• На главную
  • В избранное
  • Карта сайта
  • Пишите нам
  • Ваш заказ
  • Скачать прайс

"Непраздношатающийся"

"Непраздношатающийся"
Раздел: Оборудование для ремонта ДВС
Журнал: "Новости Авторемонта" (www.remontauto.ru)
№ журнала: январь, 2003
Дата публикации: 01.01.2003

Помните загадку: «Туда, сюда, обратно – тебе и мне приятно»? Нет, простите, не угадали! Это вовсе не качели, а кривошипно-шатунный механизм. От “туда-сюда” которого и зависит, насколько “приятно” будет владельцу, водителю и пассажирам автомобиля. Много слов и в разное время сказано про ремонт головок блоков и их содержимого, коленвалов, еще больше – про ремонт поршней, а шатун так и болтается между ними, позаброшенный и всеми позабытый. Уделим же ему немного внимания.
Что в имени тебе моем
Шатун, как мы с вами знаем, является частью КШМ. Того самого, который, грубо говоря, превращает энергию взрыва топливо-воздушной смеси в силу, движущую автомобиль. В зависимости от такта работы двигателя шатун либо передает усилие от поршня к коленвалу, либо наоборот - от коленвала к поршню. Попросту говоря, шатается вверх-вниз. Или вправо-влево, если мотор оппозитный. Эта работа проходит с большими действующими силами и высокими ускорениями. Для уменьшения моментов инерции конструкторы стремятся максимально облегчить шатун. Вследстие чего данная деталь при больших оборотах двигателя работает на пределе своего запаса прочности. И достаточно небольших нарушений в геометрии шатуна или износа его головки и основания, чтобы в работе мотора появились серьезные сбои.
Конструктивно шатун можно разделить на три условные части. Это головка, стержень и основание. В современных автомобилях встречаются шатуны с различными конструкциями верхней головки. Их две, и ремонтнику они могут встретиться, как показывает практика, одинаково часто.
В конструкции с плавающим пальцем в верхнюю головку шатуна запрессована сталебронзовая втулка, покрытая оловом. Смазка поршневого пальца происходит через отверстие в верхней части шатуна и далее – по проточкам в этой втулке. Палец фиксируется в поршне с помощью стопорных колец, за счет чего сохраняется возможность его вращения не только в шатуне, но и в поршне.
В варианте с запрессованным поршневым пальцем последний жестко фиксируется в головке шатуна, что обеспечивается посадкой с натягом в 0,02 – 0,04 мм. Вращается такой палец только в поршне.
Версия с плавающим пальцем более надежная и долговечная, но и более дорогая в серийном производстве. Ее используют на всех дизелях, а в бензиновых моторах она чаще всего встречается у Mercedes, BMW, VW и Audi. Однако бывает, что моторы одного и того же производителя, но сделанные для разных марок авто могут отличаться друг от друга именно по конструкции верхней головки шатуна. Так, например, Volvo 460 комплектовался двигателем, разработанным французской компанией Renault. Но если аналогичные моторы, которые устанавливались на автомобили одноименной компании, имели шатуны с запрессованным поршневым пальцем, то в двигателях для Volvo применялась конструкция с плавающим пальцем. Из-за этого шатуны, пальцы и поршни в одинаковых, казалось бы, моторах невзаимозаменяемые.

Стержень шатуна соединяет головку и основание, или, как иногда говорят, нижнюю головку. Допуски стержня шатуна на кручение и изгиб составляют всего 0,03 мм. По данным наших консультантов из фирмы «Иномотор», всего около 20% шатунов из поступающих в ремонт двигателей требуют небольшой правки их геометрии. Однако порой из разобранного мотора извлекают шатуны, изогнутые или скрученные так, что это даже заметно на глаз. Причина у такого дефекта, как правило, одна – это гидроудар в цилиндре. Такая неприятность может случиться с двигателем при попытке водителя быстро форсировать какую-нибудь лужу. Ремонт таких повреждений очень сложный и гораздо дороже, чем ремонт при обычном, штатном, износе двигателя.

