О чем речь? Кривошипно-шатунный механизм – главный элемент двигателя внутреннего сгорания. Он преобразует прямолинейное возвратно-поступательное движение поршней, воспринимающих давление газов, во вращательное движение коленчатого вала.
Как устроен? Кривошипно-шатунный механизм бывает двух видов: подвижный и неподвижный. Их взаимодействие позволяет автомобилю двигаться. В принципах работы данного узла важно разбираться, чтобы вовремя среагировать на признаки выхода из строя.
В этой статье:
Задача кривошипно-шатунного механизма
Кривошипно-шатунный механизм (КШМ) – чрезвычайно важный блок двигателя внутреннего сгорания, превращающий активируемые сжиганием топлива движения поршня во вращение коленвала. Его конструкция сложна и включает в состав как статичные, так и подвижные детали, их крепление, шатуны и подшипники.
Задача кривошипно-шатунного механизма
При использовании автомобиля силовая установка передает непрерывное движение, при этом требуется, чтобы оно было постоянным и равномерным. Создает движение цилиндропоршневая группа, поэтому изначально оно поступательное. Для эксплуатации же требуется конверсия поступательного движения во вращение вала, причем желательно исключить неравномерность. Для решения этой задачи применяют кривошипно-шатунный механизм, который передает энергию движения цилиндров на другие системы.
Двигатель внутреннего сгорания применяется во многих механизмах и основан на превращении химической энергии связей в различных видах топлива в механическую. Переход этот осуществляется путем сгорания горючих веществ, чаще всего это продукты нефтепереработки и спирты.
При кажущейся схематичной простоте на практике механизм преобразования и передачи энергии довольно сложный. Требуется подать в камеры сгорания топливную смесь, перевести поступательное движение во вращательное с возможно большим коэффициентом полезного действия, убрать продукты отработанного топлива.
Исходя из вышесказанного, двигатель внутреннего сгорания – комплексный механизм со сложной организацией, часть которого служит для преобразования энергии в движение вала. В этом и есть назначение кривошипно-шатунного механизма. Конкретнее – это часть силовой установки, которая играет в ней важнейшую роль. Другие же части ДВС относятся, скорее, к вспомогательным.
Устройство кривошипно-шатунного механизма
Условно механизм состоит из движущихся (предназначенных для выполнения работы) и неподвижных деталей.
Устройство кривошипно-шатунного механизма
Разберем отдельно составные части обеих групп:
Двигающиеся детали
В эту группу деталейкривошипно-шатунного механизма входят следующие компоненты:
- Поршень – деталь, двигающаяся в гильзе цилиндра в ответ на расширяющийся при сгорании воздушно-топливной смеси в камере газ. При этом происходит ее выталкивание вдоль цилиндра, а учитывая, что в этот момент вращение вала уже происходит, вращение заставляет поршень вернуться в исходное положение. Конструктивно в гильзе предусмотрены компрессионные и маслосъемные поршневые кольца. Они играют роль герметика, при этом создаются оптимальные условия в камере для сохранения энергии при ее конверсии.
- Шатун – деталь, соединяющая между собой коленвал и двигающийся поршень. Этот элемент имеет две головки: верхнюю и нижнюю. Первой он крепится к поршню через специальный палец, нижняя головка связывает шатун с шейкой коленчатого вала. В связи с тем, что эта деталь крепится к двум движущимся элементам, для снижения трения в шатуне установлены подшипники в виде полукруглых вкладышей.
- Коленчатый вал – основной узел мотора. Он является одновременно и опорой для крепления цилиндров, вокруг оси которого движутся шатуны, приводимые в движение в цилиндрах. Сам по себе вал не повторяет ось вращения, что позволяет нижним головкам шатунов описывать окружность, откликаясь на поступательные движения поршней. Коленчатый вал также конструктивно исполнен с применением подшипников на опорных шейках для снижения трения.
- Маховик – часть КШМ, предназначенная для предотвращения остановки движения шатуна в мертвых точках, соответствующих 0 и 180 градусам описываемой окружности. Он устанавливается на торце коленчатого вала и крепится к фланцу. Помимо этого, данная деталь нивелирует рывки работающего двигателя, обеспечивая плавное вращение. Часть мощности ДВС уходит на работу этого элемента.
