Механічна частина двигуна / Несправності механічної частини двигуна / Знос шатунних вкладишів

Знос шатунних вкладишів

Знос шатунних вкладишів - це збільшення робочого зазору або пошкодження антифрикційної поверхні між нижньою головкою шатуна та шатунною шийкою колінчастого вала.

Шатунні вкладиші працюють при високому циклічному навантаженні. Під час згоряння суміші тиск через поршень і шатун передається на колінчастий вал. Одночасно деталі швидко змінюють напрямок руху та отримують значні інерційні навантаження.

Металеві поверхні не повинні контактувати безпосередньо. Між шийкою колінчастого вала та вкладишем формується масляна плівка. Якщо подача оливи порушується, зазор стає неправильним або в нього потрапляє абразив, робоче покриття швидко пошкоджується.

Основне правило: при глибокому ритмічному стукоті з нижньої частини двигуна, появі червоної лампи тиску оливи або металевих частинок у фільтрі двигун потрібно заглушити. Кожен наступний запуск може пошкодити колінчастий вал, шатун і блок циліндрів.

Шатунний стукіт часто змінюється разом з обертами та навантаженням двигуна.
Низький тиск оливи може бути причиною або наслідком збільшеного зазору.
Один пошкоджений вкладиш не завжди одразу вмикає лампу тиску.
Провертання вкладиша часто пошкоджує шатун і перекриває подачу оливи.
Нові вкладиші не відновлюють зношену або овальну шийку колінчастого вала.
Ремонтний розмір вибирають тільки після точного вимірювання.

Зміст

Що таке шатунні вкладиші
Як працює масляна плівка
Відмінність від корінних вкладишів
Основні причини зносу
Масляне голодування
Масляний насос і маслоприймач
Неправильна або забруднена олива
Пальне й антифриз у моторній оливі
Абразив і металева стружка
Перевантаження, детонація та гідроудар
Помилки попереднього ремонту
Основні симптоми
Характер шатунного стукоту
Низький тиск моторної оливи
Металеві частинки в оливі
Провертання шатунного вкладиша
Коли двигун потрібно негайно заглушити
Порядок діагностики
Вимірювання тиску манометром
Перевірка оливи та масляного фільтра
Тест із відключенням циліндра
Огляд після демонтажу піддона
Вимірювання шийок і зазорів
Що показує поверхня вкладиша
Перевірка шатуна
Варіанти ремонту
Правильне встановлення
Як підбирають вкладиші
Як зменшити ризик пошкодження
Товарні групи TESMA
Часті питання

Що таке шатунні вкладиші

Нижня головка шатуна охоплює шатунну шийку колінчастого вала. Усередині встановлено два напіввкладиші - один у шатуні, другий у його кришці.

Багатошаровий вкладиш може складатися зі сталевої основи, проміжного шару та тонкого антифрикційного покриття. Конструкція повинна:

витримувати тиск згоряння;
працювати з дуже тонкою масляною плівкою;
відводити тепло до шатуна;
частково поглинати дрібні частинки;
не пошкоджувати шийку при короткому порушенні змащення;
зберігати стабільний робочий зазор.

Установчий виступ на вкладиші допомагає правильно його розташувати, але не є основним елементом, який утримує деталь від провертання. Вкладиш фіксується завдяки точній посадці, натягу в постелі та силі тертя.

Як працює масляна плівка

У багатьох двигунах моторна олива надходить до шатунної шийки через канали всередині колінчастого вала. Спочатку насос подає її до головної масляної магістралі та корінних опор, а потім через просвердлені канали - до шатунних вкладишів.

Під час обертання шийка затягує оливу в робочий зазор. У навантаженій зоні утворюється гідродинамічний клин, який не дозволяє металевим поверхням торкатися одна одної.

Для стабільної масляної плівки потрібні:

правильний робочий зазор;
достатня подача оливи;
відповідна в'язкість при робочій температурі;
кругла й рівна шийка колінчастого вала;
правильна геометрія нижньої головки шатуна;
чисті масляні канали;
відсутність абразиву;
справний масляний насос.

При запуску, дуже низьких обертах під великим навантаженням і перегріві оливи товщина захисної плівки зменшується.