Основание или «нижняя головка» шатуна как бы «обнимает» шатунную шейку коленвала и представляет собой, по сути дела, наружную обойму подшипника скольжения. Во всех существующих ДВС, кроме, пожалуй, мотоциклетных, основание шатуна разборное, со съемной нижней крышкой-полукольцом. Нижнее полукольцо основания притягивается к верхнему двумя шпильками или болтами. Между основанием шатуна и шейкой коленвала обжаты два сталеалюминиевых вкладыша, покрытых слоем олова или сурьмы. Иногда в материале вкладыша используют еще и бронзу. Смазка подшипника скольжения происходит под давлением через каналы в коленвале. Давление масла и маленький зазор создают так называемый «масляный клин» между шейкой коленвала и вкладышами. Который присутствует до тех пор, пока в системе смазки есть нормальное давление и геометрия сопряженных деталей остается в пределах допусков.
Кто стучится там во мне
Зазор между коленвалом и шатунными вкладышами обычно составляет 0,03 – 0,08 мм, а его критический размер на большинстве двигателей не превышает 0,12 – 0,15 мм. Однако появление эллипсности основания шатуна может повлечь за собой исчезновение масляного клина, и масляное голодание возникнет гораздо раньше, чем произойдет штатный износ вкладышей или шейки до предельного размера. Эллипсность возникает из-за больших ударных нагрузок, действующих на основание шатуна вдоль его оси, и большая ось эллипса всегда расположена продольно относительно оси шатуна.
Внешним проявлением значительной эллипсности или износа является характерный «стук коленвала» и снижение давления масла на работающем двигателе. Обычно вначале на холостых оборотах этот стук еще незаметен. Если на такой машине продолжать движение, то шейка, лишенная масла, перегревается и подплавляет алюминий вкладышей. Шатун «прихватывает» к коленвалу, и, если обороты двигателя были небольшие или при запуске стартером холодного мотора, мотор просто «дает клина». Если же «прихватывание» происходит на больших оборотах, то шатун может разломиться или оторваться от поршня. Это самый худший вариант, поскольку в этом случае мотор «показывает руку дружбы», то есть обломок шатуна, продолжая движение вместе с коленвалом, попросту пробивает блок цилиндров.
Другой причиной неприятностей порой становятся гайки, которыми притянута крышка основания шатуна. Они начинают самопроизвольно откручиваться, вследствие чего возникает такой же «стук коленвала». Но, в отличие от износного, этот стук возникает неожиданно, быстро прогрессирует и заметен на всех оборотах двигателя. Если поочередно выкручивать свечи, каждый раз запуская двигатель, то по отсутствию стука можно определить, шатун какого цилиндра неисправен. Однако такая любознательность не имеет большого смысла, так как мотор все равно уже требует ремонта. Причем срочного.
Тютелька в тютельку
В большинстве двигателей крышки шатунов имеют специальные фиксирующие приспособления, препятствующие боковому смещению. Если стык крышки с шатуном плоский, то их роль могут играть штифты или втулочки вокруг болтов. Стык также может быть ступенчатый или шлицевой, как, например, на всех дизелях Iveco. В последнее время все чаще используется так называемый разорванный стык. Его часто применяют, например, BMW, Mercedes, GM, Ford. Обычные шатуны отлиты из низкоуглеродистой стали или ковкого чугуна. Шатуны с разорванным стыком изготовлены из специальных, более твердых и хрупких марок чугуна. Их отливают заодно с нижней крышкой, затем в месте будущего стыка изнутри протачивают небольшую канавку и сверлят отверстия под болты. После этого нижнюю крышку отрывают от тела шатуна, при этом разлом проходит как раз по намеченной канавке. Соответственно, поверхности стыка получаются разные у всех шатунов, что удобно при сборке мотора после ремонта, так как невозможно не только перепутать крышки между шатунами, но и перевернуть крышку на одном шатуне. В остальном же такие шатуны причиняют ремонтнику одну головную боль из-за более низкой ремонтопригодности. Более хрупкий материал шатуна почти не позволяет его править, а уникальность каждого стыка не позволяет «осадить» крышку на специальном шлифовальном станке для последующего устранения эллипсности. Правда, эллипсность на таких шатунах возникает немного реже, чем на обычных, но уж если она возникла, то путь им только на свалку.