Неподвижные детали
Данная группа деталей представлена внешними элементами, служащими для установки КШМ:
- Блок цилиндров – часть двигателя внутреннего сгорания, в котором размещаются цилиндры, коммуникации охлаждающей системы, коленчатый и распределительный валы. Стандартно ранее для изготовления этой детали использовался чугун, однако в настоящее время ее все чаще делают из алюминия. Последний значительно более легкий, но и менее прочный. Для этого в блоке цилиндров предусматривают боковые ребра жесткости в качестве альтернативы сплошному литью детали. Вспомогательные элементы ДВС также крепятся на этой конструкции, располагаясь на специально отведенных посадочных местах.
- Головка блока цилиндров – часть КШМ, накрывающая сверху блок данных механизмов. В этом конструктивном элементе располагаются специальные отверстия, предназначенные для клапанов, коллекторов впуска и выпуска, а также крепления для фиксации других составных частей двигателя внутреннего сгорания, в том числе распределительного вала. Между головкой и блоком цилиндров устанавливается специальная тонкая пластинчатая прокладка для герметизации зазора. Собранный ДВС накрывают такой крышкой и фиксируют ее крепежными элементами на специальных посадочных местах. После этого конструктивно двигатель готов к началу эксплуатации.
Принцип работы кривошипно-шатунного механизма
Сгорающая топливно-воздушная смесь в замкнутом пространстве цилиндра расширяется – происходит взрыв. Он выталкивает поршень, который передает энергию на вал через шатунный механизм, создавая вращение.
Принцип работы кривошипно-шатунного механизма
Ниже представлены этапы работы кривошипно-шатунного механизма:
- Через впускные отверстия в цилиндры нагнетается топливно-воздушная смесь. Обратное движение поршня создает повышенное давление в полости, из-за чего смесь возгорается и происходит взрыв. При этом газ быстро расширяется, выталкивая поршень.
- Поршень переходит из одной мертвой точки в другую, соответствуя части фазы оборота вала.
- Далее поршень приводит в движение связанный с валом шатун. Благодаря наличию подшипников на последнем и креплению их в одной плоскости импульс взрыва передается на вал, раскручивая его по касательной траектории.
- При работе нескольких таких поршней обеспечивается полный оборот коленчатого вала и его вращение.
- При работе маховика сглаживается вращение и передается импульс, выводящий систему из мертвых точек.
- Для инициации вращения маховика используется связанный с ним стартер. Последний запускается непосредственно водителем посредством энергии аккумулятора.
- Для корректной работы КШМ также важны вспомогательные части системы: распределительные валы, системы охлаждения, ГРМ, смазывающие среды и т. д.
Основные неисправности кривошипно-шатунного механизма
Как и в любой сложная системе, в кривошипно-шатунном механизме возможно появление различных неисправностей. Наиболее частой их причиной служит повышенная температура. Из-за высокой передаваемой энергии и центральной роли КШМ поломки в этом узле могут приводить к повреждениям в сопряженных с ним устройствах. Поэтому своевременная диагностика и исправление неполадок крайне важны.
Ниже представлены основные виды неисправностей кривошипно-шатунного механизма двигателя:
Основные неисправности кривошипно-шатунного механизма
Снижение мощности
Довольно частая проблема, причиной которой является залегание колец на поршнях. При этом масло попадает из двигателя в камеру сгорания, а в картер просачиваются отработанные газы. В результате теряется часть мощности взрыва и, соответственно, уменьшается передаваемая на вал энергия. При беспечном отношении к данной неисправности можно прийти к необходимости капитального ремонта двигателя. Подтверждают поломку путем проверки компрессии в каждом цилиндре. Ремонт ДВС требуется при снижении значений компрессии ниже допустимой нормы.
Посторонний стук
Эта неисправность является одной из наиболее серьезных. Чтобы разобраться в причине стука, необходимо снять головку блока цилиндров и разобрать КШМ. При выявлении повреждений деталь следует заменить. Часто такая поломка происходит в связи с несвоевременным техническим обслуживанием автомобиля, в особенности из-за нерегулярной и запоздалой замены масла и фильтра. Собственно, стук часто вызывается поврежденными в недостаточном количестве смазки подшипниками.
Появление нагара
При эксплуатации автомобиля на поршнях, клапанах, свечах может образовываться нагар. Эта неисправность требует обязательного вмешательства, так как при ней нарушается отведение тепла от двигателя, что может привести к поломкам.
Потери масла
Так называемая прожорливость смазки обусловлена уходом части масла в цилиндры и сжигания его в них. При этом уровень масляного вещества постепенно снижается, а выхлопные газы темнеют вплоть до черного цвета. Часто такая проблема связана с негерметичностью поршней или проблемами с ЦПГ. Такая ситуация приводит к повышению температуры горения, к чему силовой агрегат не приспособлен. Для решения данной неисправности зачастую требуется разборка двигателя.
