Преобразование энергии, выделившейся при сгорании топлива, в механическую работу - основная задача автомобильного двигателя, а обеспечивает ее выполнение кривошипно-шатунный механизм. Выглядит это так: под действием давления газов поршень совершает прямолинейное движение внутри цилиндра, которое преобразуется во вращательное движение коленчатого вала.
Получается, что поршень в этой связке главный, а коленвал - ведомый элемент? Но не будем торопиться надевать на поршень шапку Мономаха. В трех из четырех тактов, составляющих рабочий процесс четырехтактного двигателя, главную роль играет коленвал. Именно благодаря его вращению поддерживается возвратно-поступательное движение поршня и выполнение выпуска отработавших газов, впуска и сжатия свежего заряда. Да и в названии кривошипно-шатунного механизма поршень не упоминается вовсе. Есть кривошип, образуемый шейками и щеками коленвала, а также шатун, который, связывая шарнирно между собой ранее упомянутые детали, собственно и превращает КШМ в то, что представляет собой этот механизм на самом деле. Так, может быть, шатун здесь главный?
Звенья одной цепи
Нет смысла выделять из деталей КШМ основные и вспомогательные. Все они - звенья одной цепи, и неисправность любого из них неминуемо влечет едва ли ни самую трудоемкую и затратную разновидность ремонта автомобиля - переборку двигателя. С шатуна, правда, особый спрос. В случае обрыва шатун способен натворить таких бед, что двигателю может потребоваться не переборка, а замена блока цилиндров, что в иных случаях сопоставимо с заменой мотора.
Массивная деталь, как правило, прочная, но шатун стараются сделать как можно более легким, и связано это с силами инерции, возникающими при движении шатуна. С одной стороны, прочность по отношению к силам, воспринимаемым самим шатуном, с другой - минимальные нагрузки от сил инерции, передаваемые на сопряженные с шатуном детали, - вот два фактора, определяющих форму стержня шатуна. Однако если в этом вопросе разработчики единодушны - стержень обязан иметь двутавровое сечение, то в конструкции верхней (поршневой) и нижней (кривошипной) головок шатуна возможны варианты.
Плавать или стоять
Отверстие в верхней головке шатуна является посадочным для поршневого пальца, служащего осью для шарнирного соединения шатуна с поршнем. Если поршневой палец свободно перемещается в верхней головке шатуна, то такой палец называют плавающим. Чтобы исключить повреждение зеркала цилиндра по причине смещения пальца в сторону, "пловца" обязательно фиксируют в поршне с помощью двух стопорных колец.
В конструкциях с плавающим пальцем для уменьшения трения и износа сочленения "палец - шатун" в верхней головке шатуна предусматривается подшипник скольжения. Для этого в головку запрессовывают тонкостенную втулку. С поверхностью пальца контактирует материал, имеющий высокие антифрикционные свойства, - это, как правило, бронза. Кроме того, плавающий палец необходимо смазывать. Для этого в верхней головке шатуна выполняют одно или несколько отверстий, через которые в подшипник попадает масло.
Если палец установлен в верхнюю головку "внатяг", для чего при сборке шатуна с поршнем головку нагревают, а палец охлаждают, надобность во втулке и смазке отпадает. Такой вариант дешевле в производстве, но лучше ли он для конструкции с плавающим пальцем? Ответить на этот вопрос трудно. Когда палец лишен возможности свободно вращаться, это не способствует равномерному износу пальца и отверстий в бобышках поршня. Поэтому при прочих равных условиях вариант с плавающим пальцем более долговечен. Он же и проще в ремонте, а установка пальца "внатяг" требует квалифицированной работы. Но между долговечностью и надежностью работы не всегда можно поставить знак равенства. Втулка в верхней головке способна и провернуться. Заканчивается такое проворачивание заклиниванием пальца со всеми вытекающими последствиями. Запрессованный палец от такой оказии защищен конструктивно.
