Кривошипно-шатунный механизм

двигателя автомобиля ВАЗ-2101

 

Кривошипно-шатунный механизм предназначен для преобразования возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение коленчатого вала.

Кроме того, при помощи этого механизма осуществляется вспомогательные такты: впуск, выпуск и сжатие.

На коленчатом валу двигателя создается крутящий момент, который через маховик и трансмиссию автомобиля передается на ведущие колеса.

Кривошипно-шатунный механизм состоит из: блока цилиндров с картером и головкой, поршней с кольцами и поршневыми пальцами, шатунов, коленчатого вала, маховика и поддона картера.

 

1. Блок цилиндров.

Цилиндры двигателя объединены в месте с верхней частью картера и представляют собой единую отливку – «блок цилиндров». Он является базовой деталью двигателя и служит для установки и крепления механизмов, аппаратов и вспомогательных агрегатов двигателя. Блок отлит из специального низколегированного чугуна. Протоки для охлаждающей жидкости сделаны по всей высоте цилиндров, что улучшает охлаждение поршней, поршневых колец и уменьшает деформации блока от неравномерного нагрева. Цилиндры блока по диаметру подразделяются через 0,01мм на пять классов, обозначаемых буквами: А, В, С, D, Е.

Основные размеры блока цилиндров указаны на рисунке №1.

Класс цилиндра указан на нижней плоскости блока против каждого цилиндра. Цилиндр и сопрягающийся с ним поршень должны иметь одинаковый класс.

В нижней части блока цилиндров расположены, пять опор коренных подшипников коленчатого вала с тонкостенными сталеалюминевыми вкладышами. Подшипники имеют съемные крышки, которые крепятся к блоку самоконтрящимися болтами. Отверстия под подшипники коленчатого вала в блоке цилиндров обрабатываются в сборе с крышками. Поэтому крышки подшипников не взаимозаменяемы и для различия на их наружной поверхности сделаны риски. Опоры подшипников и соответствующие им крышки отсчитываются от переднего торца блока цилиндров. В задней опоре имеются гнезда для установки упорных полуколец, удерживающих коленчатый вал от осевых перемещений.

