Кривошипно-шатунный механизм

Кривошипно-шатунный механизм (КШМ) предназначен для восприятия сил давления газов и преобразования прямолинейного возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение коленчатого вала. Механизм состоит из подвижных и неподвижных деталей. К неподвижным деталям относятся: блок цилиндров, гильзы цилиндров, головки блока цилиндров, а к подвижным – поршни с кольцами, поршневые пальцы, шатуны, коленчатый вал и маховик.

Блок цилиндров служит основание для крепления всех основных деталей механизмов двигателя. На двигателях ЯМЗ выполнен вместе с верхней частью картера. Эту единую деталь принято называть блок-картером. Блок-картер 1 (рис. 3.7) – основная корпусная деталь двигателя.

Гильзы цилиндров являются унифицированными деталями для всех двигателей. Гильзы 4 (рис. 3.9.) непосредственно омывается охлаждающей жидкостью из водяной рубашки блока цилиндров. По внутреннему диаметру гильзы подразделяются на 6 размерных групп.

 

рис. 3.9. Гильза:

1 – блок цилиндров; 2 – кольца уплотнительные; 3 – кольца антикавитационные; 4 – гильза

Обозначение наносится на верхнем торце бурта гильзы. При комплектации в каждый цилиндр должны устанавливаться гильзы и поршни одной размерной группы для получения оптимального зазора между гильзой и поршнем.

Гильза устанавливается в блок цилиндров 1 усилием руки с фиксацией в соответствующих расточках двумя поясами: верхним и нижним. Верхний пояс имеет скользящую посадку, нижний – ходовую. Этим компенсируется удлинение гильзы при нагревании в процессе работы.

По нижнему поясу устанавливаются резиновые уплотнительные кольца 2, которые обеспечивают герметичность соединения и предотвращают попадание охлаждающей жидкости в поддон дизеля.

Для предотвращения возможных разрушений от кавитации в дополнительную канавку устанавливается антикавитационное кольцо 3.

Гильза устанавливается в выточку на блоке нижней плоскостью упорного бурта. К этому поясу прижимается прокладка головки блока, обеспечивающая надежное уплотнение цилиндров.

Картер сцеплениякрепится болтами к заднему торцу блок-картера через уплотнительную паронитовую прокладку.

Крышка распределительных шестеренлитая, закрепляется болтами к переднему торцу блок-картера через паронитовую прокладку. На специальной площадке в переднем торце крышке нанесены метки для регулировки угла опережения впрыска топлива и установлен указатель установки угла опережения впрыска топлива.

Верхняя крышка блока нижним фланцем при помощи шпилек крепится к верхним плоскостям блока и крышки шестерен распределения. Под нижний фланец крышки устанавливается впрессованная в картон металлическая сетка.

На верхней площадке крышки устанавливается компрессор. Также на крышке предусмотрены места для установки кронштейна генератора, фильтра тонкой чисти топлива и крепления натяжной планки генератора.

Коленчатый вал 1 (рис. 3.10) воспринимает усилия от шатунов и передает вращающий момент на механизмы трансмиссии. Коленчатый вал дизелей ЯМЗ – стальной, изготовлен методом горячей штамповки. Шейки вала закалены токами высокой частоты. Коленчатый вал двигателя ЯМЗ-236 имеет четыре коренных шейки и три шатунные шейки. На двигателе ЯМЗ-238 коленчатый вал имеет четыре шатунных и пять коренных шеек.

рис. 3.10. Коленчатый вал с маховиком дизеля ЯМЗ-238:

1 – болт; 2 – шайба; 3 – шкив привода водяного насоса; 4 – передний противовес; 5 – гайка; 6 – шайба замковая; 7, 13 – маслоотражатель; 8 – коленчатый вал с шестерней, передним противовесом и маслоотражателем в сборе; 9 – вкладыш шатунного подшипника; 10, 14 – вкладыш коренного подшипника; 11 – полукольцо упорного подшипника; 12 – маховик; 15 – шестерня распределительная; 16 – шпонка

Для уравновешивания двигателя и разгрузки коренных подшипников от инерционных сил возвратно-поступательно движущихся масс поршней и шатунов, а также неуравновешенных центробежных сил на щеках коленчатого вала установлены противовесы, в сборе с которыми коленчатый вал балансируется. В систему уравновешивания также входят противовес на маховике и противовес 4 на переднем конце коленчатого вала 8. Противовес 4 напрессован на передний конец коленчатого вала и зафиксирован шпонкой 16.

