Шатун двигателя фото: Шатун поршня: конструкция, причины неисправности, ремонт

Содержание

Шатун двигателя и какие шатуны бывают.

Приветствую всех гостей моего сайта. Многие наверное заметили, что у меня уже есть достаточное количество статей про разные поршни, от простых до керамических. Но внезапно спохватившись, я осознал, что у меня на сайте нет ни одной статьи, про не менее важную и нагруженную деталь любого двигателя внутреннего сгорания — шатун. В ДВС эта деталь испытывает такие же нагрузки как и поршень, и даже больше. А важность качественного изготовления шатуна, ещё более значима, так как в нём находятся два подшипника, скольжения или качения, а сил, воздействующих на шатун, даже больше чем у поршня. В этой статье я попытаюсь рассказать всё, ну или почти всё о шатуне, рассказать какие они бывают, и т. д. и т. п.

Основная задача детали двигателя, называемой шатун, это превращение поступательного движения поршня (вверх-вниз) во вращательное движение коленчатого вала. Верхняя головка шатуна соединена через стальной палец с поршнем, и воспринимает на себя давление газов сгорающей топливо-воздушной смеси. А нижняя головка шатуна передаёт давление газов на кривошипно-шатунный механизм коленвала и заставляет его крутиться. И при этих казалось бы простых движениях, шатун испытывает колосальные ,и в тоже время неравномерные (переменные) нагрузки.

К тому же в начале такта впуска и в конце такта сжатия, шатун тянет на себя и поршень и собственный вес, и всё это на больших оборотах, в итоге силы инерции пытаются его растянуть (разорвать). А на рабочем такте двигателя и такте выпуска, шатун наоборот сжимается от давления газов, давящих на поршень, и от сопротивляющегося коленчатого вала. То есть на больших оборотах, нагрузка на разрыв и нагрузка на сжатие, чередуются очень резко и быстро. Теперь я думаю вы представили, как и в каких условиях приходится работать этой детали.

Поэтому и требования о качестве изготовления шатуна, очень высоки. Ведь если он хоть немного не выдержит нагрузки и чуть деформируется, то поршневую группу тут же перекосит и начнёт прихватывать, а подшипники в его головках будут работать с перекосом, естественно перекос подшипников будет и при трении на шейках коленвала (и поршневого пальца тоже).

В таком случае, ресурс двигателя резко устремится к нулю, к тому же как известно, поршневая и коленвал — это самые дорогие детали двигателя.

Шатун и подшипники его головок двухтактного 50 кубового мотора

Значит ясно, чтобы шатун выдержал вышеперечисленные нагрузки, его необходимо изготовить из прочной и высококачественной стали. А к шатунам и к материалу их изготовления у спортивного двигателя (форсированного, с надувом), требования ещё более жёсткие. При изготовлении, заготовку штампуют, и очень тщательно следят за образованием соответствующего профиля, который придает конструктивную жесткость детали. Так же очень важна полная одинаковость (особенно по весу) изготовления шатунов для многоцилиндровых двигателей, ведь если будет расхождение по массе даже на пару граммов, то повышенная вибрация на высоких оборотах, будет очень ощутима и вредна. Неудобство от вибрации будет ощущаться как водителем, так и самим двигателем, в итоге разрушение коренных подшипников коленвала, может произойти за считанные километры.

Поэтому если вам придётся поменять один из нескольких шатунов вашего двигателя, настоятельно советую убедиться в том, что новый шатун весит точно столько же как и остальные шатуны.

Предостережение.

Многие «Кулибины», разобрав свой двигатель и увидев впервые шатуны, удивляются какой же он,, или они шероховатые. Тут же в их светлой голове возникает мысль: а не пригладить ли их наждаком или напильником. Всем настоятельно советую — не нужно, здесь народное творчество неуместно. И объясню почему: ведь при штамповке самым прочным получается верхний (наружный) слой металла, и именно поэтому все шатуны серийных двигателей не обрабатываются снаружи, после штамповки.

