Поршневой шатун: конструкция и основные неисправности

Поршневой шатун - элемент механизма коленчатого вала, за счет которого энергия передается на коленчатый вал при воспламенении топливовоздушной смеси.
Конструкция
Шатун работает по принципу педалей в велосипеде, только роль ног в двигателе выполняет поршень, движущийся в цилиндре. Кривошипно-шатунный механизм в зависимости от модификации двигателя имеет столько же шатунов, сколько цилиндров в двигателе внутреннего сгорания. У этой детали есть три ключевых элемента: головка поршня; кривошипная головка; силовой стержень.
Головка поршня
Этот элемент шатуна является частью целой детали, на которой закреплен поршень. Подвижный штифт установлен в бронзовой втулке. Это необходимо, чтобы деталь не изнашивалась так быстро. Хотя часто встречаются варианты без втулок. В этом случае между штифтом и головкой остается небольшой зазор, поэтому контактная поверхность лучше смазывается. Модификация с фиксированным штифтом требует большей точности в производстве. В этом случае отверстие в головке будет меньше. Трапециевидная форма головки увеличивает площадь упора поршня. Поскольку этот элемент подвергается большим нагрузкам, он имеет форму, которая может выдерживать их в течение длительного времени.
Кривошипная головка
Кривошипная головка, предназначена для соединения поршня и шатуна с коленчатым валом. Чаще всего эта деталь складная - крышка крепится к шатуну с помощью болтового соединения. Чтобы уменьшить износ этого элемента из-за постоянного трения, между стенками головки вставляют колодки. Они со временем изнашиваются, но нет необходимости заменять весь шатун. Головка коленчатого вала изготовлена с особой точностью, поэтому болты не откручиваются во время работы механизма.
Если изношена крышка головки блока цилиндров, то наиболее разумным решением будет заменить ее на идентичную, которая сделана специально для этого типа двигателя, вместо того, чтобы искать более дешевый аналог. При производстве учитываются как механические, так и термические нагрузки, поэтому инженеры выбирают правильный материал, а также определяют точный вес детали. Шатуны бывают двух типов: шиповое соединение под прямым углом (используется для рядных цилиндров); соединение под более острым углом к центральной оси детали (применяется в V-образных двигателях). Головка коленчатого вала также имеет втулочный подшипник (напоминающий коренной подшипник коленчатого вала). Изготовлен из высокопрочной стали. Материал устойчив к высоким нагрузкам и обладает антифрикционными свойствами. Этот элемент тоже нуждается в постоянной смазке. Поэтому вы должны дать двигателю поработать на холостом ходу, прежде чем трогаться с места после стоянки автомобиля. В этом случае масло попадет во все компоненты до того, как они будут заполнены.
Силовой стержень
Это основная часть шатуна, имеющая прямоугольную конструкцию (в сечении напоминает букву H). Благодаря наличию усилителей эта деталь способна выдерживать большие нагрузки. Стоит напомнить несколько фактов, касающихся силовых тяг: их вес по всему двигателю должен быть одинаковым, поэтому при его замене нужно учитывать, что даже незначительные отклонения могут дестабилизировать работу ДВС; в бензиновых модификациях используются менее прочные шатуны, так как в цилиндре создается давление для воспламенения дизельного топлива, которое в несколько раз выше, чем в обычном двигателе; если приобретается более тяжелый (или наоборот - более легкий) шатун, перед его установкой все детали калибруются по весу.
Материалы для изготовления шатунов
Стремясь облегчить детали двигателя, некоторые производители используют легкосплавные материалы для изготовления шатунов. Но нагрузка на эти элементы не уменьшается. По этой причине алюминий используется редко. В большинстве случаев основным металлом, используемым для изготовления шатунов, является чугун. Этот металл отличается высокой устойчивостью к механическим и термическим нагрузкам. Эти шатуны используются в бензиновых двигателях. Дизельные двигатели, как уже было сказано, требуют особо прочного материала. По этой причине используется высоколегированная сталь.
Метод обработки - горячая ковка.
Поскольку для производства используются более сложные технологии и материал дороже чугуна, то детали намного дороже, чем чугунные аналоги. В спортивных моделях используются легкие сплавы (титан и алюминий), что упрощает конструкцию силового агрегата (в некоторых случаях до 50 процентов). Крепежные болты всегда изготавливаются из высоколегированной стали, поскольку их резьба, помимо термической нагрузки, постоянно подвергается резким разрушающим движениям.
Почему шатун может выйти из строя?
Самая главная причина поломки шатуна - естественный износ его элементов. Реже ломается верхняя (поршневая) головка. Чаще всего он дает такой же ресурс, как и весь двигатель. Вот еще несколько причин повреждения шатуна: деформация в результате столкновения поршня с головкой блока цилиндров; образование зазоров из-за проникновения абразива на поверхность вкладыша (например, сломан масляный фильтр и отработанное масло не очищается от посторонних частиц).
Вторая цель после естественной причины - неадекватная или некачественная смазка. По этой причине каждый водитель должен помнить, что регулярная замена масла должна производиться в течение срока, указанного производителем, даже если автомобиль не ездит так часто. Масло со временем теряет свои свойства, что может негативно сказаться на двигателе.
Ремонт шатуна
Ремонт шатунов возможен далеко не во всех случаях. Перед ремонтом проводится визуальный осмотр детали. Измерьте диаметр и любые зазоры в шатуне. Если эти значения находятся в пределах нормы, шатуны заменять не нужно. Если шток деформирован, игнорировать это нельзя, так как неравномерное распределение нагрузки приведет к разрушению поверхности цилиндра, повышенному износу коленчатого вала и самого поршня.
Деформация шатуна всегда сопровождается повышенным шумом двигателя даже на малых оборотах. Устранить такой дефект крайне сложно, поэтому в этом случае деталь просто меняют на новую. При неподходящем зазоре в крышке головки сверлятся отверстия на соответствующий размер установленного крепежа. Чтобы не снимать лишние миллиметры, необходимо использовать специальный токарный станок с расточной насадкой. При наличии износа в головке поршня необходимо использовать специальные ремонтные накладки, размер которых соответствует необходимому зазору. Конечно, пока двигатель работает, втулка будет тереться и принимать желаемую форму.