В передней части блока цилиндров имеется полость для привода механизма газораспределения. Эта полость закрыта крышкой. С задней стороны к блоку цилиндров прикреплен держатель заднего сальника. В крышку и держатель установлены самоподжимные сальники. В левой части блока установлен валик привода масляного насоса, распределителя зажигания и топливного насоса. В отверстия под подшипники валика запрессованы свертные сталеалюминевые втулки. Совместной их обработкой в блоке обеспечивается необходимая сносность подшипников. 2. Поршни и шатуны.           Поршни изготовлены из алюминиевого сплава и покрыты слоем олова для улучшения прирабатываемости. Юбка поршня в поперечном сечении овальная, причем большая ось овала перпендикулярна оси поршневого пальца. По высоте поршень имеет коническую форму. В верхней части диаметр меньше,  а в нижней больше. Кроме того, в бобышки поршня залиты стальные терморегулирующие пластины. Все это выполнено для компенсации неравномерности тепловой деформации поршня при работе в цилиндрах двигателя, возникающей из-за неравномерного распределения массы металла внутри юбки поршня. В бобышках поршня имеются отверстия для прохода масла к поршневому пальцу. Отверстие под поршневой палец смещено от оси симметрии на 2мм в правую сторону двигателя. Это уменьшает возможность появления стука поршня при переходе через ВМТ. Для правильной установки поршня в цилиндр около отверстия под поршневой палец имеется метка "П". Поршень должен устанавливаться в цилиндр так, чтобы метка была обращена в сторону передней части двигателя. Поршни, как и цилиндры, по наружному диаметру подразделяются на пять классов через 0.01 мм и индивидуально подбираются к каждому цилиндру. По диаметру отверстия под поршневой палец поршни подразделяются через 0,064 мм на три категории, обозначаемые цифрами 1, 2, 3. Класс поршня (буква) и категория отверстия под поршневой палец (цифра) клеймятся на днище поршня. Поршни по массе в одном и том же двигателе подобраны с максимально допустимым отклонением 2.5г.         Поршневой палец стальной, цементированный, трубчатого сечения, запрессован в верхнюю головку шатуна с натягом и свободно вращается в бобышках поршня. Поршневые пальцы, как и отверстия в бобышках поршня, по наружному диаметру подразделяются на три категории через 0.004 мм. Категория пальца маркируется на его торце соответствующим цветом:         - синим - первая категория,           - зеленым - вторая,           - красным - третья. Собираемые палец и поршень должны принадлежать к одной категории.           Поршневые кольца, обеспечивающие необходимое уплотнение цилиндра, изготовлены из чугуна. На поршне установлены два компрессионных (уплотняющих) кольца, которые уплотняют зазор между поршнем и цилиндром и отводят теплоту от поршня, и одно маслосъемное, которое препятствует попаданию масла, а камеру сгорания. Кольца прижимаются к стенке цилиндра силами собственной упругости и давлением газов. Верхнее компрессионное кольцо работает в условиях высокой температуры, агрессивного воздействия продуктов сгорания и недостаточной смазки, поэтому для повышения износоустойчивости наружная поверхность его хромирована и для улучшения прирабатываемости имеет бочкообразную форму образующей. Нижнее компрессионное кольцо скребкового типа (имеет проточку по наружной поверхности), фосфатированное, выполняет также дополнительную функцию и маслосъемного кольца. Кольцо устанавливается обязательно проточкой вниз, иначе возрастают расход масла и нагарообразование в камере сгорания. Маслосъемное кольцо имеет прорези для снимаемого с цилиндра масла и внутреннюю витую пружину расширитель, обеспечивающий дополнительное прижатие кольца к стенке цилиндра.           Шатуны стальные, кованые со стержнем двутаврового сечения нижняя головка шатуна разъемная; в ней устанавливаются вкладыши шатунного подшипника. Крышка нижней головки крепится двумя болтами и самоконтрящимися гайками. Шатун обрабатывают вместе с крышкой, и поэтому при сборке имеющиеся номера на шатуне и крышке должны быть одинаковы, и находиться с одной стороны. До 1996 г. у шатунов было отверстие, в месте перехода нижней головки шатуна в стержень, для подачи масла на стенки цилиндра.

Основные размеры шатунно-поршневой группы даны на рисунке №2.

 

3. Коленчатый вал.          Коленчатый вал  отлит из чугуна и является основной, силовой деталью, которая воспринимает действие давления газов и инерционных сил. Материал вала работает на усталость. Повышение усталостной прочности достигается большим перекрытием коренной и шатунной шеек,  наличием пяти опор (полноопорный), поверхностной закалкой шеек токами высокой частоты на глубину 2-5 мм, специально выполненными плавными переходами между шейками и щеками, тщательной обработкой напряженных мест. Смазка от коренных подшипников к шатунным подводится по сверленым каналам, которые закрываются колпачковыми заглушками. Передний и задний концы коленчатого вала уплотняются самоподжимными резиновыми сальниками. В заднем конце коленчатого вала выполнено гнездо под передний подшипник первичного вала коробки передач.

Основные размеры коленчатого вала приведены на рисунке №3.

4. Маховик.          Маховик отлит из чугуна и имеет напрессованный стальной зубчатый обод для пуска двигателя стартером. Маховик крепится к заднему торцу коленчатого вала шестью болтами, под которыми установлена общая стальная шайба. Центрируется маховик по наружному диаметру подшипника первичного вала коробки передач. Маховик устанавливается на коленчатый вал так, что6ы метка (конусообразная лунка около зубчатого обода маховика) и ось шатунной шейки первого цилиндра находились в одной плоскости и по одну сторону от оси коленчатого вала.

 Ремонт кривошипно-шатунного механизма.

 

1. Ремонт блока цилиндров.

 

Общая очистка и осмотр.

