Как устроен и для чего служит кривошипно-шатунный механизм? 7 основных неисправностей, которые могут возникнуть в его работе

Кривошипно-шатунный механизм (КШМ) — ключевой элемент большинства двигателей внутреннего сгорания, преобразующий линейное движение поршней в вращательное движение коленчатого вала. Понимание устройства и работы КШМ помогает выявить потенциальные неисправности, способные привести к серьезным поломкам. В статье рассмотрим основные неисправности КШМ и предложим рекомендации по их устранению, что поможет владельцам автомобилей поддерживать транспортные средства в исправном состоянии и избежать дорогостоящего ремонта.

Устройство механизма

Классический кривошипно-шатунный механизм (КШМ) известен с древних времён, его принципы использовались ещё в Римской империи. В частности, в римских пилорамах вращение, возникающее под воздействием течения реки и водяного колеса, преобразовывалось в возвратно-поступательное движение пилы.

Паровые машины также применяли КШМ, схожий с тем, что используется в современных двигателях внутреннего сгорания (ДВС). В таких устройствах поршень соединялся с шатуном через шток и цилиндр низкого давления. Подобная конструкция встречается и в современных ДВС.

В крейцкопфных двигателях поршень жёстко соединён с крейцкопфом — элементом, который движется по неподвижным направляющим в одном направлении, как и поршень, через шток, а затем по привычной схеме — шатун с коленвалом. Это решение позволяет увеличить рабочий ход поршня и иногда делает цилиндр двусторонним, добавляя ещё одну камеру сгорания. Такой тип КШМ чаще всего используется в судовых дизелях и другой крупной технике.

Возможно, вам будет интересно ознакомиться с статьёй нашего специалиста, где подробно рассказывается о шлифовке коленвала.

Также рекомендуем прочитать увлекательную статью нашего эксперта, в которой детально описан роторно-поршневой двигатель Ванкеля.

Дополнительно советуем обратить внимание на статью нашего специалиста, посвящённую подробному описанию двигателя Ибадуллаева.

Кривошипно-шатунный механизм состоит из двух основных категорий деталей — подвижных и неподвижных.

1. К подвижным элементам КШМ относятся: поршни, которые вместе с кольцами и пальцами образуют поршневую группу, шатуны, коленчатый вал (или коленвал), подшипники коленвала и маховик.
2. Неподвижные детали включают картер, соединённый с блоком цилиндров, гильзы цилиндров, головку блока цилиндров. К ним также относятся поддон (нижний картер), полукольца коленвала, картер маховика и сцепления, а также кронштейны и крепёжные элементы.

Иногда выделяют цилиндропоршневую группу, которая включает в себя поршневую и гильзу цилиндра.

Кривошипно-шатунный механизм является ключевым элементом в двигателях внутреннего сгорания, преобразуя линейное движение поршней в вращательное движение коленчатого вала. Его работа основана на взаимодействии кривошипа и шатуна, что обеспечивает эффективное преобразование энергии. Однако, как и любой механизм, он подвержен неисправностям. Эксперты выделяют семь основных проблем, которые могут возникнуть: износ подшипников, повреждение шатунов, трещины в кривошипе, неправильная установка, недостаточная смазка, перегрев и вибрации. Эти неисправности могут привести к снижению мощности двигателя, повышенному расходу топлива и даже его поломке. Регулярное техническое обслуживание и диагностика позволяют предотвратить серьезные поломки и продлить срок службы двигателя.

https://youtube.com/watch?v=I9KyGf3rcJY

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.

Интересные факты

Кривошипно-шатунный механизм (КШМ) — это ключевой элемент в конструкции двигателей внутреннего сгорания и некоторых других машин. Вот несколько интересных фактов о нем:

1. Принцип работы: Кривошипно-шатунный механизм преобразует вращательное движение коленчатого вала в линейное движение поршней. Это позволяет двигателю эффективно преобразовывать химическую энергию топлива в механическую работу, что является основой работы большинства автомобилей и промышленных машин.

2. Историческое значение: КШМ был впервые описан в работах Леонардо да Винчи в XV веке, однако его широкое применение началось только с развитием паровых машин и двигателей внутреннего сгорания в XIX веке. Это изобретение стало основой для многих технологий, которые мы используем сегодня.

3. Неисправности: Основные неисправности, которые могут возникнуть в работе КШМ, включают:

   • Износ подшипников коленчатого вала, что может привести к стуку и потере мощности.
   • Поломка шатунов, что может вызвать серьезные повреждения двигателя.
   • Деформация коленчатого вала, что также может привести к неравномерной работе двигателя.
   • Проблемы с поршнями, такие как заедание или износ, что может вызвать потерю компрессии.
   • Утечки масла из-за износа уплотнений, что может привести к перегреву и повреждению двигателя.
   • Неправильная регулировка зазоров, что может вызвать неэффективную работу и повышенный расход топлива.
   • Вибрации из-за несбалансированности, что может привести к дополнительному износу и повреждениям.

