Ремонт шатунов двигателя в Казани

Шатуны двигателя внутреннего сгорания – одни из самых нагруженных деталей не только мотора, но и всего автомобиля. Они воспринимают всю мощность, полученную от сгорания топлива в цилиндре, и передают ее через трансмиссию на колеса. При этом деталь испытывает нагрузку сразу в нескольких векторах, преобразовывая возвратно-поступательное движение поршня во вращение коленчатого вала.

Конструкция шатуна и принцип работы КШМ

Назначение кривошипно-шатунного механизма в трансформации возвратно-поступательного движения поршней во вращение коленвала, которое передается на трансмиссию или вал отбора мощности в спецтехнике. По сути, вся мощность двигателя передается через шатуны, число которых зависит от типа ДВС и количества в нем цилиндров.

Шатун состоит из трех основных частей:

• Поршневая головка (верхняя);
• Кривошипная головка (нижняя);
• Стержень.

На силовой стержень приходится максимум нагрузок, которые действуют в продольном направлении и на излом в зависимости от положения шатуна в определенный цикл двигателя. На головки действует двойная нагрузка – механическая и фрикционная, поскольку такое сочленение испытывает силу трения между кривошипным кольцом и коленвалом внизу, а также между поршневой частью и пальцем поршня вверху.

Для снижения фрикционного износа в конструкции шатуна двигателя предусмотрено два подшипника. В кривошипную головку вставляют два подшипника скольжения (вкладыши) или качения, а в поршневую – втулку.

Поршневая головка

Верхний кольцевой элемент шатуна неразъемный и соединяется он с поршнем с помощью поршневого пальца, который может быть фиксированным или плавающим. При плотной фиксации в качестве антифрикционного уплотнителя используют биметаллическую или бронзовую втулку. Отверстие в головке должно быть немного меньше диаметра втулки, чтобы обеспечить сопряжение внатяжку.

В некоторых модификациях двигателей поршневой палец подвижен, для чего отверстие в верхней головке шатуна немного больше диаметра пальца. В такой конфигурации важно обеспечить достаточное количество смазки.

Верхняя часть шатуна двигателя имеет трапециевидную форму для увеличения опорной площади и снижения нагрузки на силовой стержень при передаче усилия от поршня на коленчатый вал.

Кривошипная нижняя головка

Нижний соединительный элемент шатуна – это разъемное в большинстве типов двигателей кольцо, которое предназначено для соединения с коленвалом. Одна часть кольца является монолитным продолжением силового стержня, а второе полукольцо крепится к первому двумя болтами. Реже для фиксации используют бандажные крепления или штифты.

Особенность сборки шатуна в недопустимости замены крышки нижней кривошипной головки на аналог иного производства, поскольку каждый элемент детали рассчитан производителем двигателя по массе и особенностям конструкционного материала. Крышка иного производства может отличаться по массе от оригинала, что приведет к разбалансировке всего кривошипно-шатунного механизма и неминуемой порче мотора.

Геометрия разъемного разреза кольца нижней головки шатуна зависит от типа двигателя. При вертикальной компоновке цилиндров такое сечение перпендикулярно вертикальной оси стержня. В двигателях с V-образной компоновкой цилиндров кривошипная головка шатуна рассечена под определенным (непрямым) углом к оси силового стержня.

Внутренняя поверхность кольца кривошипной нижней головки испытывает сильные фрикционные нагрузки. Чтобы уменьшить негативное влияние силы трения между кривошипом коленвала и нижней головкой шатуна устанавливают подшипник скольжения. Здесь важно наличие специальных смазок, которые работают в условиях сильного трения и высоких температур.

Наиболее подходящими для защитной антифрикционной смазки КШМ стали триботехнические составы – специальная композиция природных минералов величиной не более трех микрон. Смазка с триботехнической присадкой позволяет защитить шатун, коленвал и другие детали двигателя от активного истирания, а также восстановить уже имеющиеся изъяны путем диффузионного восстановления деталей, входящими в трибосостав металлическими частицами.

Силовой стержень

Стержень – это каркас шатуна двигателя и его основной силовой элемент, передающий всю нагрузку и мощность от цилиндра к коленчатому валу. Он имеет форму сильно вытянутой трапеции, в основании и на вершине которой два кольца головок шатуна. В сечении силового стержня двутавр, благодаря чему деталь способна воспринимать продольные и поперечные нагрузки, в т.ч. и на изгиб, при минимальной металлоемкости.

