Шатун двигателя
Шатун передает силу, создаваемую в цилиндре и действующую на поршень, на коленчатый вал через шатунную шейку (рисунок 7-18). Конец шатуна, соединенный с поршневым пальцем, называется малым концом, а конец, соединенный с шейкой коленчатого вала, — большим концом. И меньший, и большой конец имеют опорные поверхности. Таким образом, линейная сила, действующая на поршень и приводящая его к завершению хода, может быть преобразована от вращающейся шейки коленчатого вала во вращающую силу или крутящий момент. Шатун без малого концевого подшипника, используемый вместе с поршнем крейцкопфа, не имеет седла, а вместо этого имеет седло, непосредственно прикрепленное к поршневому пальцу; поэтому верхний подшипник представляет собой подшипник седла поршневого пальца. В большинстве коммерческих дизельных двигателей используются шатуны, состоящие из двух частей. Шатун обычно куют целиком, затем отделяют большую торцевую крышку, обрабатывают привалочную поверхность и закрепляют (прикручивают) для механической обработки.
Разъемный шатун
В течение многих лет технология разъемного шатуна использовалась в гоночных автомобилях, но теперь она стала обычным явлением и в дизельных двигателях. Некоторые производители дизельных двигателей называют это технологией разрушения шатуна. Большой конец разъемного шатуна обрабатывается целиком. После механической обработки большой конец шатуна расщепляется. В зависимости от используемого материала процесс разрушения может проводиться при комнатной температуре или же шатун может быть заморожен до минусовой температуры. Излом требует радиального отделения через большой конец шатуна. Это создает шероховатый-вид, но позволяет сформировать идеальную окончательную сопрягаемую поверхность между шатуном и крышкой шатуна. При правильной сборке разъемный шатун исключает необходимость выполнения процедуры проверки бокового зазора шатуна после сборки. Большинство производителей дизельных двигателей используют разъемные шатуны, по крайней мере, в некоторых своих двигателях (рис. 7-19).
Рисунок 7-19 Сопрягаемая поверхность треснувшего шатуна: A. Разложившееся состояние; Б. Собранное состояние.
Конструкция шатуна
Большинство шатунов имеют I-образное поперечное-сечение, но также используются-круглые поперечные сечения. Большинство шатунов имеют масляные каналы, просверленные от большого конца к меньшему концу, для передачи смазочного масла из шатунной шейки коленчатого вала к поршневому пальцу для смазки и охлаждения. Шатуны трапециевидной или клиновой-формы получили широкое распространение, поскольку они уменьшают изгибающее напряжение поршневого пальца за счет увеличения площади поперечного сечения нагрузки-, что идеально подходит для дизельных двигателей с высоким давлением в цилиндре. Шатуны клиновидной-формы имеют небольшой клиновидный-конец. Шатуны воспринимают два вида нагрузок: сжимающую и растягивающую. Шатуны, показанные на рисунках 7-20, 7-21 и 7-22, имеют маленькие клиновидные концы. Из-за тяжелых условий эксплуатации, которые переносят шатуны, они обладают сложными свойствами металла. Они должны иметь определенную эластичность, быть легкими и способны воспринимать сжимающие и растягивающие нагрузки поршня.
Рисунок 7-20 Разборка втулки поршневого пальца.
Сжимающая нагрузка
Во время такта сжатия и рабочего хода цикла шатун подвергается сжимающей нагрузке. Другой способ сказать, что это «сжатие». Зная давление в цилиндре и значения площади поперечного-сечения поршня, можно рассчитать степень сжимающей нагрузки на шатун. Шатуны коммерческих дизелей редко выходят из строя из-за перегрузки при сжатии. Когда это происходит, обычно это происходит одновременно с другими неисправностями (например, гидравлической блокировкой). Гидравлическая блокировка обычно является результатом выхода из строя прокладки головки блока цилиндров, что приводит к утечке охлаждающей жидкости в цилиндр.
