Кривошипно-шатунный механизм (КШМ) — это одна из главных из систем ДВС, которая трансформирует возвратно-поступательные перемещения поршня во вращательную работу коленвала. Включает подвижные и статичные элементы, крепежи, шатунные, коренные подшипники. Относится к конструктивно сложным узлам.
В ходе эксплуатации силовая установка обеспечивает непрерывное передвижение и желательно, чтобы оно оставалось равномерным. При этом цилиндро-поршневая группа генерирует поступательное перемещение. Это порождает необходимость трансформации одного вида движения в другое с наименьшими издержками. Такая функция возложена на КШМ машины. Он преобразует энергию и направляет к иным использующим ее системам. В этой статье расскажем из каких деталей состоит кривошипно-шатунный механизм.
Кривошип включает элементы, узлы подвижного и неподвижного типа. В число первых входит коленвал, маховик, поршень и поршневые кольца, шатунные элементы.
Статичные компоненты выступают основой конструкции, играют роль фиксаторов и направляющих. В этой категории присутствует блок-картер и его поддон, блок цилиндров, ГБЦ, подшипники и элементы фиксации. Поясним подробнее из чего состоит КШМ и охарактеризуем каждый элемент подробнее.
Шатуны. Обеспечивают сочленение поршней и коленвала. Конструктивно выступают высокопрочной перемычкой из металла. С одной стороны фиксируются к поршню, обратной закрепляется на шейке коленчатого вала. Применение пальцевого механизма соединения позволяет двигаться поршню в единой плоскости с цилиндром. Аналогично фиксация шатуна к коленвалу обеспечивает перемещение последнего в одной плоскости с поршневым соединением.
Коленвал. Это механическое устройство кривошипно-шатунного механизма, преобразующее возвратно-поступательную работу в крутящий момент. Относится к полноопорному, штампованному типу узлов. Его ось направлена на опорные шейки, фланцевое соединение маховика, носок вала. При этом шейки шатунов, наоборот, находятся за осью, поэтому движутся по окружности при вращении.
Конструкция коленвала включает 4 шатунные и 5 коренных шеек, шестерни привода распредвала и противовесы. Чтобы исключить осевое перемещение узел комплектуется полукольцами. На хвостовике и носке расположены самоподвижные сальники из резины. Шатунные шейки обеспечивают дополнительную очистку смазки за счет действия центробежной силы. Процесс идет во внутренних полостях деталей.
Маховик. Узел КШМ двигателя, находится на хвостовике коленвала. Выполнен в виде хорошо сбалансированного массивного диска из чугуна, оснащенного венцом зубчатого типа. Раскручивает коленчатый вал и ЦПГ чтобы исключить замирание поршней в ВМТ. Поэтому некоторая мощность силовой установки тратится на поддержку движения этого узла.
Поддерживает стабильную работу двигателя, накапливает и передает кинетическую энергию, что определяет назначение КШМ. Преодолевает сопротивление сжатию в цилиндрах во время пуска мотора, трогании в подъем. Вращается совместно с коленвалом и в определенной степени смягчает рывковые нагрузки.
Кожух маховика изготовлен из марки серого чугуна. Элемент закрывает пространство картера ДВС сзади. В нижнем сегменте размещен лючок для обслуживания зубчатого венца.
Поршень. В перечень того, что входит в КШМ включается поршень, который заставляет двигаться бензин и дизтопливо. Во время работы нагнетается давление, воздействующее на дно поршня. У современных бензиновых моторов деталь вогнутая, имеющая специальные клапанные проточки. В дизельных ДВС происходит сжатие воздуха, а не бензина. В этом случае вогнутое дно формирует камеру сгорания.
Другой сегмент детали именуется юбкой, которая играет роль направляющей, перемещающейся внутри цилиндра. При этом она никак не касается шатуна. В боковой части поршня размещены специальные пазы под кольца. В верхней половине находятся 2 или 3 компрессионных кольца. Такое устройство КШМ двигателя предотвращает попадание продуктов сгорания в пространство между поршнем и стенками цилиндров. Кольца компенсируют негерметичность стыка за счет соприкосновения с зеркалом. Внизу находится паз для маслосъемного кольца, которое удаляет лишний объем смазки со стенок цилиндров, препятствуя их попаданию в камеру сгорания.