       Тщательно вымойте блок цилиндров и осмотрите масляные каналы. Продуйте и осушите блок цилиндров сжатым воздухом, особенно масляные каналы. Осмотрите блок цилиндров. Если в опорах или других местах блока имеются трещины, то он подлежит замене.

 

Проверка герметичности блока цилиндров.

       Если имеется подозрение на попадание охлаждающей жидкости в картер, то на специальном стенде проверяется герметичность блока цилиндров, для этого необходимо заглушить отверстия охлаждающей рубашки блока цилиндров и нагнетать в нее воду комнатной температуры под давлением 0,3 МПа (3кгс-см2).

В течение двух минут не должно наблюдаться утечки воды из блока цилиндров.

Если наблюдается попадания масла в охлаждающую жидкость, то без полной разборки двигателя проверяется, нет ли трещин у блока цилиндра в зонах масляных каналов. Для этого необходимо слить воду из системы охлаждения, снять головку цилиндров. Заполнить рубашку охлаждения блока цилиндров водой и подать сжатый воздух в вертикальный масляный канал блока цилиндров. В случае появления пузырьков воздуха в воде, заполняющей рубашку охлаждения, заменить блок цилиндров новым.

 

Цилиндры.

       Необходимо проверить, не превышает ли износ цилиндров максимально допустимый.

Диаметр цилиндра измеряется нутромером (рис.4) в четырех поясах, как продольном, так и поперечном направлении двигателя (рис.5). Для установки нутромера на ноль применяется калибр А.96137.

В зоне пояса 1 цилиндры практически не изнашиваются. Поэтому по разности размеров в первом и остальных поясах можно судить о величине износа цилиндров.

Если максимальная величина износа больше 0,15 мм необходимо расточить цилиндры до ближайшего ремонтного размера поршней (увеличенного на 0,4 или 0,8 мм), оставив припуск 0,03 мм на диаметр под хонингование. Затем отхонингуют цилиндры, выдерживая такой диаметр, чтобы при установке выбранного ремонтного поршня расчетный зазор между поршнем и цилиндром был в пределах 0,05-0,007 мм.

 

2. Поршни и шатуны.

 

Выпрессовка поршневого пальца.

       Снимать палец необходимо на прессе, с помощью оправки А.60308 и опоры с цилиндрической выемкой, в которую укладывается поршень. Перед выпрессовкой пальца  поршневые кольца необходимо снять.

Если снятые детали мало изношены и не повреждены, они могут быть снова использованы. Поэтому при разборке их помечают, чтобы в дальнейшем собрать группу с теми же деталями.

 

 

Очистка.

       При очистке необходимо удалить нагар, образовавшийся на днище поршня и в канавках поршневых колец, а из смазочных каналов поршня и шатуна необходимо удалить все отложения. Тщательно проверить, нет ли на деталях повреждений. Трещины любого характера на поршне, поршневых кольцах, пальце, шатуне и крышки недопустимы и требуют замены деталей. Если на рабочей поверхности вкладышей глубокие риски или они слишком изношены, вкладыши заменяются новыми.

 

Подбор поршня к цилиндру.

       Расчетный зазор между поршнем и цилиндром составляет 0,05-0,07 мм. Он определяется промером цилиндров и поршней и обеспечивается установкой поршней того же класса, что и цилиндры. Максимально допустимый зазор 0,15 мм.

Если у двигателя, бывшего в эксплуатации, зазор превышает 0.15 мм, то необходимо заново подобрать поршни к цилиндрам, чтобы был, возможно, ближе к расчетному размеру.

В запасные части поставляются поршни классов: А, С, Е. Этих классов достаточно для подбора поршня к любому цилиндру. Так как поршни и цилиндры разбиты на классы с некоторым перекрытием размеров.

 

Проверка зазора между поршнем и пальцем.

       Сопряжение поршневого пальца и поршня проверяют, вставляя палец, предварительно смазанный моторным маслом, в отверстие бобышки поршня. Для правильного сопряжения необходимо, чтобы поршневой палец входил в отверстие от простого нажатия большого пальца руки (рис.6) и не выпадал из бобышки (рис.7), если держать поршень с поршневым пальцем в вертикальном положении. Выпадающий из бобышки палец заменить другим, следующей категории. Если в поршне палец третьей категории, то заменяется поршень с пальцем.