Эти факты подчеркивают важность правильного обслуживания и диагностики КШМ для обеспечения надежной работы двигателя.

https://youtube.com/watch?v=d1WWFY_3dac

Поршни

Поршень представляет собой металлическую деталь, имеющую форму стакана. В некоторых автосервисах опытные водители и механики иногда используют старые поршни, очищенные от нагара, в качестве стаканов. Однако основное назначение поршня заключается в преобразовании потенциальной энергии давления и термической энергии газов в кинетическую энергию, которая вращает коленчатый вал во время рабочего хода.

В процессе тактов впуска поршень функционирует как насос, который втягивает воздух или топливную смесь. Во время такта сжатия он сжимает эту смесь, а в такте выпуска способствует удалению отработанных газов. В момент рабочего хода (или чуть раньше) происходит воспламенение смеси (или впрыск топлива в дизельных двигателях), и горячие газы оказывают давление на поршень, заставляя его преобразовывать термическую энергию в кинетическую.

Современные поршни автомобильных двигателей чаще всего изготавливаются из алюминиевых сплавов. Эти материалы обеспечивают эффективный отвод тепла и обладают небольшой массой.

Основные элементы поршня в автомобильном двигателе включают днище, уплотнительную часть и юбку. Поршень соединяется с шатуном с помощью пальца, который располагается в юбке. Для обеспечения герметичности соединения поршня со стенками цилиндра используются 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:

1. Уплотнение. Качественные, неизношенные кольца повышают компрессию (давление в цилиндре).
2. Теплопередача. Компрессионные кольца передают лишнее тепло гильзе цилиндра, предотвращая перегрев двигателя.
3. 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 выполняет важную функцию, соединяя поршень с шатуном. Он располагается внутри юбки поршня и представляет собой металлический цилиндр, который напоминает по форме палец, что и дало ему такое название. Шатун не фиксируется жестко на пальце, так как необходимо обеспечить максимально эффективную передачу крутящего момента от поршня к шатуну и далее. Обычно пальцы изготавливаются из легированной стали.

Существует два типа пальцев: фиксированные и плавающие. Фиксированный палец надежно прикреплен к юбке поршня, и только шатун может перемещаться на нем, в то время как плавающий палец может вращаться как в юбке поршня, так и на шатуне. В современных конструкциях автомобилей и мотоциклов чаще всего используются плавающие пальцы, которые обеспечивают более плавную и полную передачу крутящего момента, а также снижают нагрузку на компоненты кривошипно-шатунного механизма.

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 просто коленвал, представляет собой одну из ключевых компонентов двигателя, хотя каждая деталь в нем играет свою важную роль. Эта деталь имеет форму вала с изогнутыми участками, к которым через оси прикреплены шатуны. Коленчатый вал состоит из следующих элементов:

1. Вкладыши коренных и шатунных.
2. Щёки – они выполняют функцию «коленей» коленчатого вала и вращаются вокруг его оси. Щёки соединяют коренные и шатунные шейки.
3. Передняя часть вала. Она служит для подключения шкивов отбора мощности, которые приводят в действие через ремень, цепь или шестерни распределительный вал, системы охлаждения, генератор и другие устройства.
4. Задняя часть вала. Она соединяется с маховиком и предназначена для передачи мощности, необходимой для основного назначения автомобиля – движения.

В конструкции коленчатого вала также имеются дополнительные элементы, такие как противовесы, которые помогают компенсировать вибрации, возникающие при ударных нагрузках.

Чаще всего коленчатые валы изготавливаются из стали или высококачественного легкого чугуна. Чугунные коленвалы производятся методом литья, в то время как стальные – с использованием 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.

Принцип работы кривошипно-шатунного механизма

В процессе основного рабочего цикла автомобильного двигателя, который называется рабочим ходом (или ходом расширения), сгорающие газы оказывают давление на поршень, заставляя его двигаться вниз — от верхней мёртвой точки к нижней. Это движение передаёт энергию через палец и шатун на коленчатый вал. Шатун способен вращаться вокруг оси пальца поршня и вокруг шатунной шейки коленвала, что позволяет преобразовать поступательное движение поршня в вращательное.

Важно отметить, что в других тактах коленчатый вал, через шатун, наоборот, передаёт возвратно-поступательное движение поршню. Откуда он получает эту энергию? Она поступает из «рабочих» цилиндров, а также от коленчатого вала и маховика, а в момент запуска — от стартера.

Неисправности, возникающие при работе КШМ и их причины

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

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

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

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

Перечень неисправностей КШМ

Основные проблемы, которые могут возникнуть с кривошипно-шатунным механизмом:

1. Как шейки коленчатого вала, так и коренные подшипники подвержены износу и механическим повреждениям.
2. Вкладыши (подшипники) шеек коленвала также могут столкнуться с износом, механическими повреждениями и даже расплавлением.
3. Проблемы с поршневыми кольцами могут проявляться в виде закоксовывания из-за неполного сгорания (углеводороды окисляются лишь до углерода), их заедания и даже поломок, что может привести к серьезным последствиям.
4. Цилиндропоршневая группа также подвержена износу. В современных двигателях это менее заметно, так как они разработаны с использованием новейших технологий, но каждая деталь имеет свой предел прочности.
5. На дне поршня может образовываться нагар.
6. В деталях могут возникать трещины, они могут прогорать, ломаться и даже расплавляться.
7. В некоторых случаях двигатель может заклинить.