Чим шатунні вкладиші відрізняються від корінних

Корінні вкладиші підтримують колінчастий вал у блоці циліндрів. Шатунні вкладиші з'єднують кожен шатун з окремою шатунною шийкою.

шатунні опори отримують сильні циклічні навантаження від конкретного циліндра;
корінні опори утримують і центрують колінчастий вал у блоці;
шатунний стукіт часто виразніше змінюється при зміні навантаження;
корінний стукіт може мати більш важкий і низькочастотний характер;
знос обох типів вкладишів збільшує внутрішній витік моторної оливи;
точно відрізнити їх лише за звуком не завжди можливо.

Основні причини зносу шатунних вкладишів

недостатній рівень моторної оливи;
низький тиск у системі змащення;
зношений масляний насос;
засмічений маслоприймач;
підсмоктування повітря перед насосом;
невідповідна в'язкість оливи;
занадто тривалий інтервал заміни;
розрідження оливи пальним;
потрапляння антифризу або води;
перегрів моторної оливи;
металева стружка та абразив;
забруднений або неправильний масляний фільтр;
заклинювання редукційного клапана;
засмічення каналів колінчастого вала;
неправильний робочий зазор;
овальність або конусність шийки;
деформація нижньої головки шатуна;
неправильне затягування шатунних болтів;
детонація;
гідроудар;
надмірне навантаження на низьких обертах;
помилки під час попереднього ремонту.

Масляне голодування двигуна

Навіть короткочасний провал тиску може пошкодити робоче покриття шатунних вкладишів. При високому навантаженні поверхні контактують майже відразу після руйнування масляного клина.

Масляне голодування двигуна можливе через:

низький рівень оливи;
різкий поворот або гальмування при недостатньому рівні;
відлив оливи від маслоприймача;
деформований піддон;
засмічену сітку маслоприймача;
негерметичну трубку;
пошкоджений привід насоса;
затримку створення тиску після запуску;
надмірний внутрішній витік через інші опори.

Після епізоду роботи без тиску недостатньо долити оливу. Потрібно перевірити фактичний тиск, фільтр і стан нижньої частини двигуна.

Масляний насос і маслоприймач

Насос повинен забезпечувати достатній потік у всьому діапазоні температур і обертів. Але низький тиск не завжди означає, що несправний саме насос.

Перевіряють:

знос робочих поверхонь насоса;
привід насоса;
редукційний клапан;
сітку маслоприймача;
ущільнення трубки;
тріщини та підсмоктування повітря;
відстань між маслоприймачем і піддоном;
герметик або відкладення в каналах;
внутрішні зазори всього двигуна.

Новий масляний насос не компенсує критично збільшені зазори у вкладишах.

Неправильна або забруднена моторна олива

Олива повинна мати потрібний допуск, в'язкість і стабільність при високій температурі.

Небезпечні ситуації:

надто рідка олива на прогрітому двигуні;
надто густа олива після холодного запуску;
втрата в'язкості через пальне;
сильне окиснення;
накопичення сажі та відкладень;
перегрів;
спінювання;
змішування несумісних продуктів;
робота після перевищення інтервалу заміни.

Вибір лише між позначеннями 5W-30 і 5W-40 без урахування допуску виробника є неправильним.

Докладніше: «5W-30 чи 5W-40 - чи можна обирати оливу тільки за в'язкістю».

Пальне й антифриз у моторній оливі

Потрапляння пального

Пальне зменшує в'язкість оливи та товщину захисної плівки. Причиною можуть бути несправні форсунки, часті невдалі запуски, пропуски згоряння або незавершені регенерації сажового фільтра.

Потрапляння антифризу

Охолоджувальна рідина порушує змащувальні властивості, утворює відкладення та спричиняє корозію.

Потрібно звертати увагу на:

підвищення рівня на щупі;
запах пального;
емульсію;
зміни в'язкості;
зниження рівня антифризу;
сторонні відкладення у фільтрі.

Абразив і металева стружка

Тверді частинки проходять через робочий зазор і дряпають як вкладиш, так і шатунну шийку.

