Кривошипно-шатунный механизм - устройство, функции, уход и восстановление

Статья обновлена: 18.08.2025

Кривошипно-шатунный механизм – основной преобразователь энергии в двигателях внутреннего сгорания. Он обеспечивает превращение возвратно-поступательного хода поршней во вращательное движение коленчатого вала. Исправность КШМ напрямую определяет мощность, ресурс и стабильность работы силового агрегата.

Конструкция механизма включает поршневую группу, шатуны, коленчатый вал и коренные подшипники. Понимание его устройства позволяет корректно диагностировать неисправности. Регулярное обслуживание и своевременный ремонт предотвращают катастрофические поломки двигателя.

В статье детально разбираются функции компонентов КШМ, типовые дефекты, методы контроля технического состояния и восстановительные операции. Знание этих аспектов критически важно для технических специалистов и владельцев транспортных средств.

Конструкция коленчатого вала и принцип его работы

Коленчатый вал представляет собой кованую или литую деталь сложной геометрии, состоящую из коренных шеек, шатунных шеек, щек, противовесов и хвостовика. Коренные шейки располагаются на основной оси вращения вала и фиксируются в картере двигателя через подшипники скольжения. Шатунные шейки смещены относительно оси вращения и соединяются с нижними головками шатунов.

Принцип работы основан на преобразовании возвратно-поступательного движения поршней во вращательное движение. Усилие от поршня через шатун передается на шатунную шейку, создавая крутящий момент на плече между осью шатунной шейки и осью вращения вала. Щеки коленвала выполняют роль рычагов, передающих усилие между шатунными и коренными шейками.

Ключевые элементы конструкции

Элемент	Функция
Коренные шейки	Обеспечивают вращение вала в опорах картера
Шатунные шейки	Соединяются с шатунами, воспринимают нагрузку от поршней
Щеки	Связывают коренные и шатунные шейки, формируют кривошипы
Противовесы	Балансируют вращающиеся массы, гасят вибрации
Фронтальный конец	Несет шестерни привода ГРМ и шкив навесных агрегатов
Хвостовик	Крепит маховик для передачи крутящего момента

Рабочий цикл реализуется через угловое расположение шатунных шеек, соответствующее порядку работы цилиндров. Противовесы компенсируют центробежные силы инерции, возникающие при вращении кривошипов. Масляные каналы в теле вала обеспечивают подачу смазки к трущимся поверхностям шеек и подшипникам.

Устройство шатунов и поршневых групп в механизме

Шатун представляет собой двутавровый стержень из легированной стали, состоящий из трёх конструктивных элементов: верхней головки (поршневой), стержня и нижней головки (кривошипной). Верхняя головка оборудуется втулкой из бронзы или антифрикционного сплава для подвижного соединения с поршневым пальцем, фиксируемым стопорными кольцами. Нижняя разъёмная головка снабжена крышкой, соединяемой с телом шатуна высокопрочными болтами; здесь устанавливаются тонкостенные вкладыши из сталеалюминиевого сплава.

Поршневая группа включает поршень, компрессионные и маслосъёмные кольца, поршневой палец. Поршень отливается из алюминиевого сплава с терморегулирующими вставками и имеет сложную форму: днище (плоское, выпуклое или фасонное), юбку с бобышками и канавки для колец. Компрессионные кольца (обычно два верхних) предотвращают прорыв газов, а маслосъёмное кольцо (нижнее) снимает излишки масла со стенок цилиндра через дренажные отверстия.

Ключевые элементы и взаимодействие

Поршневой палец – полый стальной цилиндр плавающего типа, свободно вращается в бобышках поршня и верхней головке шатуна
Кольца – устанавливаются с зазорами: в канавке (осевой) и в цилиндре (стыковой); уплотняют камеру сгорания
Смазка узлов – подаётся под давлением к шатунным подшипникам и разбрызгиванием на юбку поршня/стенки цилиндра

Компонент	Материал	Функция
Вкладыши шатуна	Биметалл (сталь+алюминий)	Снижение трения в кривошипном узле
Втулка верхней головки	Оловянистая бронза	Обеспечение вращения пальца
Поршневые кольца	Легированный чугун/сталь	Газоуплотнение и контроль масляной плёнки

Сборка узла требует соблюдения строгих допусков: зазор между пальцем и втулкой (0.005-0.02 мм), натяг вкладышей в головке шатуна (0.03-0.08 мм), кольцевые зазоры по инструкции производителя. Осевое смещение поршня ограничивается юбкой, а шатун – вкладышами коленчатого вала.