К переднему противовеса 4 гайкой 5 со специальной стопорной шайбой 6 прижат маслоотражатель 7. В носке переднего конца вала имеется резьбовое отверстие, в который ввертывается болт 1 крепления шкива 3 клиноремменой передачи привода водяного насоса.

На задний конец коленчатого вала напрессован маслоотражатель 13. К фланцу задней части двумя болтами крепится маховик 12. Фиксация маховика в определенном положении произведена двумя установочными штифтами, запрессованными в задний конец вала.

Фиксация коленчатого вала от осевых перемещений осуществлена четырьмя бронзовыми полукольцами 11, которые установлены в выточках задней коренной опоры. Для предотвращения проворачивания нижние полукольца пазами входят в штифты, запрессованные в крышку заднего коренного подшипника. Осевое перемещение вала не должно превышать 0,121 – 0,265 мм.

Носовик и хвостовик вала уплотняются резиновыми самоподжимными сальниками. Передний сальник установлен в крышке шестерен распределения, задний – в картере сцепления.

В шатунных шейках 3 (рис. 3.11) имеются закрытые заглушками 5 внутренние полости для дополнительной центробежной очистки масла.

Эти полости при помощи наклонных каналов 2 сообщаются с поперечными каналами в коренных шейках 1. Через отверстия 4 смазка из внутренней полости подводится к шатунным подшипникам.

 

 

рис. 3.11. Масляные каналы коленчатого вала и заглушки полостей шатунных шеек:

1 – коренная шейка; 2 – маслоподающий канал; 3 – шатунная шейка; 4 – отверстие для подачи масла к шатунным подшипникам; 5 – заглушка

Шатун 1 (рис. 3.12) стальной, двутаврового сечения. Нижняя головка имеет косой разъем, что обеспечивает монтажи демонтаж поршня в сборе с шатуном через гильзу цилиндра.

Расточка под вкладыши в нижней головке выполнена в сборе с крышкой 3, поэтому крышки невзаимозаменяемые. Для обеспечения комплектности на стыке со стороны длинного болта выбиты метки – условные порядковые номера шатунов. Со стороны короткого болта 4 на крышке и шатуне выбиты порядковые номера цилиндров.

Вкладыши шатунного подшипника устанавливаются в расточку нижней головки и фиксируются выступами в пазах.

В верхнюю головку запрессовывается бронзовая втулка 2. На внутренней поверхности втулки выполнена кольцевая канавка для подвода смазки к поршневому пальцу. Канавка совмещена с масляным каналом, просверленным в теле шатуна. 

рис. 3.12. Детали поршневой группы и шатун:

1 – днище поршня; 2 – стопорное кольцо поршневого пальца; 3 – поршневой палец; 4 – верхнее компрессионное кольцо; 5 – второе и третье компрессионное кольца; 6 – расширители маслосъемных колец; 7 – маслосъемные кольца; 8 – втулка верхней головки шатуна; 9 – шатун; 10 – нижний вкладыш шатунного подшипника; 11 – болты крепления крышки шатуна; 12 – крышка шатуна; 13 – верхний вкладыш шатунного подшипника; а – уплотняющая часть поршня; б – направляющая часть поршня; в – верхняя головка шатуна; г – стержень шатуна; д – нижняя голова шатуна

Поршни – литые из выскокремнистого алюминиевого сплава. Поршень 1 (рис. 3.13.) имеет сложную геометрическую форму, которая обеспечивает надежность его работы при малых зазорах между юбкой поршня и гильзой (0,19 – 0,21 мм). Для обеспечения указанных зазоров поршни и гильзы разбиты на 6 размерных групп. Каждый цилиндр при сборке комплектуется поршнем и гильзой одной размерной группы. Клеймо наносится на днищах поршней.