Джерелами можуть бути:

попереднє руйнування вкладиша;
пошкодження розподільного вала;
руйнування турбокомпресора;
залишки механічної обробки;
абразив після хонінгування;
бруд під час складання;
частинки герметика;
робота перепускного клапана фільтра;
неякісна фільтрація.

Після серйозного руйнування потрібно очищати не тільки піддон, а й канали блока, колінчастого вала, теплообмінник і всі вузли, де могла залишитися стружка.

Перевантаження, детонація та гідроудар

Робота на низьких обертах під великим навантаженням

Високий тиск у циліндрі при невеликій швидкості обертання зменшує здатність формувати стабільний гідродинамічний клин.

Детонація

Ударні хвилі різко збільшують навантаження на поршень, шатун і вкладиш. Тривала детонація може викликати втомне руйнування робочого шару.

Гідроудар

Рідина в циліндрі майже не стискається. Різка зупинка поршня може деформувати шатун, пошкодити вкладиш і створити неправильну геометрію нижньої головки.

Неправильний тюнінг

Збільшення наддуву та крутного моменту без урахування можливостей колінчастого вала, шатунів і системи змащення скорочує ресурс вкладишів.

Помилки попереднього ремонту

неправильний розмір шатунних вкладишів;
установлення ремонтного комплекту на невідшліфовану шийку;
неврахована овальність або конусність;
переплутані кришки шатунів;
неправильна орієнтація кришки;
забруднення між вкладишем і шатуном;
пошкодження покриття під час складання;
перекритий масляний канал;
неправильне затягування шатунних болтів;
повторне використання болтів одноразового типу;
неперевірена нижня головка шатуна;
відсутність монтажного мастила;
запуск без попереднього створення тиску;
залишки стружки в колінчастому валу;
неправильна шорсткість після шліфування;
порушені радіуси переходу шийки.

У шатунах із рознімом, виготовленим методом контрольованого розлому, кожна кришка має унікальну поверхню. Її не можна замінювати кришкою з іншого шатуна.

Основні симптоми зносу шатунних вкладишів

глибокий ритмічний металевий стукіт;
посилення звуку при зміні навантаження;
стукіт на прогрітому двигуні;
низький тиск моторної оливи;
миготіння лампи тиску на холостому ходу;
металеві частинки у фільтрі;
мідний, бронзовий або сріблястий пил в оливі;
вібрація та нерівномірний механічний шум;
погіршення після епізоду масляного голодування;
локальний перегрів шатунної шийки;
заклинювання двигуна при критичному пошкодженні.

Слабкий початковий знос може не створювати виразного шуму. Окремий вкладиш іноді пошкоджується при загальному тиску, який ще залишається вище порога штатного датчика.

Характер шатунного стукоту

Шатунний стукіт часто описують як глибокий металевий удар, синхронний зі швидкістю обертання двигуна. Звук може ставати помітнішим після прогріву, коли моторна олива стає рідшою.

На характер шуму впливають:

величина робочого зазору;
температура оливи;
навантаження на конкретний циліндр;
частота обертання;
стан шийки колінчастого вала;
деформація шатуна;
наявність інших механічних шумів.

Схожі звуки створюють корінні вкладиші, поршневі пальці, поршні, маховик, шків колінчастого вала, ланцюг ГРМ і навісне обладнання.

Для системної локалізації застосовується діагностика шумів двигуна.

Практичний матеріал: «Чому чути металевий дзвін у двигуні - причини і діагностика».

Низький тиск моторної оливи

Збільшений зазор між шатунною шийкою та вкладишем створює внутрішній витік. Насос подає оливу, але вона швидше виходить із робочої зони.

Можлива картина:

відносно нормальний тиск на холодному двигуні;
зниження після прогріву;
миготіння лампи на холостому ходу;
підвищення тиску після збільшення обертів;
подальше падіння при розвитку зносу.

Але один пошкоджений шатунний вкладиш може зруйнуватися до того, як загальний тиск стане явно низьким. Штатна лампа не є системою ранньої діагностики.

Металеві частинки у моторній оливі

При стиранні багатошарового вкладиша у фільтрі можуть з'являтися:

сріблясті частинки верхнього шару;
сірий металевий пил;
мідні або бронзові частинки проміжного шару;
темні фрагменти перегрітого покриття;
сталева стружка після пошкодження основи або колінчастого вала.