Изменение цвета выхлопа на белый
Данная проблема свидетельствует о нарушении герметичности двигателя в связи с износом прокладки головки блока цилиндров или нарушении системы охлаждения. Чрезвычайно важно осуществить ремонт быстро, так как отсутствие герметичности может привести к гидроудару и выходу из строя ДВС с необходимостью капитального ремонта.
Как видно, основные причины появления неисправностей устройствакривошипно-шатунногомеханизма заключаются в несвоевременной замене масла и фильтра, использовании горюче-смазочных материалов низкого качества, в том числе плохого топлива.
Кроме того, КШМ может выйти из строя из-за нарушений в работе систем охлаждения и зажигания, повышенных нагрузок и банального износа деталей. Все это приводит к повреждениям подшипников, цилиндров, поршней. Такие неисправности исключают поездки на транспортном средстве.
Изменение цвета выхлопа на белый
Ремонт кривошипно-шатунного механизма
Особенностью современных двигателей является относительно низкая твердость составляющих при достаточно сложных условиях сборки. Даже небольшое повышение уровня компрессии при запрессовке гильзы способно деформировать деталь.
При осуществлении сборки или ремонта деталей двигателя и обслуживании кривошипно-шатунного механизма требуется выполнение следующих действий:
- Прежде чем выполнять работы, двигатель нужно очистить от загрязнений.
- Далее производится диагностика неисправностей с помощью специальных устройств. Это позволяет определиться с объемом работ.
- При отсутствии необходимости следует избегать снятия двигателя из посадочного места автомобиля.
- Разбирать мотор рекомендуется лишь настолько, насколько этого требует текущий ремонт.
- Крепежный материал следует собирать отдельно, отмечая его начальное положение. Обязательно заменять непригодные крепления.
- Для профилактики загрязнения полостей мотора необходимо накрыть отверстия, патрубки и т. д. заглушками или другим чистым и плотным материалом.
- Не рекомендуется разукомплектовывать:
- картер сцепления и блок цилиндров, а также крышки подшипников;
- коленчатый вал и его маховик;
- шатуны с их крышками.
- Толщина шайбы минимум на треть должна иметь развод пружинной шайбы.
- В сальниках направление кромки должно быть соответствующим расположению полости с маслом.
Как правило, неисправности мотора обусловлены износом поршней, гильз, вкладышей коленвала, поршневых колец. Также причинами нередко становятся негерметичность охлаждающей системы, повреждение элементов распределительного механизма или навесного оборудования.
Ремонт мотора требует, помимо замены крепежей, прокладок и сальников, также установку новых деталей: подшипников, шатунов, шестерней, поршней, цилиндров и других элементов.
Ремонт кривошипно-шатунного механизма
После манипуляций с двигателем спустя 1 500–2 000 км пробега требуется затянуть крепления головки блока цилиндров. Также эту процедуру следует выполнить с новым двигателем через такой же пробег. Подтянуть болты следует и при появлении признаков утечки охлаждающей жидкости или при появлении признаков прорыва газов. Кроме того, внимание следует уделить креплениям поддона картера.
Спустя 10–15 тысяч километров пробега следует затягивать крепления опоры двигателя, а также очищать его подушки. Рекомендуется счищать загрязнения с поверхности мотора ветошью по мере их накопления.
Часто задаваемые вопросы о кривошипно-шатунном механизме
Какая траектория движения мотыля кривошипно-шатунного механизма?
Движение кривошипа (так называемого мотыля) – круговое относительно неподвижной оси коленвала.
Какие варианты подшипников используются в кривошипно-шатунном механизме?
Чаще всего применяются игольчатые сепараторы для шатунов ДВС.
На что устанавливается коленвал?
В корпусе мотора вмонтированы специальные вкладыши, на которые опирается коленчатый вал. Они обеспечивают беспрепятственные движения детали.
Как перемещается шатун?
Благодаря конструкции этой детали совершаются возвратно-поступательные движения в месте фиксации шатуна к поршню и круговое движение в области соединения его с коленчатым валом. Это достигается благодаря двум подшипникам.
Как перемещается шатун?
Таким образом, энергия сгорания передается на поршень, выталкивая его. Шатун передает эту силу на коленчатый вал, заставляя его вращаться. Данный процесс составляет основу работы мотора автомобиля.