На боковой поверхности поршня расположены пять канавок для поршневых колец. Комплект колец состоит из трех компрессионных и двух маслосъемных колец.

Верхнее компрессионное кольцо 2 – наиболее нагруженное. Наружная поверхность кольца покрыта слоем пористого хрома. Остальные поршневые кольца 3 изготовлены из специального чугуна и подвергнуты искусственному старению.

Компрессионные кольца имеют форму прямоугольной трапеции для уменьшения их закоксованности. Маслосъемные кольца 4 имеют прямоугольное сечение. Оба кольца одинаковы по конструкции и размерам. На наружной поверхности кольца выполнена канавка с отверстиями для отвода масла. Под кольца устанавливается расширитель, изготовленный из стальной ленты.

Поршневые кольца имеют прямой замок. Замки соседних колец должны быть повернуты относительно друг друга на 180º.

Поршень соединяется с верхней головкой шатуна поршневым пальцем 7 (рис. 3.13). В бобышках поршня выполнены отверстия, в которых под палец проточены канавки под стопорные кольца 8.

рис. 3.13. Шатун в сборе с поршнем.

1 – поршень; 2 – компрессионные кольца; 3 – верхнее маслосъемное кольцо; 4 – нижнее маслосъемное кольцо; 5 – шатун; 6 – крышка нижней головки; 7 – поршневой палец; 8 – стопорное кольцо; 9 – расширительное кольцо

Вкладыши 9, 10, 14 (рис. 3.10) коренных подшипников коленчатого вала и нижней головки шатуна сменные тонкостенные из сталеалюминиевой полосы. Вкладыши 10, 14 коренного подшипника не взаимозаменяемы. В верхнем вкладыше имеется отверстие для подвода масла и канавки для его распределения. Оба вкладыша нижней головки шатуна взаимозаменяемы.

От проворачивания и осевых перемещений вкладыши удерживаются силой трения и специальными выступами на наружной поверхности, которые входят в пазы в постелях блока и нижней головки шатунов.

Для возможности ремонта коленчатого вала предусмотрено шесть ремонтных размеров вкладышей. Клеймо ремонтного размера наносится на тыльную сторону вкладыша недалеко от стыка.

Головка цилиндров – цельнолитая из низколегированного чугуна. Головки левого и правого блока взаимозаменяемы.

Головка центрируется на поверхности блока цилиндров двумя штифтами, запрессованными в блок. Стык между блоком цилиндров и головкой уплотнен прокладкой из асбополотна. Головка крепится к блоку шпильками.

В нижней плите головки выполнены гнезда для впускных клапанов и отверстия под запрессовку седел 6 (рис. 3.14.) выпускных клапанов.

Между клапанами в колодце помещается латунный стакан 4, в котором устанавливается форсунка. Нижней частью стакан опирается на уплотняющую медную шайбу 5. В верхней части стакан уплотняется резиновым кольцом 3. Сверху стакан крепится корончатой гайкой 2. В нижней плите также имеется отверстие, через которое проходит распылитель форсунки.

рис.3.14. Головка цилиндров двигателя ЯМЗ-238:

1 – направляющая втулка клапана; 2 – прижимная гайка стакана форсунки; 3 – уплотнительное кольцо; 4 – стакан форсунки; 5 – уплотняющая шайба стакана; 6 – седло выпускного клапана

Головка закрывается стальной штампованной крышкой. На отбортовку крышки одевается резиновая прокладка, уплотняющая стык головки и крышки.

Возможные неисправности кривошипно-шатунного механизма. В кривошипно-шатунном механизме двигателя могут возникнуть неисправности, которые, как правило, обнаруживаются по характерным признакам.

Посторонний стук в двигателе может появиться в результате повышенных износов деталей.

