Кривошипно-шатунный механизм, устройство и работа

Кривошипно-шатунный механизм (аббревиатура — КШМ) —комплекс движущихся и фиксированных на одном месте деталей.

Они необходимы для превращения возвратно-поступательных движений коленвала во вращательные. Гарантируют нормальную работу двигателя, но требуют контроля и устранения неисправностей. Ниже рассмотрим, из каких элементов состоит механизм, на каком принципе работает, и какие возможны поломки в процессе эксплуатации.

Назначение кривошипно-шатунного механизма (КШМ)

Важно

Ключевое назначение кривошипно-шатунного механизма состоит в принятии давления газов, которые появляются при сжигании горючего в рабочей камере, и преобразования во вращательное движение коленвала.

В итоге имеет место преобразование движения коленчатого вала (одного из главных устройств механизма) во вращение колес. Работа происходит с минимальными потерями, обеспечивающими высокий КПД. Эффективность работы коленвала зависит от эффективности конструкции и правильности обслуживания.

Из чего состоит КШМ

Конструктивно в состав КШМ входит блок цилиндров (БЦ), состоящий из поршней и цилиндров с гильзами. Также в состав входят шатуны для соединения поршней и коленчатых валов, сам коленвала и маховик. Условно устройство кривошипно-шатунного механизма предусматривает наличие двух групп элементов:

• Подвижные: поршни с кольцами и пальцами, коленвал, шатуны и маховик.
• Фиксированные: картер, головка блока цилиндров (ГБЦ), БЦ с прокладкой и поддон.

Ниже рассмотрим особенности, конструкцию и назначение элементов.

Подвижная группа КШМ

К этой категории относятся элементы КШМ, которые при работе механизма находятся в движении. Выделим основные:

• Поршень. После пуска силового агрегата перемещается внутри цилиндра, благодаря давлению газов, возникающему после воспламенения топливной смеси в камере сгорания. Снизу в роли действующей силы выступает коленчатый вал.
• Поршневые кольца. Размещены в специальных углублениях на поршнях и движутся вместе с ними. Компрессионные предназначены для обеспечения герметичности цилиндра и защиты от прохождения газов в нижнюю часть двигателя. Маслосъемные используются для равномерного распределения смазки и отвода тепла.
• Шатун. Подвижный элемент кривошипно-шатунного механизма двигателя, объединяющий поршень и коленчатый вал. Сверху он зафиксирован на поршне с применением так называемого пальца, а снизу на головке предусмотрена съемная деталь для фиксации на шейке коленвала. Для снижения трения монтируются подшипники скольжения, созданные в виде пары полукруглых пластин.
• Коленчатый вал. Главный элемент силового агрегата, обеспечивающий его работу. Базовой частью является вращающаяся ось, выступающая в качестве опоры в БЦ. Выделяющиеся элементы используются для подключения шатунов.
• Маховик. Фиксируется на фланце сбоку коленчатого вала. Вращается одновременно с валом силового агрегата и гасит рывки, возникающие в процессе работы. Главная функция узла состоит в раскрутке коленвала, а с ним и перемещение цилиндров.

Рассмотренные выше элементы находятся в постоянной динамике, поэтому требуют особого контроля при эксплуатации и ремонте.

Неподвижная группа

К этой категории относятся элементы КШМ двигателя, которые в процессе работы фиксированы и никак не перемещаются. Рассмотрим назначение основных:

• БЦ. Представляет собой кожух, имеющий внутри определенную форму для цилиндров и других рабочих элементов. В нем предусмотрено множество каналов для движения охлаждающей жидкости, крепления под распределительный и коленчатый валы. Бывает чугунным или алюминиевым. Отличается наличием ребер жесткости для повышения прочности. По бокам БЦ находятся места для установки дополнительных устройств.
• ГБЦ. Смонтирована на БЦ и закрывает его. Имеет отверстия для фиксации клапанов, коллекторов впуска и выпуска, распределительного вала и иных узлов силового агрегата. В нижней части головки установлена прокладка, обеспечивающая герметичный стык с БЦ. В ней имеются дырки для болтов, соединяющих главный блок и головку. В моторах послушного охлаждения ГБЦ может иметь реберную фактуру.
• Поддон картера. Закрывает двигатель с нижней стороны и выступает в роли емкости для смазки. Бывает стальным или алюминиевым (применяется сплав). Во внутренней части могут изготавливаться перегородки или лотки, которые предотвращают движение или взбалтывание смазки при перемещении транспортного средства по плохим дорогам. Вверху имеет крепления для фиксации к блок-картеру, а внизу — бобышку с резьбой и магнитной пробкой. Ее назначение состоит в удалении продуктов износа и продлении срока службы мотора.
• Цилиндры. Представляют собой полости, в которых перемещаются поршни и обеспечивают работу мотора. Изготавливаются из чугуна, а внутренняя часть закаляется и обрабатывается до состояния «зеркала». Вверху цилиндры получают набольшую нагрузку, ведь именно здесь происходит воспламенение с резким увеличением давления и нагрева. Также стенка цилиндра вынуждена выдерживать ударные нагрузки. 
• Гильзы. Устанавливаются в БЦ в виде фиксированного или съемного элемента. Первый вариант имеет цилиндрическую форму с необходимыми углублениями по диаметру и высоте. Съемные похожи по внешнему виду, но закрыты по бокам. Устанавливаются на специальном месте в БЦ. Снизу для обеспечения плотности применяются специальные кольца. Внутренняя часть гильзы обработана до блеска и имеет зеркальный внешний вид. Предусмотрено два или три «окна» для 2-х и 3-тактных моторов соответственно. В последнем случае отверстия используются для впуска, выхода и движения отработанных продуктов. 
• Коренные подшипники.Выполняются в виде вкладышей, изготовленных с применением ленты из стали. Их толщина может отличаться в зависимости от конструкции и типа мотора. Для дизельных силовых агрегатов это 3-6 мм, а для бензиновых — 1.9-2.8 м. Вкладыши делаются из алюминия или бронзы с добавлением свинца.

