Основные неисправности кшм, грм, методы их устранения

Конструкция КШМ

В отличие от прочих агрегатов автомобиля конструкция механизма кривошипно-шатунного условно включает в себя часть поршневой группы и коленчатый вал. Состоит КШМ из подвижных деталей и неподвижных элементов. Одну или несколько степеней свободы имеют:

шатун и поршень;
кольца компрессионные, стопорные и маслосъемные;
палец поршневой и кольцо стопорное;
вкладыши, болт крепежный и крышка шатуна;
маховик и коленвал;
противовес и шейки шатунные, коренные;
вкладыши.

К неподвижным элементам относятся головка и блок цилиндров.

В зависимости от конструкции ДВС и количества цилиндров кинематика кривошипно шатунного механизма несколько видоизменяется:

в рядном двигателе плоскость коленвала и цилиндров полностью совпадает;
в VR-образном моторе происходит смещение на угол 15 градусов;
в W-образном приводе величина смещения достигает 72 градусов.

Другими словами, в рядном двигателе рабочий цикл осуществляется поочередно 4-мя цилиндрами, что позволяет равномерно распределить нагрузки на коленвал. Для достижения компактных размеров ДВС модификации с большим количеством цилиндров размещаются V-образно. Что так же позволяет смягчить нагрузки на коленвал за счет гашения части энергии.

Чертеж КШМ в разрезе

Чтобы характеристика кривошипно шатунного механизма была стабильной в момент перегрузок (высокая температура, большое давление и обороты, трудности с подачей смазки), вместо шариковых/роликовых подшипников применяются элементы скольжения с шатунными и коренными вкладышами. Неравномерность угловых скоростей вала в отдельных циклах сглаживается массивным маховиком за счет инертности этой детали.

Принцип действия и назначение

В отличие от электродвигателя принцип действия КШМ в двигателях внутреннего сгорания значительно сложнее:

поршни поочередно выталкиваются из цилиндров при воспламенении топливной смеси;
внутри них шарнирно закреплены шатунные детали сложной конфигурации;
коленчатый вал имеет ответную посадочную поверхность П-образного типа для нижней головки шатуна, что обеспечивает смещение от оси вращения вала;
за счет фиксированного расстояния между поршнем и коленвалом шатун описывает амплитуду в виде восьмерки, за счет чего и преобразуется поступательное движение с цилиндров в крутящий момент на валу.

Стук шатунных подшипников

Обычно стук шатунных подшипников резче стука коренных. Он прослушивается в верхней части блока цилиндров на холостом ходу двигателя при резком открытии дроссельной заслонки. Место стука легко определить, отключая по очереди свечи зажигания.

Причины стука и способы его устранения:

недостаточное давление масла. См. главу «Основные неисправности системы смазки»;
чрезмерный зазор между шатунными шейками коленчатого вала и вкладышами. На станции технического обслуживания прошлифовать шейки коленчатого вала и заменить вкладыши.

Стук поршней и поршневых пальцев. Стук поршней обычно незвонкий, приглушенный, вызывается «биением» поршня в цилиндре: Лучше всего он прослушивается при малой частоте вращения коленчатого вала под нагрузкой. Стук пальцев — отчетливый и резкий, усиливается с повышением частоты вращения коленчатого вала и пропадает при выключении цилиндра из работы. Прослушивается в верхней части блока цилиндров.

Причины стука и способы его устранения:

увеличенный зазор между поршнями и цилиндрами. Отремонтировать двигатель, расточив и отхонинговав цилиндры и заменив поршни;
чрезмерный зазор между поршневыми кольцами и канавками на поршне. Заменить кольца или поршень с кольцами;
чрезмерный зазор между пальцем и отверстием в поршне. Заменить поршень и палец.

Пониженная компрессия в цилиндрах (двигатель не развивает полной мощности). Компрессометр показывает величину компрессии в цилиндре меньше 10 кгс/см 2 . Залить в цилиндр с пониженной компрессией 20. 25 см 3 чистого моторного масла и снова замерить компрессию. При этом могут наблюдаться два случая.