Шатуны мотоцикла Урал, вымирающая конструкция из-за плохой смазки подшипников и их малого ресурса. На фото Б — нормальный двутавровый шатун, а на фото В — шатун непрочной формы.

Ещё следует обратить внимание на центральную часть шатуна (стержень), которая имеет двутавровое сечение (исключение составляют шатуны некоторых моделей мотоциклов Урал). Многих «Кулибиных», у которых постоянно чешутся руки, так и подмывает пройтись по граням двутавра с болгаркой. Они обычно мыслят так: мол куда столько лишнего металла и веса, а вот если это дело удалить и этим облегчить шатун, то мотор закрутится веселее. Но ребятки, неужели вы умнее японских инженеров, которые годами только и думают, как заставить крутиться двигатель резвее и выжать из него максимальную мощность. Посмотрите на фото (специально помещённое мной внизу текста) шатунов с японских спортбайков, у которых мощи явно поболее чем у вашего оппозита. Почему то на них двутавровое сечение сохранено. А дело в том, что именно двутавровая форма придаёт шатуну максимальную жёсткость на кручение и на изгиб, особенно при передаче переменных усилий. Жаль что это не понимают многие народные умельцы и инженеры Ирбитского завода, на мотоциклах Урал, как я уже говорил стоят шатуны странной формы (см. фото) Но на некоторых моделях Уралов, стоят нормальные двутавровые шатуны. Наверное Ирбитский завод решил поэкспериментировать.

Только вот жаль, что результаты экспериментов отразятся на потребителе.  Завод в Киеве по изготовлению мотоциклов Днепр, в этом плане намного умнее, и шатуны их мотоциклов, практически не отличаются от шатунов импортных мотоциклов (см. предпоследнее фото внизу текста).

Правильная доработка шатуна

И всё же шатун можно доработать и облегчить, но делать это нужно правильно, особенно если вы при тюнинге двигателя параллельно облегчаете поршневую. Как известно облегчение деталей уменьшает силы инерционных нагрузок (особенно на больших оборотах). При облегчении деталей главное не переусердствовать, так как правильная технология облегчения веса, позволяет облегчить стержень шатуна всего на 10 — 15 %. Для этого шатун фрезеруют, а не пользуются обычной болгаркой, так как фрезерный станок (особенно с ЧПУ) позволяет снять лишний слой металла абсолютно одинаково с обеих сторон детали. После фрезеровки поверхность шатуна необходимо тщательно отшлифовать и затем отполировать. Полировка поверхности шатуна обязательна, так как после фрезерной обработки поверхности металла, у шатуна не остаётся упрочнённого верхнего слоя, а микронеровности, оставленные фрезой фрезерного станка, становятся концентратором напряжений на поверхности детали и их важно удалить (сгладить).

И если эти неровности не убрать, то при очень высоких оборотах, на шатуне в местах микронеровностей появятся трещины, и возможен обрыв шатуна.

Верхняя часть шатуна (головка).

На шатунах разных двигателей как верхняя часть, так и нижняя, может быть разной. Нагрузки при работе мотора, на верхнюю часть приходятся меньшие, чем на нижнюю (подшипник кривошипа), соответственно от этого и диаметр на верхней головке меньше, чем на нижней. А вообще существует три способа соединения поршневого пальца и верхней головки шатуна.

Самый древний способ, это запрессовка поршневого пальца в головку шатуна (а в поршне палец сидит на свободной посадке). И этот способ некоторыми мотоциклистами самодельщиками имеющими Урал, применяется и поныне, когда некоторые из них устанавливают поршни от древних автомобилей (например от классических жигулей). Некоторые преимущества такого сочленения деталей всё же есть, например полное отсутствие люфта между пальцем и шатуном, что позволяет свести диаметр головки к минимуму. От этого немного снижается (совсем чуть чуть) масса и естественно происходит некоторое (опять же чуть чуть) снижение инерционных сил.