Принцип работы кривошипно-шатунного механизма

Рассмотренные выше узлы гарантируют работу кривошипно-шатунного механизма. Алгоритм действий имеет следующий вид:

• Включение зажигание и вращение стартера.
• Раскручиванием маховика, обеспечивающего начало вращения коленвала и поршней.
• Подача подготовленной смеси в камеру сгорания (над цилиндром).
• Воспламенение горючего в момент, когда поршень поднимается к наиболее высокой точке.
• Резкое опускание вниз цилиндра под действием возникшей силы.
• Давление на шатун, который соединен одной стороной с коленчатым валом, а другой — с поршнем.
• Передача импульса на вал, который проворачивается под действием усилия.

По рассмотренному выше принципу работают и другие цилиндры, что обеспечивает стабильное вращение коленчатого вала и передачу движения на колеса. Задача маховика состоит обеспечении требуемого импульса в момент, когда поршень находится в «мертвой» точке. Дальнейший процесс происходит по замкнутому циклу. 

Основные неисправности

Несмотря на надежность КШМ двигателя, его элементы могут выходить из строя. Причина —высокая температура и другие негативные факторы, способные ускорить поломку. В таких случаях остальные узлы также находятся под угрозой повреждения, что требует своевременного выявления и устранения неисправностей. Рассмотрим основные поломки, с которыми приходится сталкиваться в процессе эксплуатации.

1. Уменьшение мощности. Характерная неисправность КШМ — ухудшение динамики, которое часто свидетельствует о залегании колец на поршнях. В результате в камеру сгорания просачивается масло, а отработавшие газы — в картер. Такая ситуация ведет к снижению мощности, что сразу чувствуется в процессе движения.
2. Если ничего не предпринимать, ситуация может усугубиться, вплоть до необходимости капремонта. Для проверки нужно достать свечи и поочередно проверить компрессию в каждом из цилиндров. При ее снижении ниже допустимой нормы придется разбирать мотор и делать ремонт.
3. Появление стука. Для автовладельцев стук в двигателе — самая страшная неисправность, которая может свидетельствовать о серьезных проблемах. Для определения причины необходимо снимать ГБЦ и разбирать остальные элементы. Поврежденная деталь требует замены. Причиной неисправности может быть несвоевременное техническое обслуживание. Чаще всего это игнорирование требований по замене масла и фильтра. Появление стука может свидетельствовать о повреждении подшипников, которые боятся дефицита смазки.
4. Появление нагара. Распространенная проблема КШМ — накопление нагара на свечах, клапанах и поршнях. Указанные признаки свидетельствуют о неисправностях мотора и требуют обращения на СТО. Если ничего не предпринять, двигатель начинает перегреваться из-за ухудшения отвода тепла. Результатом перегрева могут быть более серьезные поломки.
5. Прожорливость смазки. Увеличение прожорливости масла свидетельствует о залегании поршневых колец или иных проблемах с ЦПГ. Масло сгорает с горючим, а из выхлопной трубы выходит дым черного цвета. Из-за попадания в рабочую камеру смазки возрастает и температура горения, что негативно влияет на ресурс силового агрегата. Для решения проблемы может требоваться очистка без снятия с мотора, но чаще всего необходима разборка и дефектовка силового агрегата.
6. Выхлоп белого цвета. Появление такого дыма из выхлопной трубы свидетельствует о повреждении прокладки ГБЦ или дефекте в системе охлаждения. Для решения вопроса необходимо сразу заменить неисправную деталь. Важно учесть, что появление протечки может привести к гидроудару и необходимости капитального ремонта мотора.

Причины выхода из строя деталей кривошипно-шатунного механизма различны. В большинстве случаев это касается применения низкокачественных ГСМ и несвоевременной замены, заливки плохого бензина или повреждения системы зажигания.

Нельзя исключать и такие факторы, как низкое качество масляных фильтров, повышенные нагрузки на мотор и сбои в работе системы охлаждения. Результатом может быть износ коренных / шатунных подшипников, поршней, цилиндров или поршневых пальцев. До диагностики и устранения неисправности поездки на ТС запрещены.

Заключение

КШМ — группа ключевых узлов двигателя, обеспечивающих движение транспортного средства. Элементы механизма взаимодействуют друг с другом для преобразования энергии, обеспечения вращения коленчатого вала и колес.

Неисправности любого из узлов почти сразу проявляют себя стуком, нестандартным цветом выхлопа и другими признаками. В таком случае нужно сразу обращаться на станцию техобслуживания для выявления и устранения проблемы.