а) Компрессометр дает более высокое показание компрессии.

Причины неисправности и способы ее устранения:

поломка или залегание поршневых колец в канавках поршня. Очистить кольца и канавки поршней от нагара, поврежденные кольца и поршень заменить;
чрезмерный износ цилиндров и поршневых колец. Отремонтировать двигатель, расточив и отхонинговав цилиндры и заменив поршни.

б) Показания компрессометра не изменяются. Установить поршень в В. М. Т. такта сжатия, затормозить автомобиль стояночным тормозом, включить высшую передачу и подать в отверстие для свечи сжатый воздух под давлением 2. 3 кгс/см 2 . При этом будет наблюдаться утечка воздуха.

Причины неисправности и способы ее устранения:

плохое прилегание клапанов к седлам. Наблюдается утечка воздуха в карбюратор (негерметичен впускной клапан) или в глушитель (неплотность выпускного клапана). Причину и способ устранения см. в главе «Основные неисправности механизма газораспределения»;
пробита прокладка головки цилиндров. Сжатый воздух с характерным шипящим звуком проходит в соседний цилиндр. Снять головку цилиндров и заменить прокладку.

КШМкривошипно-шатунный механизм (сокращенное название – КШМ) воспринимает давление газов, возникающих при сгорании топливно-воздушной смеси в цилиндрах двигателя, и преобразует его в механическую работу по вращению коленчатого вала.

Кривошипно-шатунный механизм состоит из следующих основных элементов: поршни; шатуны; гильзы (втулки) цилиндров; коленчатый вал; маховик.

Поршень воспринимает давление расширяющихся при высокой температуре газов и передает его на шатун. Поршень изготавливается из алюминиевых сплавов. Возвратно-поступательное движение поршня осуществляется в гильзе цилиндра. Поршень состоит из единых днища, головки и юбки. Днище поршня может иметь различную форму (плоскую, выпуклую, вогнутую и др.), в нем также может быть выполнена камера сгорания (дизельные двигатели). В головке нарезаны канавки для размещения поршневых колец. На современных двигателях используется два типа колец: маслосъемные и компрессионные. Компрессионные кольца препятствуют прорыву газов в картер двигателя. Маслосъемные кольца удаляют излишки масла на стенках цилиндра. В юбке выполнены две бобышки для размещения поршневого пальца, который соединяет поршень с шатуном. Шатун передает усилие от поршня к коленчатому валу, для этого он имеет шарнирное соединение и с поршнем и с коленчатым валом. Шатуны изготавливаются, как правило, из стали путем штамповки или ковки. Шатуны двигателей спортивных автомобилей отлиты из сплава титана. Конструктивно шатун состоит из верхней головки, стержня и нижней головки. В верхней головке размещается поршневой палец. Предусматривается вращение поршневого пальца в головке шатуна и бобышках поршня. Такой палец имеет название «плавающий». Стержень шатуна имеет двутавровое сечение. Нижняя головка выполнена разборной, что позволяет обеспечить соединение с шейкой коленчатого вала. Современной технологией является контролируемое раскалывание цельной нижней головки шатуна. Благодаря неповторимой поверхности излома обеспечивается высокая точность соединения частей нижней головки. Коленчатый вал воспринимает усилия от шатуна и преобразует их в крутящий момент. Коленчатые валы изготавливаются из высокопрочного чугуна и стали. Коленчатый вал состоит из коренных и шатунных шеек, соединенных щеками. Щеки образуют противовесы шатунным шейкам. Коренные и шатунные шейки вращаются в подшипниках скольжения, выполненных в виде разъемных тонкостенных вкладышей. Внутри шеек и щек коленчатого вала просверлены отверстия для прохода масла, которое к каждой их шеек подается под давлением. На конце коленчатого вала устанавливается маховик. В настоящее время применяются т.н. двухмассовые маховики, представляющие собой упруго соединенных два диска. Через зубчатый венец маховика производится запуск двигателя стартером. Для предотвращения крутильных колебаний (чередующееся закручивание и раскручивание коленчатого вала) на другом конце коленчатого вала может устанавливаться гаситель крутильных колебаний. Гаситель колебаний состоит из двух металлических колец, соединенных через упругую среду (эластомер, вязкое масло). На внешнем кольце гасителя крутильных колебаний выполнен ременной шкив (звездочка цепи).