Магніт не збирає всі продукти зносу, оскільки частина матеріалів вкладиша є немагнітною.

Колір частинок допомагає визначити напрямок перевірки, але не дозволяє без розбирання точно назвати конкретний шатун.

Що означає провертання шатунного вкладиша

При перегріві, заклинюванні або втраті натягу напіввкладиш може почати обертатися разом із шийкою колінчастого вала.

Наслідки:

перекриття масляного отвору;
миттєва втрата змащення;
пошкодження нижньої головки шатуна;
деформація кришки;
задири та перегрів шийки;
руйнування установчих пазів;
заклинювання шатуна на колінчастому валу;
обрив шатуна;
пошкодження блока циліндрів.

Після провертання недостатньо встановити новий вкладиш. Потрібно виміряти шатун, кришку і шийку колінчастого вала та перевірити подачу оливи.

Коли двигун потрібно негайно заглушити

загорілася червона лампа тиску моторної оливи;
з'явився глибокий ритмічний стукіт;
шум швидко посилюється;
в оливі або фільтрі знайдено багато металу;
двигун почав важко прокручуватися;
після удару або масляного голодування з'явився новий шум;
рівень оливи різко знизився;
двигун заклинює або зупиняється.

Не потрібно багаторазово запускати двигун для перевірки звуку. Автомобіль безпечніше доставити на діагностику евакуатором.

Порядок діагностики

Уточнити умови появи шуму.
Перевірити рівень моторної оливи.
Оцінити її в'язкість, допуск, пробіг і запах.
Оглянути двигун на зовнішні витоки.
Перевірити штатний датчик і проводку.
Виміряти фактичний тиск механічним манометром.
Локалізувати шум без тривалого підвищення обертів.
Перевірити оливу й фільтр на металеві частинки.
За потреби провести контроль внеску циліндрів.
Демонтувати масляний піддон.
Оглянути маслоприймач і насос.
Перевірити доступні шатунні вкладиші.
Виміряти шатунні шийки колінчастого вала.
Перевірити нижні головки шатунів.
Перевірити канали колінчастого вала.
Визначити первинну причину пошкодження.

Вимірювання тиску оливи манометром

Штатний датчик зазвичай лише вмикає лампу нижче встановленого порога. Точне значення визначає вимірювання тиску масла манометром.

Показники записують:

після холодного запуску;
на повністю прогрітому холостому ходу;
при заданій виробником частоті обертання;
при відомій температурі двигуна або оливи.

Універсальної норми для всіх двигунів немає. Результати порівнюють із заводськими даними конкретного коду двигуна.

Нормальний загальний тиск не виключає локальне пошкодження одного шатунного вкладиша.

Перевірка моторної оливи та масляного фільтра

Оцінюють:

рівень моторної оливи;
запах пального;
наявність антифризу або води;
металевий блиск;
сліди перегріву;
великі уламки;
колір частинок.

Фільтр розкривають спеціальним різаком, який не утворює власну металеву стружку. Фільтрувальний матеріал розгортають і оглядають між складками.

Оцінка стану моторного масла допомагає визначити забруднення, але не замінює механічне дефектування.

Тест із відключенням циліндра

Коли подача пального в конкретний циліндр припиняється, навантаження від згоряння зменшується. Якщо стукіт помітно змінюється, це може підтримувати підозру на шатунну опору цього циліндра.

Тест має обмеження:

звук може змінюватися не тільки через вкладиш;
інерційне навантаження на шатун залишається;
при декількох пошкоджених опорах результат нечіткий;
відключення тільки запалювання може пошкодити каталізатор;
неправильне відключення форсунок може створити нові помилки;
при сильному стукоті запускати двигун для тесту небезпечно.

Перевірку повинен виконувати спеціаліст за допомогою діагностичного обладнання з безпечним відключенням подачі пального.

Огляд після демонтажу масляного піддона

Після зняття масляного піддона перевіряють:

металеву стружку та уламки;
сітку маслоприймача;
ущільнення трубки;
стан масляного насоса;
редукційний клапан;
сліди перегріву;
боковий люфт шатунів;
доступні шийки колінчастого вала;
стан шатунних кришок;
забруднення герметиком.