Допрос с пристрастием
При капитальном ремонте двигателя необходимо проводить полную инструментальную дефектовку всех шатунов. «На глазок» шатун проверить невозможно. Большинство его неисправностей можно обнаружить только с помощью специального измерительного оборудования. Вот, например, три наиболее характерных дефекта.
- Износ верхней втулки шатуна. Выявить его можно только путем измерений с помощью нутромера. Традиционный органолептический способ - покачивание поршневого пальца во втулке - по результату сравним разве что с гаданием на кофейной гуще.
- Изгиб и скручивание стержня шатуна. Эти дефекты выявляются только посредством измерений на специальном приспособлении типа прибора TN-111, выпускаемого фирмой Sunnen.
- Эллипсность постели вкладышей в основании шатуна. Тут поможет только нутромер.
Начнем с конца, то есть с проверки эллипсности, ибо это самый неприятный дефект. Для этого надо извлечь остатки вкладышей, мы снова прикручиваем на место крышку нижней головки????. Усилие затяжки гаек шатуна у разных моделей двигателей разное, но для измерения можно этим пренебречь и затянуть эти гайки с усилием 5 кг/м. Делать это придется часто, поэтому хорошо бы иметь под рукой специальные тиски для фиксации шатуна при затяжке гаек. И обязательно использовать динамометрический ключ, ни в коем случае не полагаясь на «чутье» работника.
Затем с помощью нутромера проверяем эллипсность, конусность и бочкообразность отверстий в головке и основании нижней головки шатуна. Надо помнить, что в основании или, как его иногда называют, нижней головке шатуна посадочное место под вкладыши всегда имеет допуски только в плюс (обычно +0,02 мм). При уменьшении разбитого отверстия под вкладыши неизбежно уменьшится расстояние между осями верхней и нижней головок шатуна. Для бензинового мотора допустимое уменьшение межосевого расстояния составляет 0,3 – 0,4 мм, а для дизелей всего 0,1 – 0,15 мм. Из-за этого слишком большую эллипсность отверстия под вкладыши уже нет смысла устранять, и такому шатуну путь один – на свалку. Возникает вопрос – какую именно эллипсность следует считать предельной? Как показывает практика фирмы «Иномотор», для правильной отбраковки шатуна в данном случае у него лучше измерять расстояние между замками крышки, то есть по малой оси эллипса. Если этот размер увеличен не более чем на 0,07 мм, то ремонт еще возможен, а при увеличении на 0,1 мм шатун пора выбрасывать. При промежуточных значениях этого размера имеет смысл попробовать переточить отверстие и, замеряя шатун в процессе работы, определить его дальнейшую судьбу.
После дефектовки нижней головки замерим нутромером износ во втулке верхней головки. Если с ней все в порядке, то можно приступать к проверке геометрии стержня. Для этого фиксируем шатун со вставленным поршневым пальцем в соответствующем приспособлении, например, в проверочном приборе типа Sunnen TN-111.
На этом приборе можно проверять геометрию стержня шатуна, базируясь не только по пальцу, но, если необходимо, и по поршню, уже надетому на шатун. Для этого предусмотрены специальные проставки. Допустимая кривизна шатуна на кручение и изгиб составляет 0,03 мм.
Согнуть, надавить, прессовать
Итак, мы обнаружили отклонения от нормы. Величина которых, однако, еще не совсем критична, и есть шанс привести этого «шатающегося» в порядок. Тогда переходим к решительным действиям. Для начала зажимаем нижнюю головку шатуна в обычные слесарные тиски и вручную слегка изгибаем шатун в нужную сторону. Затем снова проверяем геометрию, затем снова гнем… В конце концов, набегавшись туда–обратно, мы понимаем, что надо было с самого начала размещать тиски и проверочный прибор на одном столе. (Прибор Sunnen TN-111 весит больше 20 кг, несмотря на свои скромные размеры). Если шатун был сильно изогнут, например, после гидроудара, то после правки придется его сравнить с другими шатунами по межцентровым расстояниям и, возможно, отбраковать.
