно-шатунного механизма V-8 представлена ниже на фото.

Как видите, здесь цилиндры располагаются в двух плоскостях. Обычно они находятся под углом от 75 до 90 градусов относительно друг друга. Благодаря такой конструкции, можно существенно сэкономить место в подкапотном пространстве. Примером могут послужить 6-цилиндровые моторы от «Опель» С25ХЕ. Этот V-образный двигатель без проблем размещается под капотом поперечно. Если взять рядную «шестерку» от переднеприводного «Вольво», она будет заметно скрадывать место под капотом.

Но за компактность приходится платить меньшей виброустойчивостью. Еще одна схема размещения цилиндров – оппозитная. Практикуется на японских автомобилях «Субару». Оси цилиндров размещены тоже в двух плоскостях. Но в отличие от V-образной конструкции, здесь они находятся под углом 180 градусов. Основные плюсы – низкий центр тяжести и отличная балансировка. Но такие двигатели очень дорогие в производстве.

Ремонт и обслуживание кривошипно-шатунного механизма

Обслуживание любого КШП предполагает лишь регулярную замену масла в двигателе. В случае ремонта уделяется внимание следующим элементам:

• Кольцам поршней. При залегании они меняются на новые.
• Вкладышам коленчатого вала. При существенной выработке или проворачивании подшипника скольжения – замена на новый.
• Поршневым пальцам. Они тоже имеют выработку.
• Самим поршням. При детонации возможен прогар головки, что влечет за собой снижение компрессии, троение, жор масла и прочие неполадки с двигателем.

Зачастую подобные неисправности возникают при несвоевременной замене масла и фильтра, а также при использовании низкооктанового бензина. Также ремонт КШМ может понадобится при постоянных нагрузках и при высоком пробеге. Детали машин и механизмов обычно имеют высокий запас прочности. Но есть случаи, когда вкладыши проворачивало уже на 120 тысячах километров, прогорали клапаны и поршни. Все это является следствием несвоевременного обслуживания силового агрегата.

Итак, мы выяснили, что являет собой кривошипно-шатунный механизм, из каких элементов он состоит.

fb.ru