В совокупности поршень, шатун и гильза цилиндров образуют цилиндро-поршневую группу или просто цилиндр. Современный двигатель может иметь от одного до 16 (Bugatti Veyron) и более цилиндров.

Различают следующие компоновочные схемы расположения цилиндров в двигателе:

рядная (оси цилиндров расположены в одной плоскости);

V–образная (оси цилиндров расположены в двух плоскостях);

оппозитная (оси цилиндров расположены в двух плоскостях под углом 180°);

VR (оси цилиндров расположены в двух плоскостях под малым углом);

W–образная (две VR схемы, расположенных V-образно со смещением на одном коленчатом валу). Компоновочная схема определяет уровень балансировки двигателя. Наилучшую балансировку имеет двигатель с оппозитным расположением цилиндров. Достаточно сбалансирован рядный четырехцилиндровый двигатель. V-образный двигатель имеет наилучшую балансировку при значении угла между цилиндрами 60° и 120°. Для уменьшения вибрации в рядных двигателях применяются балансирные валы, расположенные под коленчатым валом в масляном поддоне.

Шатун

Эта ответственный элемент кривошипно-шатунного механизма двигателя выполнен разборным, для того, чтобы можно было менять вкладыши подшипников в его обоймах. Подшипники скольжения используются на низкооборотных двигателях, на высокооборотных устанавливают более дорогие подшипники качения.

Внешним видом шатун напоминает накидной ключ. Для повышения прочности и снижения массы поперечное сечение сделано в виде двутавровой балки.

При работе деталь испытывает попеременно нагрузки продольного сжатия и растяжения. Для изготовления используют отливки из легированной или высокоуглеродистой стали.

Конструкция КШМ

шатун и поршень;
кольца компрессионные, стопорные и маслосъемные;
палец поршневой и кольцо стопорное;
вкладыши, болт крепежный и крышка шатуна;
маховик и коленвал;
противовес и шейки шатунные, коренные;
вкладыши.

К неподвижным элементам относятся головка и блок цилиндров.

в рядном двигателе плоскость коленвала и цилиндров полностью совпадает;
в VR-образном моторе происходит смещение на угол 15 градусов;
в W-образном приводе величина смещения достигает 72 градусов.

Устройство клапанного ГРМ

Прежде чем поговорить о неисправностях верхневального клапанного ГРМ рассмотрим кратко из каких деталей он состоит и обозначим конструкционные отличия, которые имеются.

Итак, основные узлы и компоненты ГРМ:

клапанная группа;
привод;
распределительный вал (далее распредвал);
корпус.

Клапанная группа состоит из таких деталей как клапаны, направляющие втулки клапанов, сальники клапанов (маслосъемные колпачки), пружины (включая тарелки и сухари). Вне зависимости от конструкционной схемы все эти детали присутствуют практически в клапанной группе любого двигателя.

Отдельно выделим привод клапанов, когда между торцом клапана и кулачком распредвала устанавливаются определенные устройства. Существует несколько базовых схем. Чаще всего применяется схема, предполагающая установку толкателей (цилиндрических, роликовых, реже тарельчатых). Вторая распространенная схема – установка коромысел. Сейчас очень редко встречаются коромысла с 4 опорными поверхностями, регулировочным эксцентриком, а также специальные рычаги. Иногда на один кулачок распредвала приходится два коромысла.

И еще один важный нюанс. Порой ставятся дополнительные устройства. Первое – гидрокомпенсаторы, не на всех двигателях, но они есть (иногда речь идет о гидроопорах). О тепловых зазорах и поломках данных устройств поговорим ниже. Второе – фазовращатели, электро- или гидроуправляемые муфты (элементы системы изменения фаз газораспределения).