Теперь займемся головкой. Верхней. Если отверстие в ней изношено, то перед проверкой геометрии придется перепрессовать втулку поршневого пальца. Технологичнее всего для этого использовать небольшой гидравлический пресс. В «Иномоторе» применяют пресс Sunnen ВР-10 с большим набором самодельных проставок на все случаи жизни.
На моторах некоторых грузовиков верхняя головка шатуна имеет форму трапеции, поэтому для запрессовки втулки придется изготовить специальное приспособление. Поставляемые в запчасти втулки верхней головки шатуна практически всегда рассчитаны на последующее хонингование. Дело в том, что допуск на зазор между втулкой и поршневым пальцем очень мал. При диаметре пальца от 19 мм до 32 мм допуск составляет 0,008 – 0,014 мм для бензиновых двигателей, и 0,013 – 0,018 мм для дизелей. При диаметре пальца от 32 мм до 38 мм допуск составляет 0,018 – 0,025 мм. А конусность, эллипсность и бочкообразность отверстия во втулке не должны превышать 5 микрон! При прессовой посадке втулки в шатун изменение внутреннего диаметра может заметно превысить эти допуски, что делает обязательной последующую доработку отверстия. Эту операцию можно сделать только на специальном хонинговальном станке. Так, например, Sunnen выпускает «хонинговальный станок для восстановления отверстий LBB-1660», на котором можно обрабатывать и верхние, и нижние головки шатунов. Для малых отверстий используется только однобрусковая хонинговальная головка. Сначала отверстие хонингуется грубым бруском, оставляя неснятыми 0,05 мм, а затем дорабатывается мелкозернистым бруском. После замены и хонингования втулки мы окончательно проверяем геометрию стержня шатуна и, если надо, опять его подправляем.
Теперь займемся самым «интересным». И попытаемся восстановить цилиндричность отверстия в основании (нижней головке) шатуна. Для этого надо «осадить» крышку шатуна на столько, чтобы после расточки или хонингования отверстия попасть в его номинальный диаметр. Эту операцию можно делать на фрезерном или плоскошлифовальном станке, но быстрее и качественнее использовать более узкоспециализированный станок. Все тот же вездесущий Sunnen производит «станок для шлифовки поверхностей разъема шатунов, крышек шатунов и крышек подшипников постелей распредвала CRG-780». Осадив крышку шатуна на нужную высоту, мы ставим ее на место, притягивая с усилием в 5 кг/м. Восстановление отверстия в нижней головке шатуна можно делать как на расточном, так и на хонинговальном станке.. Эллипсность, конусность и бочкообразность полученного отверстия не должны превышать 0,005 мм.
В заключение остается напомнить, что при замене шатуна требования по его весу еще строже, чем при замене поршня. Допустимое отклонение веса на весь шатун составляет 4 – 6 г, а предельное отклонение веса нижней головки - всего 2 г. Подгонять этот вес надо на точных электронных весах. Как правило, на каждом шатуне есть места, и сверху и снизу, где можно снимать металл при подборе веса. Это можно делать на обычном точильном станке. Некоторые фирмы, например, VW, Renault, Peugeot, Lancia, на большинство своих моделей поставляют только комплекты шатунов. Шатуны, поставляемые поодиночке, обычно делятся на весовые группы, но и в этом случае их следует обязательно сравнить по весу с шатунами, оставляемыми на двигателе. Это особенно важно при ремонте отечественных моторов, запчасти к которым отличаются известным качеством.

 
Rambler's Top100