 

Проверка зазора между поршневыми канавками и кольцами.

       Зазор по высоте между канавками и кольцами проверяется, как показано на рисунке 8, вставляя кольцо в соответствующую канавку.

Номинальный зазор составляет:

       0,045-0,08 мм - для верхнего компрессионного кольца,

       0,025-0,06 мм - для второго кольца,

       0.02-0,055 мм - для маслосъемного кольца.

Предельно допустимые зазоры при износе – 0,15 мм.

Зазор в замке поршневых колец проверяется набором щупов, вставляя кольцо в  калибр (рис.9), имеющий диаметр отверстия, равный номинальному диаметру кольца с допуском 0,003 мм. Для колец нормального размера можно применять калибр А.96137. Зазор должен быть в пределах 0,25-0,45 мм для всех новых колец. Предельно допустимый зазор при износе не может превышать 1 мм. Если зазор недостаточный необходимо запилить стыковые поверхности, а если он повышенный заменить кольца.

 

Сборка шатунно-поршневой группы.

       Так как палец вставляется в верхнюю головку шатуна с натягом, перед сборкой необходимо нагреть шатун до 240 градусов для расширения его головки. Для этого шатуны помещаются в электропечь, верхними головками шатунов во внутрь печи, примерно на 15 минут. Для правильного соединения пальца с шатуном процесс запрессовки производится как можно быстрее вследствие быстрого охлаждения шатуна. При охлаждении шатуна произойдёт уменьшение размеров его головки, и положение поршневого пальца изменить будет невозможно. Поэтому поршневой палец заранее одевается на валик 1 (рис.10) приспособления А.60325, установив на конце этого валика направляющую 3, и закрепив её винтом 4. Винт затягивается не плотно, чтобы не произошло заклинивание при расширении поршневого пальца от контакта с нагретым шатуном. Извлеченный из печи шатун быстро закрепляется в тисках. Надевается поршень на шатун, следя за тем, чтобы отверстие под палец совпало с отверстием в верхней головке шатуна. Приспособлением А.60235, с закреплённым поршневым пальцем последний проталкивается в отверстие поршня и верхней головки шатуна (рис.11) до соприкосновения заплечника приспособления с поршнем. Во время запрессовки поршень должен прижиматься бобышкой к верхней головке шатуна в направлении запрессовки, как показано стрелкой (рис.11). Таким образом, палец займёт правильное положение в верхней головке шатуна.

       После охлаждения поршневой палец необходимо смазать моторным маслом через отверстия в бобышках поршня.

       Шатун обрабатывается вместе с крышкой, поэтому крышки шатунов не взаимозаменяемы. Во избежание перепутывания крышек шатунов при сборке двигателя на шатуне и соответствующей ему крышке проставляется клеймо с номером цилиндра, в котором он установлен. При сборке необходимо следить за тем, чтобы цифры клейма на шатуне и крышке находились с одной стороны.

       При установке поршневых колец их замки должны располагаться через 120 градусов. Кольца устанавливаются так чтобы выточка на втором компрессионном кольце, скребкового типа, была обращена вниз, а фаски на наружной поверхности маслосъемного кольца были обращены вверх.

 

 

3. Коленчатый вал.

 

Очистка каналов системы смазки.

       Для очистки каналов системы смазки необходимо удалить технологические заглушки каналов и обработать гнёзда заглушек зенкером А.94016/10, надетым на шпиндель А.94016. Для удаления загрязнений каналы системы смазки тщательно промываются бензином и продуваются сжатым воздухом. После очистки каналов на поверхности гнёзд заглушек наносится слой герметика, и оправкой А.86010 запрессовываются новые заглушки. Каждую заглушку, для большей надёжности, необходимо зачеканить керном в трёх точках.

 

 Коренные и шатунные шейки.