Кришки шатунів маркують до демонтажу. Їх не можна переставляти між шатунами або розвертати.

Вимірювання шийок і робочих зазорів

Шатунну шийку вимірюють мікрометром у декількох площинах і на різній ширині.

Перевіряють:

фактичний діаметр;
овальність;
конусність;
подряпини та задири;
сліди перегріву;
шорсткість;
радіуси переходів;
прохідність масляного каналу.

Нижню головку шатуна вимірюють при встановленій кришці та затягнутих кріпленнях. Перевіряють діаметр, круглість і співвісність.

Робочий зазор визначають:

розрахунком за фактичними діаметрами;
вимірюванням внутрішнього діаметра встановленого вкладиша;
контрольним пластиковим калібром при складанні.

При використанні пластикового калібру колінчастий вал не можна провертати до зчитування результату.

Що показує поверхня вкладиша

Рівномірне полірування

Може бути наслідком поступового природного зносу, якщо немає локальних задирів і перегріву.

Поздовжні подряпини

Часто вказують на тверді частинки в моторній оливі.

Локальний знос одного краю

Можливі деформація шатуна, неправильна геометрія шийки, перекіс кришки або помилка складання.

Потемніння і синій відтінок

Свідчать про високу температуру та руйнування масляної плівки.

Розмазування антифрикційного шару

Можливе при масляному голодуванні, надмірному навантаженні або недостатньому зазорі.

Втомні тріщини та викришування

Виникають при циклічному перевантаженні, детонації, неправильному зазорі або великому ресурсі.

Відбитки сторонніх частинок

Показують, що між вкладишем і шийкою працював абразив або бруд.

Перевірка шатуна

Шатун може бути пошкоджений одночасно з вкладишем.

Перевіряють:

діаметр нижньої головки;
овальність і деформацію;
співвісність верхньої та нижньої головок;
вигин і скручування;
стан кришки;
посадкові поверхні вкладишів;
різьбу й шатунні болти;
боковий зазор на колінчастому валу;
пошкодження після провертання;
сліди перегріву.

При деформації нижньої головки новий вкладиш не матиме правильного натягу. Це створює ризик повторного провертання.

Варіанти ремонту

Заміна вкладишів стандартного розміру

Допустима лише при справних шийках, шатунах і нормальних робочих зазорах.

Селективний підбір

У деяких двигунах використовуються декілька заводських класів товщини. Їх вибирають за маркуванням і результатами вимірювання.

Шліфування колінчастого вала

Якщо конструкція дозволяє, пошкоджені шийки обробляють до передбаченого ремонтного розміру. Після цього встановлюють товстіші ремонтні вкладиші відповідного розміру.

Заміна колінчастого вала

Потрібна при глибоких пошкодженнях, тріщинах, критичному зносі, порушенні радіусів або відсутності допустимого ремонтного розміру.

Відновлення або заміна шатуна

Нижню головку можна відновлювати тільки за технологією, яка забезпечує правильну геометрію та натяг вкладиша. При значному пошкодженні шатун замінюють.

Капітальний ремонт двигуна

Потрібен, якщо стружка поширилася по системі, пошкоджені декілька шийок, насос, корінні опори, поршні або циліндри.

Заміна двигуна

Може бути економічно доцільною при руйнуванні блока, обриві шатуна або дуже великому обсязі пошкоджень.

Правильне встановлення шатунних вкладишів

Очистити канали блока та колінчастого вала.
Перевірити насос і маслоприймач.
Звірити розмір і конструкцію вкладишів.
Очистити посадкові поверхні шатунів.
Не шліфувати антифрикційне покриття наждачним матеріалом.
Установити кришки тільки на свої шатуни.
Перевірити орієнтацію масляних отворів і пазів.
Використати монтажне мастило на робочій поверхні.
Залишити зовнішню поверхню вкладиша чистою відповідно до процедури виробника.
Застосувати справні або нові шатунні болти.
Дотриматися моменту й кутів затягування.
Перевірити робочий і боковий зазори.
Переконатися у вільному обертанні колінчастого вала.
Перед першим запуском створити тиск у системі змащення.
Після запуску перевірити тиск, шум і відсутність витоків.