Контроль тепловых зазоров в коренных и шатунных подшипниках

Тепловой зазор между вкладышами коренных/шатунных подшипников и шейками коленчатого вала критичен для нормальной работы двигателя. Недостаточный зазор приводит к масляному голоданию, перегреву и проворачиванию вкладышей, чрезмерный – к снижению давления масла, ударным нагрузкам и ускоренному износу.

Контроль осуществляется при капитальном ремонте или после выявления симптомов неисправности: металлический стук под нагрузкой, низкое давление в системе смазки, вибрации. Измерения проводятся на снятом коленчатом валу с демонтированными крышками подшипников и чистыми поверхностями.

Методы контроля

Капиллярными щупами: Установка вала на вкладыши, размещение калиброванной проволоки из пластичной меди/свинца на шейку. Монтаж крышки с регламентированным моментом затяжки болтов. Демонтаж и измерение микрометром сплющенной проволоки.
Нутромером с индикатором: Фиксация крышки с вкладышем с заданным моментом затяжки. Измерение внутреннего диаметра подшипника нутромером. Сравнение с замером диаметра шейки коленвала микрометром. Расчет зазора: Зазор = Диаметр подшипника - Диаметр шейки.

Тип подшипника	Номинальный зазор (мм)	Предельный износ (мм)
Коренной (легковые авто)	0.020 - 0.050	0.10
Шатунный (легковые авто)	0.015 - 0.045	0.08
Коренной (грузовые авто)	0.030 - 0.090	0.15

Корректировка зазора выполняется подбором ремонтных вкладышей с увеличенной толщиной (номерами или цветовой маркировкой) или шлифовкой шеек коленвала с последующей установкой вкладышей ремонтного размера. Обязательна промывка масляных каналов и замена масла после сборки.

Проверка и замена маслосъемных колпачков поршневых колец

Маслосъемные колпачки критически важны для контроля подачи масла к поршневым кольцам и стенкам цилиндров. Их износ вызывает повышенный расход масла, закоксовывание колец, дымление выхлопа и снижение компрессии двигателя. Своевременная диагностика и замена предотвращают масляное голодание и продлевают ресурс КШМ.

Проверка состояния колпачков выполняется при разборке двигателя во время капитального ремонта или при явных симптомах неисправности. Основные методы включают визуальный осмотр на предмет трещин и потери эластичности, а также измерение зазоров в замках колец щупом. Отклонения от нормы требуют обязательной замены комплекта.

Процедура замены маслосъемных колпачков

Демонтаж ГБЦ и поршней: Снимите головку блока цилиндров, затем извлеките поршни с шатунами через верх блока, предварительно отсоединив шатунные вкладыши.
Чистка поршневых канавок: Обезжирьте поршень и удалите нагар из канавок под кольца специальным скребком или щеткой. Контролируйте отсутствие задиров на зеркале цилиндров.
Снятие старых колпачков: Аккуратно разожмите стопорные кольца (если предусмотрены конструкцией) и снимите изношенные маслосъемные колпачки с помощью монтажной лопатки. Избегайте повреждения посадочных мест.
Установка новых колпачков:
- Смажьте новые колпачки моторным маслом.
- Равномерно запрессуйте их в канавки до полного прилегания, используя оправку.
- Убедитесь в свободном вращении колпачков без заеданий.
Монтаж поршневой группы: Соберите поршневые кольца (компрессионные + маслосъемные), установите поршни в цилиндры с помощью стяжки, соблюдая метки ориентации. Затяните шатунные болты с моментом, указанным производителем.

Критерии выбора новых колпачков:

Материал	Фторкаучук (FKM) или нитрильная резина
Температурный диапазон	Не менее -40°C до +250°C
Совместимость	Соответствие диаметру поршня и типу двигателя

Важно: После замены выполните обкатку двигателя в щадящем режиме (первые 500–1000 км) для притирки колец. Контролируйте уровень масла и отсутствие течей в зоне прокладки ГБЦ. Используйте только масла, рекомендованные производителем.

Ремонт коленчатого вала: шлифовка шеек и замена вкладышей

Шлифовка шеек коленчатого вала выполняется при превышении допустимого износа, наличии задиров, овальности или конусности поверхностей. Процесс осуществляется на специализированных шлифовальных станках, обеспечивающих высокую точность обработки. Шейки обрабатывают под ремонтные размеры, уменьшая их диаметр ступенчато (обычно 0,25; 0,50; 0,75 мм) для восстановления геометрической формы.