Распредвал или несколько распредвалов отличаются по типу крепления, это напрямую влияет на характер и причины неисправностей данной детали. Зачастую используются либо бугели, установка производится непосредственно на постель, либо подшипники скольжения (втулки распредвала). И учитывайте что для обеспечения герметичности узла ставятся сальники распредвала.

Привод ГРМ достаточно вариативный в конструкционном плане узел, поэтому и неисправности отличаются. В целом отметим несколько основных типов привода ГРМ:

ременной, устанавливается два зубчатых шкива распредвала и коленвала, ставится ремень ГРМ, натяжитель, натяжной, а порой и опорный, группа опорных роликов, иногда этот привод отвечает и за работу целого ряда навесного оборудования;
цепной, ставятся две шестерни (их называют звездочками) – распредвала и коленвала, цепь (пластинчатая или роликовая, одно-, двух-, трехрядная), натяжитель, успокоитель цепи, как и в первом случае возможно подключение навесного оборудования;
шестеренчатый, две шестерни распредвала и коленвала, так как договорились рассматривать только верхневальную компоновку, то еще группа промежуточных шестерен, при нижневальной компоновке распредвал рядом с коленвалом находится, сейчас такая схема используется лишь на нескольких дизельных силовых агрегатах;
комбинированный, сочетание двух из вышеперечисленных, например, шестеренчато-цепной или ременно-цепной, конструкционных схем много, но встречается такой привод ГРМ достаточно редко.

Корпус – под этим термином подразумеваем клапанную крышку с прокладкой, ее также называют крышкой ГБЦ, в ней могут располагаться и другие компоненты ГРМ, а также прочих систем автомобиля. И при верхневальной компоновке еще отметим ГБЦ (головку блока цилиндров), хотя в данном случае больше нужно рассматривать неисправности кривошипно-шатунного механизма. Но именно при верхневальной компоновке ГБЦ – основа для установки распредвала и клапанного механизма, то есть основных элементов ГРМ.

Есть ряд других конструкционных элементов в зависимости от конструкционных особенностей двигателя, его ГРМ.

С тем, что может поломаться, – разобрались. Теперь рассмотрим основные причины и признаки, которые характеризуют неисправности газораспределительного механизма.

Самостоятельная проверка автомобильного мотора с системой впрыска

В большинстве современных силовых агрегатах горючее поступает в топливную систему через специальные распыляющие его элементы, называемые форсунками. Такая подача считается более прогрессивной, чем в карбюраторных автомобилях. Однако погрешности в работе порой возникают и в ней. Поскольку от качества распыления топлива зависит дальнейшее его сгорание, чрезвычайно важным является предотвращение сбоев в механизмах, поставляющих горючее.

Собственноручная диагностика инжекторных двигателей проводится для выявления неисправностей в системе впрыска. Своевременное устранение обнаруженных в ходе исследования неполадок способно предотвратить более существенные неприятности, грозящие незапланированными финансовыми потерями, вызванными необходимостью капитального ремонта.

Способы диагностики КШМ

Вышеуказанные методики выявления причин не являются высокоточными. Служат поводом для поездки на СТО, где может быть произведено квалифицированное диагностирование кривошипно комбинированного механизма мастерами, обладающими необходимым опытом и практикой работ. Они имеют чертеж кинематики с точными размерами, допусками и посадками. Обладают необходимым для этого оборудованием.

Предварительная на определение стуков

Поскольку ремонт кривошипно шатунного механизма относится к дорогостоящим операциям капремонта двигателя, на начальном этапе мастер СТО позиционирует стуки и шумы внутри блока цилиндров. Для этого используется стетоскоп (обычно модификация КИ-1154 производителя Экранас). Технология исследований выглядит следующим образом:

рабочая поверхность стетоскопа прислоняется к стенкам БЦ на разных уровнях (в рабочей зоне подшипников шатунных и кривошипных);
двигатель прогревается до температуры ОЖ 75 – 80 градусов;
обороты увеличиваются вначале плавно, затем режим работ изменяется резко;
стуки прослушиваются лишь при возникновении зазора больше 0,1 – 0,2 мм.