Растягивающая нагрузка
Растягивающая нагрузка – это растягивающая сила. В конце каждого хода поршень фактически останавливается в верхней мертвой точке (ВМТ) или нижней мертвой точке (НМТ) цилиндра. Когда двигатель работает со скоростью 2000 об/мин, это реверсирование движения происходит почти 70 раз в секунду в каждом шатуне. Чем больше масса поршневого узла, тем больше сила инерции, а следовательно, увеличивается и растягивающее напряжение на шатуне и шатунной шейке кривошипа. В двигателях, использующих тяжелые шарнирно-поршневые узлы, это напряжение может быть чрезвычайно сильным. Растягивающая нагрузка на шатун увеличивается с увеличением частоты вращения двигателя и, как следствие, скорости поршня. Когда двигатель работает на чрезмерных оборотах, повышенная растягивающая нагрузка на шатун может привести к его разрушению.
Смещенная шапка на голову
Многие производители смещают сопрягаемые поверхности двух половин большой головки (от горизонтального направления). Это гарантирует, что шатунным болтам не придется нести всю растягивающую нагрузку шатуна. Шатун, показанный в креплении шатуна на Рисунке 7-20, имеет смещенную головку.
Технический совет
Один из способов проверить, слегка ли погнут шатун, — снять головку блока цилиндров и проверить высоту каждого поршня в цилиндре в положении верхней мертвой точки. Если шатун сильно погнут, двигатель не сможет вращаться.
Проверка шатуна
1. Как показано на Рисунке 7-20, с помощью пресса снимите втулку подшипника, затем установите крышку головки и затяните ее в соответствии со спецификациями.
2. Используйте штангенциркуль или удлинитель, соответствующий микрометру внешнего диаметра, для измерения большого и малого отверстий головки. Соосность большой головки имеет решающее значение, а сила растяжения является результатом нагрузки на шатун.
3. Прямолинейность и скручивание шатуна следует проверять с помощью механического прибора для проверки шатуна (рис. 7-21) или электронного прибора для измерения шатуна.
Рисунок 7-21 Прибор для проверки шатуна/приспособление для шатуна.
4. Продуйте сжатым мастерским воздухом масляные каналы в отверстиях шатунов. При необходимости используйте для чистки нейлоновые-щеточки для лески.
5. Наконец, проведите электромагнитно-магнитную дефектоскопию шатуна на наличие трещин. Этот процесс включает использование электромагнитного утюга для намагничивания шатуна, а затем нанесение мелкодисперсного магнитного порошка (сухой метод или метод суспензии в растворе). Трещины прервут магнитное поле, и магнитный порошок сконцентрируется на дефекте. Когда магнитный порошок суспендируется в растворе, он покрывается белым пигментом, поэтому небольшие трещины можно наблюдать в черном свете (ультрафиолетовом свете). Любой компонент, прошедший магнитопорошковую дефектоскопию, должен быть размагничен перед повторным использованием.
6. При замене втулки малого конца шатуна вновь установленной втулке необходимо подобрать размер и форму с помощью развертки экструзионного- типа, как показано на Рисунке 7-22.
Рисунок 7-22. Формирующая втулка поршневого пальца компрессионного типа.
При обращении с шатунами необходимо соблюдать особую осторожность. При установке шатуна на поршень используйте тиски с медными губками и слегка прижимайте их. Небольшие вмятины и царапины на шатуне могут создавать точки концентрации напряжений, что потенциально может привести к разрушению. Большинство производителей дизельных двигателей рекомендуют проводить электромагнитно-порошковую проверку каждый раз, когда шатун снимается с двигателя. По сравнению с потенциальным ущербом, вызванным выходом из строя шатуна, стоимость магнитопорошковой проверки незначительна. Выход из строя шатуна при работающем двигателе обычно приводит к тому, что шатун рассыпается и пробивает отливку блока цилиндров. Производители рекомендуют заменять шатуны, не прошедшие проверку. При ремонте двигателя помните, что удаление материала с шатуна приведет к изменению его веса, тем самым изменяя динамический баланс двигателя. На Рисунке 7-23 показана процедура измерения большого отверстия в головке шатуна с помощью микрометра.
Рисунок 7-23 Измерение большого отверстия головки шатуна с помощью микрометра.