И все эти небольшие достоинства снижаются куда более ощутимыми недостатками, а именно: поршневой палец не вращается в отверстии головки, а вращается в алюминиевых бобышках поршня. Это приводит к достаточно быстрому (по сравнению с другими способами соединения) однобокому износу бобышек поршня (получаются овальные, и в двигателе появляется неприятный стук). К тому же при сборке деталей таким способом, нужно иметь небольшие навыки термиста. То есть если не нагреть головку шатуна до 150 — 200 градусов (а палец желательно охладить в морозилке), то деталь не установишь. Так же нужно успеть выставить детали ровно (палец относительно поршня), и если не успеешь, то нагреваемый от соприкосновения с горячей деталью палец намертво обожмётся остывающей головкой, и палец так и останется стоять криво, относительно поршня. Короче нужны определённые навыки.

Второй способ соединения поршневого пальца и верхней головки шатуна, это плавающий палец (палец подвижен в отверстии головки).

При таком соединении, в верхнюю головку шатуна запрессовывается бронзовая втулка, и в сопряжении с поршневым пальцем, втулка представляет собой подшипник скольжения, а так же применяют ещё и подшипник качения — роликовый (чаще на двухтактных моторах). В таком способе необходимо ограничить осевое перемещение пальца, и для этого и предназначены стопорные кольца, которые защёлкиваются в проточках бобышек поршня. В таком сопряжении в верхней головке шатуна сверлят отверстие или два отверстия, для лучшего подвода смазки при работе. Ресурс деталей при соединении вторым способом, увеличивается примерно в два раза.

Как я уже говорил, применяют или подшипник скольжения — втулку, или подшипник качения — сепаратор с роликами. В верхней головке шатуна четырёхтактных двигателей, применяют втулку (бронзовую). И при нормальной смазке четырёхтакников, она способна пережить несколько капитальных ремонтов двигателя. В головках шатуна двухтактных двигателей, по крайней мере современных, используют игольчатый (роликовый) подшипник качения, и это естественно, так как условия смазки этого сопряжения, в двухтактных моторах значительно хуже, так как здесь не подаётся чистое масло, а топливно-воздушно-масляная смесь.

И замечу, что подшипник качения, не отличается долговечностью в режиме работы тяни-толкай (а шатун имеет именно такой режим работы), и довольно быстро изнашивается и начинает стучать (вспомните новые 12 вольтовые Явы, которые начинали стучать намного раньше, чем их более древние 6 вольтовые модели, в которых устанавливалась бронзовая втулка в головке шатуна).

Время бежит, моторы совершенствовались в повышении мощности, и казалось бы, что в сочленении пальца и головки шатуна уже ничего не придумаешь получше и совершеннее. Но неугомонная инженерная мысль не давала уснуть многим инженерам и изобретателям. Но сначала на спортивных моторах, а затем и на серийных, отказались от втулки в головке шатуна. И вот уже лет 25, как на импортных моторах в шатунах втулки нет вообще. Стальной  поршневой палец ходит (плавает) непосредственно в отверстии стального шатуна. И в условиях современной смазочной системы, и качественного синтетического масла, такое сопряжение деталей работает великолепно.

Такое сопряжение позволило значительно уменьшить головку шатуна, и свести зазор между пальцем и отверстием головки к минимуму.

Естественно все эти приколы даются не просто так: сам шатун изготовлен из сверхтвёрдой, сверхпрочной и от этого очень износостойкой стали, а палец покрывается специальным износостойким покрытием. Естественно такие шатуны и пальцы значительно дороже обычных.

Нижняя часть шатуна (кривошипная нижняя головка).

Здесь так же различия зависят от тактов мотора. В кривошипно-шатунном механизме двухтактного двигателя устанавливают роликовый подшипник качения. Он по конструкции почти такой же как и в верхней головке шатуна, но естественно значительно мощнее и массивнее. И нижняя головка любого шатуна, испытывает нагрузки намного большие чем поршневая группа двигателя. Кстати на древних моторах (например БМВ и Цюндапп вермахта, К-750, М-72, или мотоциклов Урал) в нижней головке шатуна также устанавливали подшипник качения, и ресурс коленвала таких моторов очень маленький — всего 15 тысяч км.