Характер стука заметен исключительно профессионалу:

поршни о цилиндр издают звуки щелкающие, на холодном двигателе;
звонкий звук металл о металл при резком увеличении оборотов издает поршневой палец, реже при неправильно выставленном (опережение) угле зажигания;
коренные подшипники звучат в низкой тональности;
звук подшипников шатунных немного резче.

Измерение суммарных зазоров в сопряжениях

Обычно техническое обслуживание кривошипно шатунного механизма осуществляется с помощью установки КИ-11140 для определения зазора в КШМ.

При этом не нужно снимать поддон картера и запускать мотор. Измеряются зазоры в головках шатуна суммарно:

поршень диагностируемого цилиндра позиционируется в верхней «мертвой точке»;
коленвал стопорится, устройство фиксируется на месте форсунки;
шток упирается с натягом в дно поршня, зажимается винтом;
установка компрессора подсоединяется к штуцеру, создается вакуум -0,06 МПа и давление такой же величины;
после 2 – 3 циклов подачи указанного давления и вакуума стабилизируются показания индикатора;
затем индикатор настраивается на отметку «0» в надпоршневом пространстве при давлении;
после чего, в него подается отрицательное давление.

Определение объема газа, прорывающегося в картер

Не пригодна к эксплуатации существующая сборка кривошипно шатунного механизма авто, если проверка прорывающихся газов выявила большее его количество в картере. Измерения производятся прибором КИ-4887-И следующим способом:

газорасходомер подключается в полость картера и к глушителю или вакуумной установке;
двигатель включается в режим «под нагрузкой»;
прорывающиеся газы изменяют показания прибора на величину их объема, проходящего в единицу времени.

При значительном износе ДВС расход может превышать 120 л/мин, требуются дополнительные регулировки расходомера. После отсоединения системы вентилирования картера все дополнительные отверстия необходимо закрыть заглушками/пробками.

Схема подключения газового расходомера КИ-4887-11

Измерение давления масла

Эксплуатируемая сборка кривошипно шатунного механизма считается пригодной к использованию, если проверка давления масла удовлетворяет норме. Измерения проводятся прибором КИ-5472, состоящим из рукава и манометра:

штатный манометр скручивается с маслофильтра;
на его место крепится прибор;
двигатель прогревается до 70 – 80 градусов;
фиксируется значение магистрального давления при оборотах холостого хода.

Предельно простое общее устройство системы смазки и прибора КИ позволяет снизить время диагностики.

Для ДВС карбюраторного типа считается нормальной компрессия в пределах 0,7 МПа. Поэтому в некоторых случаях диагност СТО измеряет компрессию прогретого двигателя. При этом разница показаний цилиндров не может превышать 0,1 МПа.

Перечень неисправностей КШМ

Наиболее распространенными поломками механизма являются:

износ и разрушение шатунных и коренных шеек коленвала;
стачивание, выкрашивание или плавление вкладышей подшипников скольжения;
загрязнение нагаром сгорания поршневых колец;
перегрев и поломка колец;
скопление нагара на поршневом днище приводит к его перегреву и возможному разрушению;
длительная эксплуатация двигателя с детонационными эффектами вызывает прогорание днища поршня.

Сочетание этих неисправностей со сбоем в системе смазки может вызвать перекос поршней в цилиндрах и заклинивание двигателя. Устранение всех этих поломок связано демонтажом двигателя и его частичной или полной разборкой.

Ремонт занимает много времени и обходится недешево, поэтому лучше выявлять сбои в работе на ранних стадиях и своевременно устранять неполадки.

Меры безопасности при проведении работ по техническому обслуживанию кривошипно-шатунного механизма

Безопасность и охрана труда — это сочетание мер и моделей
поведения, защищающих здоровье работника на рабочем месте.