Поршневой палец. Среди основных подвижных деталей КШМ — поршневой палец. Размещается в поршневом гнезде и в верхнем сегменте шатуна. В разных видах конструкции ДВС имеют фиксированное или плавающее крепление. Первый располагается с натяжением, в последнем случае применяются стопорные кольца.
Возможно смещение пальцевой оси относительно вращающейся части цилиндра на величину до 2 мм в бобышках поршня в направлении большей боковой силы. Это исключает сильный шум поршня на холодном моторе.
Чтобы сократить трение и обеспечить смазку контактирующих деталей в поршневой головке кривошипно-шатунного механизма запрессовывается втулка из бронзы. Конструкция разборной кривошипной головки помогает удобно собирать механизм. Элементы филигранно подогнаны фиксируются на контргайки и болты. Нивелировать последствия трения помогают стальные подшипники скольжения, выполненные как вкладыши с замковыми механизмами. Смазка подводится по специальным канавкам.
Препятствует повороту вкладышей сила трения. По этой причине на внешнюю поверхность подшипника не наносится смазка.
Поршневые кольца. Предотвращают разгерметизацию поверхности цилиндра, отводят излишки тепла от головки поршня. Помогают удалить лишний объем смазки с цилиндрового зеркала.
Компрессионные кольца. Выполнены из прочного чугуна, размещаются на поршне в количестве трех единиц. Рабочее покрытие верхнего элемента обработано пористым хлором. Два кольца, расположенные снизу, обработаны оловянным слоем для лучшей приработки к гильзе. Кольца трапецеидального сечения размещаются в направлении днища скошенной стороной.
Маслосъемные кольца. Отличаются прямоугольной формой. Внутри размещены пазы, через которые протекает масло, удаляемое с вертикальных поверхностей цилиндров.
Гильзы цилиндров. Детали КШМ, выступающие в качестве полости для осуществления рабочего цикла. Играют роль направляющих для перемещения поршня. Относятся к категории мокрых деталей. Выпускаются из особых марок чугуна, имеют толстые стенки и перлитную структуру. Внутренняя часть (зеркало цилиндра) проходит закаливание высокочастотным током и шлифуется с показателем микрошероховатости от 0.2 до 0.5 мкм.
Внешняя поверхность гильзы отличается наличием двух поясов, позволяющих зафиксировать деталь в расточках блока цилиндров. На нижнем поясе расположены канавки с сечением в виде прямоугольника. Внутри размещаются уплотнительные кольца из эластомеров. Это исключает просачивание антифриза из охладительной рубашки внутрь блок-картера ДВС.
Блок цилиндров (БЦ). Главная и наиболее дорогая часть ДВС, составляющая общего устройства КШМ. В нем находятся отверстия цилиндров, где движутся поршни и идет сгорание топлива. Конструктивно выполнен в виде металлического корпуса с цилиндрами, каналами охлаждающей системы, посадочными отверстиями коленвала, распределительного вала. Производится из сплава на основе алюминия или чугуна, для уменьшения веса узла применяются ребра жесткости.
ГБЦ (головка блока цилиндров). Размещается поверх блока цилиндров, оснащается отверстиям под клапаны выпускного/впускного коллектора, фиксирующих элементов для различных узлов силовой установки. По периметру узла располагается прокладка клапанной крышки, последняя закрывает его сверху.
Прокладка БЦ. Предотвращает разгерметизацию пространства между ГБЦ и блоком цилиндров, получила форму пластины. Для производства уплотнителя используется асбостальной материал толщиной 1.4 мм. Отверстия под цилиндры окантованы листовой сталью, жидкостные гнезда получили окантовку из меди. Во время монтажа и фиксации головок принимается во внимание, что размещение прокладки на шпильки допустимо лишь в одной позиции.
Картер ДВС. Одна из главных составляющих устройства КШМ — картер. Это часть корпуса силовой установки размещается ниже блока цилиндров. Между ними находится коленвал. В ходе эксплуатации картер испытывает большие температурные и силовые нагрузки. Чтобы выполнять сложные задачи выпускается из высокопрочных сплавов (чугун, сплавы на основе алюминия с литьем) и обладает повышенной жесткостью.
Внутри него размещаются опоры коленвала, цилиндры, отдельные компоненты механизма ГРМ, элементы системы смазки с разветвленной схемой каналов и дополнительными устройствами. Здесь также расположены балансировочные валы, масляный насос.
