Шатун поршня: назначение, конструкция, основные неисправности

Шатун поршня – элемент кривошипно-шатунного механизм, благодаря которому энергия при воспламенении воздушно-топливной смеси передается на коленвал. Он является ключевой деталью, без которой невозможно преобразовать возвратно-поступательные движения в круговые.

Рассмотрим, как устроена эта деталь, какие бывают неисправности, а также варианты ремонта.

Конструкция шатуна

Шатун работает по принципу педалей в велосипеде, только роль ног в двигателе играет поршень, перемещающийся в цилиндре. В зависимости от модификации мотора кривошипно-шатунный механизм имеет столько шатунов, сколько цилиндров в ДВС.

Эта деталь состоит из трех ключевых элементов:

• поршневой головки;
• кривошипной головки;
• силового стержня.

Поршневая головка

Данный элемент шатуна представляет собой цельнолитую часть, на которой зафиксирован поршень (в проушины вставляется палец). Существуют варианты с плавающим и неподвижным пальцем.

Подвижный палец устанавливается во втулку из бронзы. Она нужна, чтобы деталь не так быстро изнашивалась. Хотя нередко встречаются варианты и без втулок. В этом случае между пальцем и головкой есть небольшой зазор, благодаря которому контактная поверхность лучше смазывается.

Модификация с фиксированным пальцем требует большей точности при изготовлении. В этом случае отверстие головки будет меньшего диаметра, чем у пальца.

Трапециевидная форма головки увеличивает площадь, на которую опирается поршень. Так как на данный элемент воздействуют большие нагрузки, то он делается с такой формой, которая способна выдерживать их на протяжении длительного периода.

Кривошипная головка

С другой стороны шатуна имеется кривошипная головка, цель которой – соединить поршень и шатун с КШМ коленвала. Чаще всего эта часть разборная – крышка крепится к шатуну при помощи болтового соединения. Чтобы этот элемент меньше изнашивался из-за постоянного трения, между стенками головки и кривошипом вставляются вкладыши. Со временем они изнашиваются, но необходимости в замене всего шатуна нет.

Головка кривошипа изготавливается с предельной точностью, чтобы в процессе работы механизма болты не ослаблялись и мотор не нуждался в сложном и дорогостоящем обслуживании.

Если крышка головки износилась, то самым мудрым решением было бы заменить ее на идентичную, которая изготовлена специально для такого типа двигателей, вместо того чтобы искать более дешевый аналог. Во время изготовления учитываются как механические, так и температурные нагрузки, поэтому инженеры подбирают подходящий материал, а также определяют точный вес детали.

Существует две модификации шатунов:

• соединение шипа под прямым углом (используется в моторах с рядным расположением цилиндров);
• соединение под более острым углом к центральной оси детали (применяется в моторах, выполненных в форме V).

Кривошипная головка также имеет подшипник скольжения (напоминает коренной вкладыш коленвала). Он изготавливается из высокопрочной стали. Материал устойчив к высоким нагрузкам и обладает антифрикционными свойствами.

Данный элемент тоже нуждается в постоянной смазке. Вот почему, прежде чем начинать движение после простоя автомобиля, нужно дать мотору немного поработать на холостых оборотах. В этом случае масло поступит во все узлы, прежде чем на них будет оказываться нагрузка.

Силовой стержень

Это основная часть шатуна, которая имеет двутавровую конструкцию (в разрезе напоминает букву Н). Благодаря наличию ребер жесткости эта деталь способна выдерживать сильные нагрузки. Верхняя и нижняя части (головки) расширены.

Стоит помнить несколько фактов, которые касаются силовых стержней:

• их вес во всем моторе должен быть одинаковым, поэтому при замене следует учитывать, что даже незначительные отклонения могут дестабилизировать работу ДВС;
• в бензиновых модификациях используются менее прочные шатуны, так как для воспламенения дизтоплива в цилиндре создается давление, которое в несколько раз превышает компрессию в обычном моторе;
• если приобретается более тяжелый (или наоборот – более легкий) шатун, перед его установкой все детали подгоняются по весу на точных весах.