       Для проверки технического состояния коренных и шатунных шеек необходимо установить коленчатый вал на две призмы (рис.12) и используя индикатор проверить следующие параметры:

       - Биение коренных шеек не должно превышать 0.03 мм.

       - Биение посадочных поверхностей под звездочку привода

       распределительного вала и подшипник первичного вала коробки

       передач не должно превышать 0.04 мм.

       - Смещение осей шатунных шеек от плоскости, проходящей через оси

       шатунных и коренных шеек не должно превышать 0.35 мм.

       - Не перпендикулярность торцевой поверхности фланца крепления

       маховика по отношению к оси коленчатого вала не должна

       превышать 0.025 мм. При измерении индикатор устанавливается

       на расстоянии 34 мм от оси коленчатого вала (Рис.12).

Используя микрометр, измеряются диаметры коренных и шатунных шеек коленчатого вала. Их износ или овальность не должны превышать 0.03 мм.

       Внешним осмотром коленчатого вала определяют его состояние, наличие на поверхности трещин и сколов недопустимо, вал необходимо заменить. Так же не допускаются риски, царапины, выбоины и задиры на поверхностях коленчатого вала сопрягаемых с рабочими кромками сальников, коренных и шатунных шейках.

       Коренные и шатунные шейки коленчатого вала могут быть перешлифованы с уменьшением размера на 0.25, 0.50, 0.75 и 1.00 мм, с целью продления срока службы вала. Размеры шеек, получаемых при обработке, приведены в таблицах. 

 

Диаметры коренных шеек.

 

Номинальный мм	Уменьшенный размер на мм
	0.25	0.50	0.75	1.00
50.775 50.795	50.525 50.545	50.275 50.295	50.025 50.045	49.775 49.795

 

Диаметры шатунных шеек.

 

Номинальный мм	Уменьшенный размер на мм
	0.25	0.50	0.75	1.00
47.814 47.834	47.564 47.584	47.314 47.334	47.064 47.084	46.814 46.834

 

       После шлифования и последующей доводки поверхностей коленчатый вал хорошо промывается для удаления остатков абразива. Каналы для подачи масла, с удалёнными заглушками, несколько раз промываются бензином под давлением. На первую щёку коленчатого вала наносится клеймо с указанием величины уменьшения диаметров шеек (например К0.25, Ш0.50). Проверяется овальность и конусность шеек, она не должна превышать 0.007 мм.

 

Толщина вкладышей шатунных подшипников.

 

Номинальная мм	Увеличенная (ремонтная) мм.
	0.25	0.5	0.75	1.0
1.723 1.730	1.848 1.855	1.973 1.980	2.098 2.105	2.223 2.230

 

Толщина вкладышей коренных подшипников.

 

Номинальная мм	Увеличенная (ремонтная) мм.
	0.25	0.5	0.75	1.0
1.824 1.831	1.949 1.956	2.074 2.081	2.199 2.206	2.324 2.331

 

Цифры 0.25, 0.5, 0.75 и 1.0 указывают на величину уменьшения диаметра шеек коленчатого вала после шлифования.

 

Проверка осевого зазора коленчатого вала.

   Осевое перемещение коленчатого вала ограничивается двумя полукольцами, устанавливаемыми по обе стороны заднего коренного подшипника. С передней стороны подшипника установлено сталеалюминевое полукольцо, а с задней стороны – металлокерамическое (желтого цвета), пропитанное маслом. Полукольца используются номинальной толщины (2.310-2.360 мм) и увеличиной (2.437-2.487 мм).

       Осевой зазор между упорными полукольцами проверяется с помощью индикатора. Для этого устанавливается индикатор и с помощью дух отверток, как показано на рисунке 13, коленчатый вал перемещается в осевом направлении. Величина осевого перемещения коленчатого вала должна находится в пределах 0.06-0.26мм. Если осевое перемещение превышает предельно допустимое значение 0.35мм, упорные полукольца необходимо заменить новыми, с увеличенной на 0.127мм толщиной.