Работы под автомобилем не должны проводиться, если он поднят
только с помощью домкрата. При необходимости работы под транспортным средством
должны выполняться лежа на тележках с подголовниками.

Оборудование, снятое с транспортного средства, должно
перевозиться на специальных тележках.

При работе под транспортным средством в смотровой яме, не
имеющей освещения, можно использовать переносную лампу, подключенную к сети
электропитания с напряжением не более 12 В.

Ремонтно-восстановительные и демонтажные работы разрешается
выполнять только с помощью инструментов, находящихся в хорошем состоянии и
предназначенных для конкретной цели.

Гаечные ключи должны быть точно подобраны по размеру к
гайкам и болтам и не иметь биения и трещин. Во избежание несчастных случаев не
используйте двойной ключ и не вынимайте рычаг.

Тяжелые работы по демонтажу и монтажу оборудования должны
выполняться с помощью специальных подъемников, захватов и тянущих устройств;
связывание оборудования с канатом не допускается.

Для слесарных работ разрешается использовать только
пригодные к эксплуатации инструменты. Ударные молотки, кувалды и долота или
поперечные резаки не должны заусенецовываться и должны быть установлены. Длина
зубила и поперечного среза должна быть не менее 125 мм.

Чтобы ножовка не перескакивала при распиле металла, сначала
сделайте неглубокий паз треугольным напильником, а затем выполните операцию
пиления.

При работе со зубилом наденьте защитные очки и расположитесь
так, чтобы летучие куски металла не могли поранить других. Никогда не работайте
с файлами, которые не имеют деревянных ручек.

При работе с электрической дрелью убедитесь, что она
заземлена и что изоляция на шнуре питания непрерывна. При работе с дрелью
надевайте резиновые перчатки и подкладывайте под ноги резиновый коврик.

Помещения, в которых осуществляется обслуживание или ремонт
свинцового бензинового автомобиля, должны быть оборудованы надежной
приточно-вытяжной системой, баками и ваннами с керосином, а также умывальником
с горячей водой и мылом.

В этой главе подробно описаны шаги по замене изношенных
деталей кривошипно-шатунного привода. Срок службы автомобиля будет значительно
увеличен за счет ремонта. Повторное использование деталей с приемлемым износом
и восстановление изношенных деталей, узлов и механизмов является решением
проблемы ненужных расходов на новые детали.

В главе также подробно описаны действия, которые необходимо
предпринять в случае сбоев, чтобы продолжить использование деталей и вернуть их
в работоспособное состояние. В этой главе представлены наиболее
распространенные неисправности в приводе коленчатого вала.

Охрана труда и техника безопасности являются важной частью
ремонта транспортных средств. Во избежание несчастных случаев на производстве
во время ремонтных работ на транспортных средствах большое значение имеет
правильная организация рабочего места

Описанные меры обеспечивают поддержание
здоровья работников.

Поломки и проблемы кривошипно-шатунного механизма

Практически все детали КШМ являются парами трения, что наглядно подтверждает схема кинематики привода автомобиля. Если диагностика данного механизма привода внутреннего сгорания выявила неисправности, необходим капитальный ремонт двигателя, так как производится его полная разборка.

Технические особенности неисправностей КШМ заключаются в износе деталей трения. Основными поломками являются:

залегшие кольца на поршнях – из-за высокой выработки металла появляется люфт, возникает перекос и поршень заклинивается внутри цилиндра;
износ пальцев поршневых – вместо фиксированного размера между коленвалом/поршнем расстояние получается плавающим, изменяются характеристики крутящего момента;
выработка поршневой группы – стачивается зеркало цилиндра или поверхность поршня, меняются характеристики ДВС;
износ подшипников – шатунные или коренные вкладыши сточились, возникают ударные нагрузки на вал.

Основными причинами неисправностей становятся длительные нагрузки, отсутствие ТО, низкое качество смазки или выработка ресурса привода.