После шлифовки обязательна тщательная промывка масляных каналов и удаление абразивной пыли. Контроль включает проверку размеров микрометром, оценку шероховатости поверхности профилометром, а также проверку вала на биение в центрах (допуск 0,03-0,05 мм). При критическом износе или повреждении выполняют наплавку с последующей механической обработкой.

Технология замены вкладышей

Подбор вкладышей осуществляется строго по ремонтному размеру шеек. Коренные и шатунные вкладыши должны соответствовать группе вала (маркировка на щеках). Установка включает:

Очистку постелей блока цилиндров и шатунов от загрязнений
Проверку натяга вкладышей в постели (0,02-0,05 мм)
Контроль смазочных отверстий и совпадение замков

Критические параметры при сборке:

Зазор в подшипнике: 0,03-0,08 мм (проверяется калибровочной пластиковой проволокой)
Осевой люфт вала: 0,05-0,25 мм (регулируется упорными полукольцами)
Момент затяжки: соблюдение схемы и усилия согласно спецификации двигателя

После сборки обязательна прокачка масляной системы перед запуском двигателя. Первые часы работы рекомендуются в щадящем режиме для приработки поверхностей.

Диагностика и устранение стуков в кривошипно-шатунном механизме

Стуки в кривошипно-шатунном механизме (КШМ) возникают из-за чрезмерных зазоров в сопряжениях деталей, вызванных износом, усталостью металла или нарушением регулировок. Характерный металлический стук, усиливающийся под нагрузкой и при резком изменении оборотов, требует немедленной диагностики для предотвращения катастрофических поломок двигателя.

Основные причины стука включают износ коренных или шатунных вкладышей коленвала, увеличенный зазор между поршневым пальцем и втулкой верхней головки шатуна, а также износ цилиндропоршневой группы. Точная идентификация источника возможна только при последовательной проверке узлов с применением специализированных методов.

Методы диагностики и устранения неисправностей

Последовательность работ включает:

Локализацию источника стука с помощью стетоскопа:
- Глухой низкочастотный стук в нижней части блока – признак износа коренных подшипников
- Более звонкий стук в средней зоне на уровне цилиндров – указывает на износ шатунных подшипников
- Высокочастотное постукивание при сбросе газа – характерно для износа поршневых пальцев
Замер масляного давления (падение ниже нормы подтверждает износ вкладышей)
Визуальный осмотр после разборки двигателя с измерением зазоров микрометром и нутромером

Неисправная деталь	Метод устранения
Коренные/шатунные вкладыши	Замена комплекта с притиркой и проверкой зазора калиброванной проволокой
Поршневой палец	Замена пальца и втулок верхней головки шатуна с подбором по термической группе
Цилиндропоршневая группа	Расточка блока цилиндров и установка ремонтных поршней

После ремонта обязательна обкатка двигателя на щадящих режимах. Использование некачественного масла или нарушение интервалов его замены – основные факторы, ускоряющие износ КШМ. Регулярная замена масла и фильтров предотвращает преждевременное возникновение стуков.

Список источников

При подготовке материалов использовались специализированные технические издания, учебные пособия и официальные руководства ведущих производителей автомобильной техники.

Основной акцент сделан на источниках, детально описывающих конструктивные особенности, методы диагностики и регламент обслуживания кривошипно-шатунных механизмов современных двигателей.

Вахламов В.К. Автомобили: Теория и конструкция автомобиля и двигателя. М.: Академия, 2008.
Гуревич Д.Ф. Устройство и эксплуатация автотранспортных средств. М.: Транспорт, 1984.
Раймпель Й. Шасси автомобиля. Том 1. Конструкция двигателя. М.: Машиностроение, 1987.
Руководство по ремонту двигателей серии ВАЗ-2110. Тольятти: АвтоВАЗ, 2002.
Стандарт ТО-1: Техническое обслуживание кривошипно-шатунного механизма. ГОСТ Р 51709-2015.
Методические указания по диагностике шатунно-поршневой группы. НИИ Автомобильного транспорта, 2020.
Технический справочник механика: Двигатели внутреннего сгорания. Под ред. Петрова С.И. М.: Машиностроение, 2019.
Учебное пособие: Дефектовка коленчатых валов. СПб.: Политехника, 2015.