Материалы для производства шатунов

В стремлении сделать детали мотора более легкими некоторые производители для изготовления шатунов используют легко сплавные материалы. Но нагрузка на эти элементы не снижается. По этой причине крайне редко используется алюминий. В большинстве случаев основным металлом, который используется для создания шатунов, является чугун.

Этот металл обладает высокой устойчивостью к механическим и термическим нагрузкам. Да и способ литья уже наработан, что облегчает процесс изготовления деталей. Такие шатуны используются в бензиновых моторах.

Для дизелей, как уже обращалось внимание, нужен особо прочный материал. По этой причине используется высоколегированная сталь. Метод обработки – горячая ковка. Так как для производства используются более сложные технологии и материал дороже чугуна, то и детали значительно дороже чугунных аналогов.

В спортивных моделях используются легкие сплавы (титана и алюминия), благодаря чему облегчается конструкция силового агрегата (в некоторых случаях до 50 процентов).

Крепежные болты изготавливаются всегда из высоколегированной стали, так как в дополнение к термическим нагрузкам их резьба постоянно подвергается резким движениям на разрыв.

Почему шатуны выходят из строя?

Самой главной причиной поломки шатуна является естественный износ его элементов. Верхняя (поршневая) головка ломается реже всего. Чаще она отрабатывает такой же ресурс, что и весь мотор. Вот еще несколько причин поломки шатуна:

• деформация в результате столкновения поршня с ГБЦ;
• образование задир из-за попадания абразива на поверхность вкладыша (например, порвался масляный фильтр, и отработанное масло не очищается от посторонних частиц);
• из-за масляного голодания подшипник скольжения может повредиться (это можно определить во время капитального ремонта).

После естественной причины на втором мете стоит недостаточная или некачественная смазка. По этой причине каждый автомобилист должен помнить, что регулярная замена масла должна происходить в установленные заводом-изготовителем сроки, даже если машина не так часто ездит. Масло со временем теряет свои свойства, что может отрицательно сказаться на исправности ДВС.

Ремонт шатунов

Не во всех случаях возможен ремонт шатунов. Эта операция может производиться в случае:

• деформации опорного стержня;
• увеличение зазора поршневой головки;
• увеличение зазора кривошипной головки.

Перед ремонтом проводится визуальный осмотр детали. При помощи нутрометра измеряется диаметр и все зазоры шатуна. Если эти показатели находятся в пределах нормы, но шатуны менять нет необходимости.

Если стержень деформировался, это нельзя оставлять без внимания, так как неравномерное распределение нагрузки приведет к разрушению поверхности цилиндра, повышенному износу коленвала и самого поршня.

Деформация шатуна всегда сопровождается повышенным шумом мотора даже на низких оборотах. Исправить такой дефект крайне сложно, поэтому в этом случае деталь просто меняют на новую.

В случае несоответствующего зазора крышку головки растачивают под соответствующий размер устанавливаемого крепежа. Чтобы не снять лишний миллиметр, нужно воспользоваться специальным токарным станком с насадкой для расточки.

Если появилась выработка в поршневой головке, следует использовать специальные ремонтные вкладыши, размер которых соответствуют требуемому зазору. Конечно, во время работы мотора втулка притрется и примет нужную форму.

При использовании втулок следует проверить, совпало ли отверстие вкладыша и головки – через него на палец поступает масло. В противном случае ремонт не продлит жизнь мотору, а наоборот резко сократит его ресурс (ведь автомобилист думает, что мотор «откапитален», и он не нуждается в ближайшем ремонте, а на самом деле детали испытывают масляное голодание).

После выполнения правки детали нужно взвесить, чтобы из-за разницы в весе в моторе не появлялись неприятные вибрации.

Вопросы и ответы:

Как проверить шатун на эллипс? Геометрия шатуна проверяется на специальном оборудовании. Если шатун незначительно деформировался, на глаз это определить невозможно. Для этого используется нутромер или специализированный станок.

Из чего состоит шатун? Из стержня, верхней поршневой головки, нижней кривошипной головки. Поршневая головка с помощью пальца соединяется с поршнем, а кривошипная – с шейкой кривошипа.