Для чего нужен КШМ поясняет конструкция блок-картера. В его верхнем сегменте под прямым углом находятся 2 ряда отверстий с привалочными поверхностями под цилиндровые головки. На поверхностях есть литые гнезда для удаления смазки из ниши клапанного механизма, для перелива жидкости из охлаждающей рубашки в головку цилиндров. Также здесь находятся отверстия, через которые проложены штанги толкателей. Первый ряд устанавливается впереди левого цилиндра на 3.5 см — это объясняется размещение двух шатунов на единую шейку коленвала.
Пространство блок-картера как неподвижной детали КШМ внутри поделено на сегменты перемычками. В каждой части размещаются цилиндры левого и правого рядов.
ДВС использует энергию расширения, которая вырабатывается в процессе горения топливной смеси. Назначение кривошипно-шатунного механизма — трансформировать работу движения микроскопических взрывов в максимально удобный формат. Система функционирует следующим образом:
Схема КШМ устроена таким образом, что для пуска силовой установки необходимо в первую очередь раскрутить маховик. Для этого на автомобили устанавливается стартер, сочленяющийся с его зубчатым венцом. Последний раскручивается до момента запуска мотора.
Принцип работы кривошипно-шатунного механизма основан на функционировании в условиях экстремального нагрева, химических и механических перегрузок. Исключить появление неисправностей помогает правильное и своевременное техобслуживание, однако даже такой подход не дает 100% гарантии.
Посторонние стуки в моторе
Возникновение нехарактерных шумов и стуков в двигателе всегда сигнализирует о появлении неисправности. Каждая деталь мотора подогнана с филигранной точностью и стук выступает маркерным признаком износа.
Преждевременный выход из строя связан с неправильным техобслуживанием двигателя. В первую очередь необходимо вовремя менять моторное масло и фильтры, имеющие предельный ресурс. По его завершении значительно теряются рабочие свойства. Попавшие внутрь мотора методично изнашивают тонко подогнанные элементы, приводят к задирам. Дефицит смазки нередко приводит к изнашиванию подшипников, испытывающих значительные нагрузки.
Падение мощности
Неисправность деталей кривошипно-шатунного механизма вызывает снижение показателей мощности силовой установки. Кольца перестают корректно функционировать, в камере сгорания присутствует смазка, при этом внутрь мотора проникают отработанные газы. Это явление свидетельствует о холостом использовании энергии, что проявляется в виде значительного ухудшения динамики автомобиля.
Игнорирование проблемы приводит к увеличению сбоев в работе мотора. В запущенных случаях потребуется выполнение капитального ремонта. Состояние двигателя может диагностировать сам водитель, определив уровень компрессии в цилиндрах. В случае несоответствия показателей норме, предусмотренной для конкретного вида ДВС, необходимо проведение ремонта.
Отложения отработанных продуктов
Появление нагара на поршнях, свечах, клапанах — признак неисправности мотора. Неспособность топлива к полному сгоранию требует незамедлительного поиска неполадок. Пассивность владельца может вызвать перегрев ДВС по причине потери теплопроводности.
Увеличенный масложор
Если мотор потребляет слишком много масла — это выраженный симптом проблем ЦПГ, не исключено залегание поршневых колец. В таком случае эффективность назначения КШМ двигателя заметно снижается.
Смазка горит вместе с бензином, дизтопливом, что проявляется в виде черного выхлопа. Внутри резервуара для горючей смеси растет температура, превышая допустимые значения. Иногда спасает очистка без снятия мотора, однако в основном необходимо выполнение дефектовки силовой установки.
Светлый выхлоп
Белый оттенок отработанных газов указывает на проникновение охлаждающей жидкости в камеру сгорания. Частая причина неисправности — износ, повреждение прокладки ГБЦ либо небольшие трещины в рубашке охлаждающего контура. Чтобы устранить протечку необходима замена рубашки.
Промедление опасно, так как существует риск гидроудара. Внутри камеры сгорания скапливается охлаждающая жидкость, поршень движется в верхнее положение, однако жидкость по сравнению с воздухом не сжимается. В итоге возникает удар о прочную поверхность. Его последствия бывают различными. Наиболее критичная ситуация — заклинивание силовой установки. Поршневая система пробивает стенку БЦ. Происходит разрушение шатунного элемента на большой скорости и в силовой установке появляется отверстие большого диаметра. От такой катастрофы иногда не спасает и капремонт — приходится приобретать новый ДВС.