Из чего он сделан?

От металлоемкости шатуна зависит месса всего кривошипно-шатунного механизма, а значит, и КПД двигателя. При этом вес каждого шатуна должен быть одинаковым. В противном случае не избежать вибраций, разбалансировки и падения мощности мотора с ускоренным износом всех его деталей. Однако здесь есть и обратная зависимость – чем меньше металлоемкость или масса КШМ, тем меньше его прочность и способность воспринимать высокие знакопеременные нагрузки. Другими словами, в этом вопросе должна быть «золотая середина».

Выбор конструкционного материала и способ производства шатуна зависит от типа двигателя. Для бензиновых ДВС используют более легкие и недорогие в производстве литые чугунные изделия. Для дизельных двигателей нужны более прочные и массивные шатуны из легированной стали, изготавливаемые по более дорогой технологии штамповки и горячей ковки.

Для двигателей спортивных автомобилей используют самые легкие шатуны из прочных сплавов алюминия или титана. Их вес примерно вполовину меньше классических стальных или чугунных, что увеличивает КПД мотора и снижает расход топлива.

Крышки шатунных головок и болты для них делают из высоколегированных марок стали, которые отличаются от обычных углеродистых сплавов более высоким пределом текучести – в 2-3 раза больше. Это важная характеристика для крышки нижней головки и ее крепежа, поскольку они испытывают сильные перегрузки именно на растяжение.

Особенности конструкции шатуна (форма, сечение профиля, конструкционный сплав и др.) делают эту деталь одной из самых надежных во всем двигателе. Правильное распределение многовекторных нагрузок и наличие подшипников скольжения позволяет свести к минимуму поломки любого характера, будь то изменение геометрии или фрикционный износ.

Однако по разным внешним причинам шатуны выходят из строя, приводя к падению мощности двигателя и полному износу остальных элементов КШМ и ЦПГ. Чтобы избежать подобных проблем, необходимо регулярно проводить техобслуживание двигателя. Для этого не всегда нужно разбирать мотор, достаточно лишь знать его строение и принцип работы кривошипно-шатунного механизма, признаки распространенных неисправностей и способы профилактики их появления.

Критический износ деталей – одна из основных причин неисправностей кривошипно-шатунного механизма двигателя. Шатун – очень крепкая и долговечная деталь. В большинстве случаев выходит из строя любые другие элементы ДВС, но не он. Однако неправильная эксплуатация автомобиля, некачественные горюче-смазочные материалы, несвоевременность и непрофессионализм проведения техобслуживания могут привести к деформации самого шатуна или появлению на вкладышах и втулках признаков глубокого износа.

Почему стучит шатун? Причины и признаки неисправностей

Неисправность шатуна	Причины
Износ кривошипной головки	Недостаточный уровень моторного масла или малое его давление.Масло разжижено из-за попадания в него топлива.Засорен масляный фильтр.Перечисленные причины не приводят напрямую к износу шатуна, но ускоряют выработку ресурса вкладышей и коленвала, что приводит к усилению биения в кривошипной головке.
Износ поршневой головки	Недостаточный уровень моторного масла или малое его давление.Масло разжижено из-за попадания в него топлива.Засорены каналы смазки в шатуне или масляный фильтр.Неправильно установлена втулка пальца.Отсутствует натяг в сопряжении с поршнем через втулку и поршневой палец.
Изгиб силового стержня	Последствие гидроудара.В камеру сгорания цилиндра попали сторонние предметы.Чрезмерно большой пробег авто без ТО и капремонта.
Разрушена резьба болтов или в отверстиях крепления крышки кривошипной головки	Неправильно затянуты болты (несоответствие момента силы).Двигатель подвергался чрезмерному перегреву.Изношены шатунные вкладыши.
Трещины в шатуне	К трещинам могут привести все вышеперечисленные причины. При обнаружении трещин в шатуне он подлежит замене без шансов на ремонт двигателя и восстановление.

Почему ремонт шатунов нужно доверять профессионалам?

• Только грамотные специалисты могут качественно провести проверку шатунов при помощи специального оборудования;
• Только высокая квалификация станочников позволяет гарантировать идеальную точность обработки деталей на горизонтально-расточных и горизонтально-хонинговальных станках и учесть технические характеристики, заданные заводом-изготовителем двигателя.