Як підбирають шатунні вкладиші

Вкладиші підбирають не лише за моделлю автомобіля.

Потрібно враховувати:

VIN-код;
точний код двигуна;
OEM-номер;
фактичний діаметр шатунних шийок;
стандартний або ремонтний розмір;
селективний клас товщини;
ширину вкладиша;
розташування масляних отворів і канавок;
форму установчих пазів;
конструкцію шатуна;
результати вимірювання зазорів.

Позначення 0,25 або 0,50 зазвичай вказує на ремонтний розмір під оброблену шийку, але конкретне значення та спосіб маркування потрібно звіряти з каталогом виробника.

Як зменшити ризик пошкодження

контролювати рівень моторної оливи;
використовувати оливу з правильним допуском;
не перевищувати розумний інтервал заміни;
установлювати якісний масляний фільтр;
не навантажувати холодний двигун;
не рухатися на надто низьких обертах під великим навантаженням;
негайно реагувати на лампу тиску;
усувати потрапляння пального й антифризу в оливу;
не допускати перегріву;
усувати детонацію;
після ремонту ретельно очищати масляні канали;
контролювати причину металевих частинок у фільтрі;
після складання вимірювати фактичний тиск.

Якість фільтрації безпосередньо впливає на стан вкладишів і колінчастого вала. Докладніше: «Чому фільтри в автомобілі важливіші, ніж здається».

Товарні групи TESMA

Деталі кривошипно-шатунного механізму підбирають після дефектування колінчастого вала та шатунів.

Для підбору потрібні VIN-код, код двигуна, OEM-номер, фактичний розмір шийок та точний ремонтний клас.

Часті питання

Як звучить зношений шатунний вкладиш?

Часто це глибокий ритмічний металевий стукіт, який змінюється з обертами та навантаженням. Точний діагноз лише за звуком поставити не можна.

Чи завжди падає тиск моторної оливи?

Ні. Один вкладиш може пошкодитися при загальному тиску, який ще залишається вище порога штатного датчика.

Чи можна продовжувати рух зі слабким стукотом?

Ні. Пошкодження може швидко перейти у провертання вкладиша, руйнування шийки або обрив шатуна.

Чи допоможе густіша олива?

Вона може тимчасово змінити шум і показник тиску, але не відновить робочий зазор і пошкоджені поверхні.

Чи можна замінити вкладиші без зняття двигуна?

На деяких конструкціях доступ можливий після демонтажу піддона. Але без точного вимірювання шийок і шатунів такий ремонт може бути ненадійним.

Що означає мідний пил у масляному фільтрі?

Він може походити з проміжного шару вкладишів або інших деталей. Двигун потрібно заглушити та знайти джерело.

Чому провертання вкладиша пошкоджує шатун?

Вкладиш обертається в посадковому місці, перегріває його, стирає поверхню та змінює діаметр нижньої головки.

Чи потрібно шліфувати колінчастий вал?

Тільки якщо вимірювання показали знос або пошкодження і конструкція допускає ремонтний розмір.

Чому нові вкладиші швидко зносилися?

Можливі неправильний розмір, зношена шийка, деформований шатун, низький тиск, забитий канал, бруд або помилка затягування.

Чи потрібно одночасно перевіряти корінні вкладиші?

Так. Спільна причина, наприклад масляне голодування або абразив, може пошкодити обидві групи опор.

Пов'язані сторінки бази знань TESMA

Що ще почитати по цій темі

Висновок

Знос шатунних вкладишів порушує роботу масляної плівки між шатуном і колінчастим валом. Несправність може швидко перейти від невеликого збільшення зазору до провертання вкладиша, руйнування шийки та обриву шатуна.

Глибокий стукіт, низький тиск і металеві частинки визначають напрямок перевірки, але остаточний висновок потребує демонтажу, вимірювання шийок колінчастого вала, нижніх головок шатунів і робочих зазорів.

Надійний ремонт повинен усунути не тільки пошкоджений вкладиш, а й причину його руйнування - масляне голодування, забруднення, неправильний зазор, деформацію шатуна або помилку попереднього складання.