Стуки в верхней части блока цилиндров, возрастающие при малой частоте вращения коленчатого вала и уменьшающиеся при большой, могут быть вызваны задирами на поверхностях гильз цилиндров и поршней.

Стуки при увеличенных зазорах между поршневыми пальцами и втулками верхних головок шатунов, между шейками и вкладышами коренных и шатунных подшипников прослушиваются при увеличении нагрузки на двигатель.

Бывают и такие случаи, когда во время пуска холодного двигателя и в процессе его прогрева прослушивается приглушенный стук, который может уменьшаться или вовсе исчезать при достижении двигателем нормального теплового состояния. Это указывает на износ поршней, т. е. на повышенные зазоры между поршнями и гильзами цилиндров. Все перечисленные неисправности устраняются при ремонте двигателя.

Снижение мощности двигателя (двигатель плохо тянет) часто происходит из-за увеличенного износа рабочих поверхностей поршень – гильза цилиндра, нарушения плотности стыка между головкой цилиндра и блоком, последнее обычно связано с повреждением прокладки или ослаблением крепления головки. Эта неисправность может проявляться при поломках или «залеганиях» компрессионных колец в канавках поршня, что бывает вызвано перегревом двигателя, применением масла не той марки или длительной работой двигателя с большими нагрузками. Эта же неисправность может возникать в случае продолжительной работы двигателя при пониженном тепловом режиме, т. е. вследствие осмоления деталей поршневой группы из-за переохлаждения двигателя.

Все изложенные выше причины устраняются при ремонте двигателя путем замены поврежденных прокладок, деталей или путем очистки поверхностей деталей от смолистых отложений и нагара.

Снижение давления масла в системе, как правило, связано с увеличением зазоров в подшипниках коленчатого вала. Устраняется эта неисправность при ремонте. Прежде чем начать поиск причины пониженного давления масла в системе, надо убедиться в наличии необходимого количества масла в поддоне двигателя и в исправности манометра.

Повышенный расход масла и увеличение дымности отработавших газов могут быть результатом «залегания» поршневых колец или повышенного их износа. Увеличение расхода масла может быть также связано с подтеканием масла через неплотности в соединениях. Все эти неисправности устраняются путем очистки поверхностей деталей от нагара, подтяжкой болтов крепления деталей или шланговых соединений, а также заменой уплотнительных элементов или изношенных поршневых колец. «Залегание» поршневых колец можно устранить без разборки двигателя. Для этой цели необходимо двигатель прогреть и залить в каждый цилиндр через отверстие для форсунки 20... 25 г смеси, состоящей из керосина и денатурированного спирта. После 7... 10 ч стоянки двигатель пустить, дать проработать без нагрузки в течение 10...15 мин, затем остановить двигатель и заменить масло.

В некоторых случаях для удаления нагара необходимо производить частичную разборку двигателя со снятием головок цилиндров. Для размягчения нагара его необходимо смочить с помощью ветоши керосином, а затем удалить деревянными скребками с головок поршней и цилиндров.

При снятии прокладки головки цилиндров необходимо соблюдать осторожность, чтобы не повредить ее, а при постановке ее на двигатель места вокруг отверстий под болты крепления смазать с обеих сторон специальной пастой для предотвращения попадания воды на резьбовые соединения. Поверхность прокладки с обеих сторон натирается порошкообразным графитом, что исключает пригорание ее к поверхностям головки и блока цилиндров.

Наличие воды в системе смазки может быть результатом ослабления затяжки гаек или болтов крепления головок блока цилиндров, стаканов форсунок, наличия трещин в головке или блоке цилиндров, а также вследствие нарушения уплотнений гильз с блоком цилиндров.

Ослабленные гайки или болты крепления головок блока цилиндров и стаканов форсунок необходимо подтянуть.

Неисправности, связанные с установкой некачественных уплотнительных резиновых колец гильз цилиндров или с появлением трещин в деталях, устраняются только при ремонте двигателя.