При выборе некоторых компонентов для тюнинга двигателя, к сожалению, нет однозначных критериев. Например, оценка конструкции шатунов относительно их способности выдерживать определенный уровень мощности мажет базироваться только на опыте.

текст: Алексей Романов фото: из разных источников

Степень ответственности

Было бы неверно приписывать большую или меньшую важность выбора параметров каких-либо деталей в недрах мотора при его доработке. От всех от них зависит как конфигурация двигателя, определяющая характер строящегося агрегата и его мощностной потенциал, так и способность выдерживать нагрузки без интенсивного износа и опасности поломки.

Шатуны из общего ряда выделяются тем, что это одна из самых простых деталей внутренностей мотора. А еще тем, что поломка шатуна может повлечь покупку практически полностью нового силового агрегата. Как во всем, что связано с проектированием автомобиля, при разработке и выборе шатунов приходится решать задачу с пара-метрами, часто входящими в противоречие друг с другом. Основные среди таковых — инерция, выраженная в силах, как функция от частоты вращения двигателя, геометрии кривошипа и массы шатуна в сборе, давление в цилиндре, зависящее от настройки мотора, подачи топлива и давления наддува. Различные настройки рабочего цикла требуют не одинаковых свойств конструкции шатунов. Следует учитывать при этом и область применения автомобиля. Чрезвычайные динамические нагрузки, вызванные работой трансмиссии, к примеру, при отрыве колеса от поверхности дороги или замыкании сцепления при не соответствии скорости вращения коленвала и вала КПП (а то и вращение последнего в противоположную сторону при переключениях на подъеме в гору).

Тюнинг двигателя - Шатуны

УХИЩРЕНИЯ ПРОИЗВОДИТЕЛЕЙ

Основные конструктивные нюансы применяемые изготовителями, направлены на снижение веса движущихся деталей недр мотора. Так конусность верхней головки, не уменьшая ее прочность, значительно снижает инерцию шатуна. На снижение веса рассчитаны углубления на упорной торцевой поверхности кривошипной головки. Конструкторы также идут на снижение габаритов последней. оставляя утолщения лишь в местах наибольшего напряжения — у поверхности контакта крышки и шатуна. Так же как и поршни. шатуны могут иметь покрытия, препятствующие прилипанию масла к их поверхности, ведь со временем масса накопившегося масляного нагара может стать существенной.

Тюнинг двигателя - Шатуны 4

В значительных по величине знакопеременных усилиях, действующих на шатун во время работы двигателя, велика инерционная составляющая. Инерция собственной массы, массы поршня в сборе с кольцами и поршневым пальцем работает на разрыв при прохождении поршня ВМТ и сжимает шатун, когда поршень проходит НМТ. Инерционная нагрузка при со направленности с ней сил, приходящих через поршень от действия на него газовой среды в цилиндре, увеличивает напряжение в материале шатуна. Это происходит в конце рабочего такта и такта выпуска, а также в начале тактов впуска и сжатия. В плоскости своего качания тело шатуна работает на изгиб от тех же инерционных нагрузок и результирующих сил от давления газов на поршень. Повышать прочность за счет прибавления толщины материала схоже с бегом по кругу, ведь инерционная составляющая напрямую за-висит от массы детали. Поэтому в подавляющем большинстве случаев конструкторы отдают предпочтение двутавровому сечению стержня шатуна как наиболее подходящему с точки зрения максимальной прочности при минимальном весе.

Тюнинг двигателя - Шатуны

Головки шатуна и шатунные болты

Конструкции головок немногим разнообразнее. И верхняя поршневая, и нижняя кривошипная шатунные головки, прежде всего, выполняют функцию корпусов подшипников.
Существуют, правда, два типа конструкции верхней головки шатуна, в которых не предусмотрен подшипник скольжения. Сегодня на серийных автомобилях получил  наибольше распространение плавающий поршневой палец, свободно перемещающийся в тонкостенной втулке, запрессованной в шатунную головку. Как правило, материалом  для втулок служит бронзовый сплав. Осевое смещение пальца во избежание повреждения зеркала цилиндра ограничивают стопорными кольцами. Плавающий палец необходимо смазывать, поэтому в поршневой головке выполняют специальные отверстия или прорези, куда попадает масло, подаваемое разбрызгиванием для смазки поршня. Часто для этой же цели служит масляный канал, просверленный в стержне шатуна. Для удешевления себестоимости производства серийных моторов поршневой палец может быть запрессован в отверстии шатуна. Плюсы при изготовлении — бронзовая втулка и подвод смазки к соединению становятся не нужными — оборачиваются очевидными недостатками в эксплуатации. Хоть отсутствие втулки и избавляет от ее проворачивания, но все-таки жестко закрепленный не вращающийся палец быстрее изнашивается.

Страдает и ремонтопригодность. В небольших предприятиях. занимающихся ремонтом моторов, может не оказаться необходимого оборудования и специалиста для установки пальцев внатяг. Крайне редко, в основном на двигателях спортивных машин, в подготовке которых сопоставимый с серийной продукцией ресурс не Служит ограничивающим фактором, применяли плавающий тип соединения поршневого пальца без втулки. O низкой себестоимости здесь говорить не приходится, поскольку этот вариант влечет за собой тщательное соблюдение состава материалов, работающих в паре трения и необходимости специальных покрытий на пальце.

ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ

Исходя из условий прочности материала, шатуны изготавливаются методом горячей штамповки из литых заготовок. для краткости этот процесс часто называют ковкой, что не меняет сути. Материал деталей, изготовленных ковкой, имеет наружный упрочненный слой. Именно поэтому поверхность шатунов серийных моторов не подвергают механической обработке. Обратная сторона медали — в припусках на штамповочные уклоны у не обработанного шатуна содержится лишний металл. Причем неравномерное распределение материала по припускам смещает центр масс, что многократно ускоряет износ двигателя при работе на высоких оборотах. Микронеровности на поверхности детали являются концентраторами напряжений. Поэтому шатуны, предназначенные для форсированных моторов, фрезеруют (и даже попируют) не только ради снижения веса, но и для повышения усталостной прочности материала. Следование по пути еще большего облегчения шатунов приводят технологов к замене традиционных стальных сплавов на алюминиевые и титановые. большой потенциал в этом направлении сулит замена питья на порошковую технологию.

Эффективность подобного решения была особенно заметна при популярном в 80-х годах форсировании силового агрегата путем повышения его оборотистости, а не увеличением момента. Такая конструкция позволяла значительно уменьшить размер верхней головки, что отражалось на снижении инерционных нагрузок на шатун. Последнее давало возможность даже отойти от двутаврового сечения стержня. Нижняя шатунная головка испытывает более высокие нагрузки в сравнении с верхней, ведь к инерции массы поршня, колец и пальца здесь прибавляется и масса само го шатуна. значительно возрастает нагрузка и вследствие геометрической погрешности в параллельности осей кривошипного подшипника и поршневого пальца. Во всех автомобильных двигателях кривошипная головка шатуна разъемная. В последнее время все большее распространение получает разъем, полученный не механической обработкой привалочных плоскостей. а разрывом заготовки.

Такой способ обеспечивает лучшую центровку вкладышей подшипника скольжения и позволяет отказаться от фиксирующих штифтов — установочных элементов, необходимых при крепеже крышки головки болтами без гаек. Болты и сами могут работать как установочный элемент, но только в конструкции крепежа болт-гайка. Но это дополнительная масса, с которой конструкторы ведут постоянную борьбу при проектировании всех компонентов автомобиля. Момент затяжки шатунных болтов оговорен производителем. Отклонение о нормы в обе стороны чревато обрывом крепежа. Причиной поломки не дотянутых болтов может стать недостаточная жесткость соединения при его самостоятельном отворачивании. У перетянутых — та же недостаточная жесткость кривошипной головки из-за вытягивания болтов. Вытягивание происходит и при соблюдении норм затяжки, по этой причине повторное использование часто оговаривается инструкцией. Когда речь идет о простом ремонте мотора, то достаточно проверить линейные размеры болтов, но в случае постройки форсированно-го двигателя лучше использовать новые.

Тюнинг двигателя - Шатуны

Стержень

В подавляющем большинстве стержни шатунов имеют двутавровое сечение. Исходя из показателей себестоимости производства, на серийных моторах применяют так называемые 1-образные шатуны. Иногда при заметном сужении стержня кверху, его классифицируют как А-образный. Полки двутавра, развернутые поперек плоскости вращения шатуна, работа-ют на изгиб, что в форсированном моторе может привести к тому, что поршень вследствие перекоса начнет задевать в области огневого пояса за стенки цилиндра. Это влечет за собой не только интенсивный износ, но и заметную потерю мощности. Полки Н-образного стержня, расположенные в плоскости вращения, работают на растяжение-сжатие. При прочих равных показателях Н-образный шатун жестче стандартного более чем в 2-З раза, но эффект от его применения проявляется при увеличении крутящего момента силового агрегата (например, от повышения давления наддува) только к 5000-6000 об/мин. Чрезмерная прочность выбранного шатуна приносит с собой не только лишний вес, но и аэродинамическое сопротивление. Последний параметр не так уж и незначителен, особенно если строящийся мотор планируется форсировать за счет увеличения оборотов коленчатого вала. Масляный туман ,мокрого» картера, да и воздух в .сухом» картере способны значительно увеличить энергозатраты на таких скоростях перемещения шатунов. Поэтому идеальная для надувного мотора Н-образная форма на высокооборотном атмосфернике с поршнями малой массы проигрывает шатунам с крестообразным стержнем, чье аэродинамическое сопротивление заметно ниже.

Проверка и подгонка

Разница в подходе к форсированному мотору несколько отличается от простого капитального ремонта. Последний может предполагать экономию на покупке новых деталей. В доработанном силовом агрегате лучше не применять восстановленные компоненты. При тюнинге двигателя не стоит и пренебрегать операциями дефектовки даже в случае покупки комплекта новых шатунов. Если опасность наличия трещин в материале при этом практически отсутствует, то проверка геометрии обязательна. Если при капитальном ремонте силового агрегата достаточно приобрести шатуны одной весовой группы, то форсировка обязывает во избежание вибраций подогнать шатуны не только по общей массе, но и по распределению ее по головкам. В случае эксплуатации аппарата на режимах максимальных оборотов, для лучшего натяга в посадке, отверстие под кривошипный подшипник целесообразно подобрать укладывающимся в нижний предел допуска, указанного производителем. А вот кардинальное изменение зазоров в подшипниках, пред-полагая, допустим, переход на масла более высокого класса, может привести к неудовлетворительной работе системы смазки.

Previous Рождение гиганта - тюнинг ателье VÄTH
Next Тюнинг ВАЗ-2121, который заслуживает Вашего внимания