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

В первую очередь, несколько общих рекомендаций: «автомобиль нуждается в заботе, чистоте и регулярной смазке». Важно следить за уровнем масла, избегать перегрева двигателя и использовать только качественное топливо. Серьезные неисправности в системе газораспределения требуют обращения в автосервис. Конечно, есть водители, которые способны самостоятельно расточить цилиндр до ремонтного размера, но это, как правило, касается автомобилей, которые уже не новые.

Если двигатель «закоксован», можно провести раскоксовку, которая осуществляется как с разборкой мотора, так и с использованием специальных средств – без необходимости разбирать. Тем не менее, такие процедуры лучше доверить специалистам. Не забывайте о регулярном техническом обслуживании.

https://youtube.com/watch?v=l3fgpccONJ4

Заключение

Кривошипно-шатунный механизм – это важнейший агрегат в автомобиле. От его функционирования зависит состояние всего автомобиля и настроение его владельца. Следите за его технической исправностью, и двигатель будет работать долго, радуя вас мощностью и экономичностью.

Советы по диагностике и ремонту неисправностей КШМ

Кривошипно-шатунный механизм (КШМ) является одним из ключевых компонентов двигателей внутреннего сгорания, а также некоторых других машин и механизмов. Его основная функция заключается в преобразовании линейного движения поршня в вращательное движение коленчатого вала. Однако, как и любой другой механизм, КШМ может подвергаться различным неисправностям, которые могут негативно сказаться на работе двигателя в целом. Важно уметь диагностировать и устранять эти неисправности, чтобы обеспечить надежную и долговечную работу автомобиля.

Для диагностики неисправностей КШМ необходимо обратить внимание на несколько ключевых аспектов:

• Визуальный осмотр: Первым шагом в диагностике является визуальный осмотр всех компонентов КШМ. Необходимо проверить наличие трещин, износа или повреждений на кривошипах, шатунных шейках и поршнях.
• Проверка зазоров: Измерение зазоров между деталями КШМ с помощью щупов поможет выявить износ подшипников и других элементов. Нормальные зазоры должны соответствовать заводским спецификациям.
• Проверка на наличие стуков: При работе двигателя необходимо прислушиваться к посторонним звукам. Стуки могут указывать на износ подшипников или неправильную установку деталей.
• Тестирование компрессии: Низкая компрессия в цилиндрах может свидетельствовать о проблемах с поршнями или кольцами, что также может быть связано с неисправностями КШМ.
• Проверка масла: Загрязненное или недостаточное количество масла может привести к перегреву и износу КШМ. Регулярная замена масла и фильтров поможет избежать этих проблем.
• Использование диагностического оборудования: Современные диагностические приборы могут помочь выявить проблемы с КШМ, анализируя данные о работе двигателя и его параметрах.
• Обращение к специалистам: Если диагностика не дала результатов, рекомендуется обратиться к профессиональным механикам, которые имеют опыт работы с КШМ и могут провести более глубокую проверку.

При обнаружении неисправностей в КШМ важно не откладывать ремонт, так как это может привести к более серьезным повреждениям двигателя и значительным затратам на восстановление. Регулярное техническое обслуживание и внимательное отношение к работе двигателя помогут избежать многих проблем и продлить срок службы автомобиля.

Вопрос-ответ

Для чего нужен кривошип?

Кривошип — это механизм, который преобразует вращательное движение в линейное или наоборот. Он используется в различных машинах и устройствах, таких как двигатели, насосы и прессы, для передачи и преобразования энергии, обеспечивая эффективное выполнение механической работы.

Что такое кривошипно-шатунная система?

Кривошипно-шатунный механизм определяется как механическая система, в которой используются игольчатые и шариковые подшипники с консистентной смазкой для предотвращения попадания масла в рабочее пространство, а также поршневые уплотнения из ПТФЭ для поршней и штоков поршней.

Советы

СОВЕТ №1

Регулярно проверяйте уровень масла в двигателе. Недостаток смазки может привести к перегреву и износу кривошипно-шатунного механизма, что в свою очередь может вызвать серьезные неисправности.

СОВЕТ №2

Обратите внимание на посторонние звуки при работе двигателя. Скрежет или стук могут указывать на проблемы с шатуном или кривошипом. Не игнорируйте эти сигналы, так как ранняя диагностика поможет избежать дорогостоящего ремонта.

СОВЕТ №3

Проводите регулярное техническое обслуживание вашего автомобиля. Замена изношенных деталей и проверка состояния кривошипно-шатунного механизма помогут продлить срок службы двигателя и предотвратить его поломку.

СОВЕТ №4

Если вы заметили снижение мощности двигателя или увеличение расхода топлива, это может быть признаком неисправности в кривошипно-шатунном механизме. Обратитесь к специалисту для диагностики и устранения проблемы.