Автомобильные статьи

Шатун Двигателя. Что это такое, его поломки и их причины, способы восстановления

Убираем стук шатуна
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.

Товар по теме:

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.

cgsi_79b4722bf8000d52cce8581eaee11c7c.img

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?

cgsi_fd5253aaaf6d2f41f0d41fde0130fb2d.img

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.

Почему стучит шатун? Причины и признаки неисправностей

cgsi_31bf75042aa45124b915a420ab8d7af8.img

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.

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 и восстановление.

Стук шатуна из-за отработавших или поврежденных шатунных вкладышей несколько более глухой, чем звук от стучащего поршневого пальца. При этом источник стука находится в той части КШМ, в которой скрыта проблема – сверху из-за износа поршневой головки, а снизу из-за шатунных вкладышей или болтов крышки нижней головки. Определить какой именно из шатунов стучит можно путем поочередного отключения питания свечей при работающем бензиновом двигателе или подачи топлива на дизельном двигателе.

Засорение масляных фильтров и маслоприемника – еще одна распространенная причина появления стука в шатунах двигателя. К этому может привести и некачественные горюче-смазочные материалы, улучшить которые можно соответствующими присадками, не нарушающими реологию масла.

Нередко при появлении проблем с системой смазки двигателя, которые привели к стуку шатунов, наблюдается синеватый дым. Это свидетельствует о проблемах не только в кривошипно-шатунном механизме, но и во всей цилиндропоршневой группе. Недостаточное количество масла или его плохое качество приводит к износу трущихся поверхностей колец поршней, цилиндров, коленвала и шатунов с появлением задиров и царапин.

Предотвратить износ и устранить уже имеющиеся дефекты могут специальные триботехнические присадки, которые не изменяют физико-механические и химические свойства масла, но благодаря своему трибосоставу способны защитить новым слоем целые исправные детали и устранить следы износа путем диффузионного восстановления металла.

Как исправить стук?

cgsi_be654e7615a26f907fb7e84a77d2cecf.img

Неисправность шатуна Способ ремонта
Износ и задиры на кривошипной и поршневой головках
  • Замена шатунов.
  • Ремонт системы смазки с возможной заменой масляного насоса и/или фильтра.
  • Чистка масляных каналов.
  • Замена моторного масла с добавлением соответствующих присадок (трибосостава).
Изгиб силового стержня Полная замена шатуна при наличии критического отклонения геометрии по изгибу или скручиванию силового стержня. Проверку проводят на специальном стенде на СТО.
Разрушена резьба болтов или в отверстиях крепления крышки кривошипной головки
  • Замена болтов.
  • Замена всего шатуна при разрушении резьбы на крышке головки, которую нельзя менять отдельно.
Трещины в шатуне Полная замена шатуна.

Все шатуны в двигателе должны одинаково весить для предотвращения разбалансировки и появления новых мест критического износа и стука. При замене деталь необходимо взвесить и при наличии отклонения в большую сторону произвести стачивания металла с прилива на крышке нижней головки до достижения необходимой массы.

Составы «Супротек» – профилактика и решение проблем с шатунами двигателя

Трибосостав «Супротек» по своей сути не является присадкой, поскольку он не меняет свойства моторного масла, а лишь использует его для внесения в зоны трения, где в процессе штатной эксплуатации формирует новый слой.

  • Стабилизирует смазывающую пленку благодаря большей маслоудерживающей способности пористого слоя.
  • Уменьшает фрикционное воздействие в головках шатуна благодаря большей прочности слоя и более толстого слоя масла.
  • Восстанавливает поврежденные участки (задиры, канавки и т.п.) путем диффузионного взаимодействия микрочастиц металла с поврежденными поверхностями деталей двигателя.

Трибосостав «Супротек» можно купить в удобной фасовке (флаконы по 100/200 мл) и использовать его самостоятельно в соответствии с несложной инструкцией. При этом цена триботехнической присадки несоизмеримо ниже ремонта двигателя, КШМ и даже отдельно взятого шатуна.

Комментарии к статье
Добавить комментарий