Замените шатун
В связи с тем, что ремонт шатунов не является распространенным явлением в современном ремонте дизельных двигателей, шатуны следует проверять в соответствии с процедурами, указанными изготовителем. Если они признаны неквалифицированными, их следует заменить. При замене шатуна подбор веса следует проводить согласно инструкции по техническому обслуживанию завода-изготовителя. Поскольку большинство грузовиков и автобусов с дизельными двигателями имеют относительно более низкие скорости по сравнению с бензиновыми двигателями, некоторые производители допускают некоторую гибкость в этом отношении. Однако замена шатуна на шатун другого-массы (большего или меньшего размера) может привести к дисбалансу двигателя. Производители обычно кодируют шатуны по весу; обычно для каждой весовой категории существует окно около 1,4 унции (40 граммов). При замене неисправных шатунов обязательно соблюдайте весовой код.
Большинство производителей требуют замены креплений крышек шатунов при каждой повторной сборке двигателя. Кроме того, при замене следует использовать крепеж соответствующего производителя, а не болты -соответствующего класса SAE. Учитывая последствия выхода из строя крепления крышки шатуна, деформация и растяжение резьбы делают риск повторного использования этих болтов очень высоким. Фактическая частота отказов очень низкая, но помните, что последствия выхода из строя шатуна серьезны. Если вы выполняете эту работу для клиента, рекомендуется заменить крепеж, а решение о повторном использовании крепежа оставить на усмотрение клиента. Если вы любите рисковать, то в случае смещения большой головки более выгодно повторное использование крепежных деталей.
Шатунные подшипники
Большинство производителей двигателей используют цельные-втулки, запрессованные в малый конец шатуна, для малого конца шатуна и двух- пластины подшипника скольжения для большого конца шатуна. Подшипники шатуна с малой головкой следует снимать с помощью подходящей оправки или пробойника (см. Рисунок 7-20) и пресса или гидравлического пресса. Не рекомендуется использовать молоток и любой пробойник, размер которого не соответствует размерам малого торцевого отверстия шатуна, так как вероятность повреждения очень велика. Новые цельные-втулки следует устанавливать с помощью пресса и оправки, чтобы обеспечить правильное выравнивание масляных отверстий, а затем подогнать их по размеру с помощью развертки или хонинговального инструмента, как показано на Рисунке 7-22. При установке отдельных крупных подшипников следует также обратить внимание на положение смазочных отверстий и измерение зазора между шатунной шейкой и подшипником. Как пластины подшипников, так и втулки малых головок шатуна следует устанавливать в чистые и сухие отверстия: очистив подшипники растворителем, удалив защитное покрытие упаковки, а затем высушив их сжатым воздухом.
Технический совет
После затяжки крышки шатуна на шатун заданным моментом следует проверить боковой зазор шатуна. Заклинивание крышки шатуна и сопряжения шатуна может привести к заклиниванию двигателя и повреждению коленчатого вала, поцарапав шатун. В тех случаях, когда шатун трескается, эта проверка не требуется, поскольку можно предположить, что крышка шатуна и сам шатун идеально сопрягаются. При перемещении узла шатуна вперед и назад по шейке должен раздаваться щелчок, указывающий на боковой зазор.
Разобрать и установить поршень
Под поршневым узлом обычно понимают собранный поршень, поршневые кольца и шатун. Иногда его называют поршневым пакетом. некоторые производители включают гильзу цилиндра в свое определение поршневого пакета. Большинство коммерческих дизельных двигателей для дорожного использования сконструированы так, чтобы при необходимости можно было проводить капитальный ремонт в кабине: это означает, что поршневой узел можно снять с двигателя, не снимая коленчатый вал. В некоторых двигателях размер головки шатуна не позволяет снять ее с гильзы цилиндра; в этом случае поршневой пакет и гильзу цилиндра необходимо снимать как единое целое. Прежде чем снимать поршень, обязательно ознакомьтесь с сервисной литературой производителя. Обратите внимание, что в некоторых внедорожных дизельных двигателях поршневой узел нельзя снять сверху, а это означает, что капитальный ремонт в положении кабины невозможен. При установке поршневого пакета в отверстие цилиндра двигателя используйте соответствующий приспособление для сжатия поршневых колец.