Держась за кривошип
Нижняя головка шатуна разъемная. Крышка крепится к верхней части шатуна двумя болтами, и здесь снова имеются варианты. Чаще всего крепление осуществляется при помощи болтов с гайками, но есть конструкции, в которых гайки отсутствуют, а болты по резьбе вкручиваются в верхнюю часть шатуна. Первый вариант технологичнее, при этом сами болты служат не только крепежными, но и установочными элементами, точно фиксирующими положение одной половины нижней головки относительно другой. Во втором варианте обязательно наличие в разъеме фиксирующих штифтов.
Важный параметр - момент затяжки болтов. Производитель обязательно оговаривает его величину. Если момент затяжки окажется меньше нормы, возможно самоотворачивание гаек. Последствия - обрыв шатунного болта или разрушение нижней головки шатуна. Однако и излишнее усердие при затяжке болтов тоже чревато. При превышении момента затяжки сверх нормы болты могут вытягиваться. Опять-таки появляется предпосылка для последующего их обрыва. Чаще всего заводы-изготовители ограничивают число повторных использований болтов либо рекомендуют перед затяжкой проверить длину болта. Если она превосходит максимально допустимое значение, которое указывается в инструкции по ремонту, то болт необходимо заменить новым.
А разбирать шатуны в эксплуатации приходится. Этой процедуры не избежать, если требуется замена износившихся поршневых колец или когда износились вкладыши подшипника скольжения, обоймой для которого как раз и служит нижняя головка шатуна. Масло подается в шатунный подшипник под давлением. Но зазоры между вкладышами и шейками коленчатого вала по причине износа со временем становятся слишком большими. Масло, не встречая сопротивления, спокойно вытекает из подшипника. Давление в системе смазки при этом падает, и если такая неполадка не будет своевременно замечена, то вкладыши могут провернуться и выплавиться, а коленчатый вал заклинит. Об увеличении зазора во вкладышах до предельной величины просигнализирует стук в районе коленвала, а также загоревшаяся контрольная лампа аварийного давления масла.
В штопор
Шатун способен оборваться при заклинивании поршня в цилиндре или пальца в поршне, при самоотворачивании гайки шатунного болта. А вот можно ли его согнуть? Можно, и сделать это довольно просто, если воздухозаборник под капотом автомобиля расположен низко - достаточно на такой машине переехать глубокую лужу. Одно дело, если форсирование "водоема" закончится залитыми распределителем, катушкой и проводами системы зажигания, и совсем другое - если воды успеет "нахлебаться" двигатель. Тогда не избежать гидроудара, который гнет шатун, будто он не стальной, а пластилиновый. На всякий случай разузнайте, где в вашем автомобиле находится воздухозаборник и можно ли на нем без опаски преодолевать водные преграды.
Иногда фатальной для шатуна становится встреча поршня с клапаном по причине обрыва зубчатого ремня ГРМ. При ремонте после обрыва есть смысл проверить, не нарушилась ли вследствие удара геометрия шатуна. Случается, что изгиб шатуна виден даже невооруженным глазом.
Разновес
К весовым параметрам шатунов из комплекта на один двигатель предъявляются специальные требования. Чтобы избежать вибраций при работе мотора, все шатуны комплекта должны быть одной весовой группы - иметь не только одинаковую массу, но и схожее распределение веса по головкам. Это надо учитывать, когда встал вопрос замены шатуна. Для подгонки по весу на головках шатунов предусмотрены места, с которых лишний металл удаляется. Если нет возможности заниматься взвешиванием и развесовкой, лучше менять шатуны комплектом, поскольку в комплект для запчастей также подбираются шатуны одной весовой группы.
Вердикт "АБw"
В кривошипно-шатунном механизме шатун - далеко не самая проблемная деталь. Но если по каким-то причинам шатуны пришлось разбирать, важно не перепутать крышки с разных шатунов, не перевернуть их при повторной установке на шатун и не намудрить с затяжкой шатунных болтов. Желательно проверить и геометрические параметры шатуна.
Сергей БОЯРСКИХ.
Фото автора.
Одна голова - хорошо, две - получится шатун
Главная
Гороскопы