В современных четырёхтактных двигателях (например у японских или европейских спортбайков, или продвинутых дорожников, и практически во всех автомобильных двигателях) нижняя головка шатуна разъёмная, и с шейкой коленчатого вала контактирует через подшипники скольжения — вкладыши. Основа вкладышей стальная, а сверху нанесён мягкий антифрикционный слой.

Г — шатун Днепра, Д и Е — шатуны зарубежных мотоциклов.

На шатуне с вкладышами имеются специальные шатунные болты, которые обеспечивают жёсткость и точность фиксации частей (половинок) нижней головки шатуна. Эти болты изготавливают из прочной высоколегированной стали и к тому же ещё и подвергаются термообработке (закаливаются и отпускаются). Это важно, так как болт из обычного металла, при работе шатуна вытянулся бы, и отверстие нижней головки шатуна потеряло бы форму идеального круга (стало бы овальным). А в овальном отверстии сразу бы появился стук, и ударные нагрузки быстро бы доканали сопряжение. Так же шатунные болты выполняют функцию точных фиксаторов шатунной крышки относительно самого шатуна, из-за того, что диаметр шатунных болтов выдерживается при изготовлении очень точно (да и сами болты плотно входят в свои отверстия). Гайки шатунных болтов изготавливают из той же прочной стали, что и болты, и имеют особую самоконтрящую их площадку. Но бывают гайки с отверстием для шплинта, который надёжно страхует их от отворачивания. Гайки с отверстиями бывают на некоторых европейских моторах и на нашем хорошо знакомом двигателе мотоцикла Днепр. Кстати, как я уже отмечал, шатуны Днепра, почти такие же как и шатуны импортных мотоциклов (см. фото), только в них стоит всё та же бронзовая втулка, а гайки шатунных болтов стоят вверху, а не внизу.

Хочу отметить, что очень важно чтобы вкладыши прилегали к постелям в шатуне очень плотно и без зазоров, ведь чем плотнее прилегают вкладыши к металлу шатуна, тем интенсивнее отводится тепло от него (тепло отводится через плёнку масла и коленчатый вал). От этого зависит нормальная температура при работе и долговечность подшипника скольжения. И если обнаружите при вскрытии двигателя и замерах, что овальность отверстий превышает 0,05 мм, то такие вкладыши необходимо менять (подробнее о ремонте двигателя можно почитать вот здесь).

Ну и естественно нельзя переворачивать или менять местами крышки нижних головок шатунов. Ведь отверстия под вкладыши обрабатывают на заводе по отдельности на каждом шатуне (обрабатывают пару — шатун с крышкой), в итоге каждый шатун только со своей крышкой имеет идеальный круг. А при замене крышки этот круг естественно нарушается. Чтобы ремонтники не ошибались, на шатуне и его крышке ставят клеймо или метки (если вдруг их не найдёте на деталях, то ставьте свои). Оба клейма (и на крышке и на шатуне) при сборке должны оказаться на одной стороне шатуна и иметь одинаковую маркировку.

И последнее: при ремонте двигателя советую проверять шатуны (особенно отечественные) на прямолинейность и параллельность верхней и нижней головок шатуна, это очень важно для нормальной работы мотора. Как это сделать можно посмотреть в этой статье.

Вот вроде бы и всё самое главное о шатуне, что как я думаю полезно знать каждому ремонтнику и не только ему. У кого возникнут вопросы, пишите. Удачи всем!

 

Продукты в двигателе · Motorservice

Шатуны

Шатуны соединяют коленчатый вал с поршнями и таким образом передают силы действия газов и силы инерции на шатунные шейки коленчатого вала.  

Шатуны изготавливаются из стали путем ковки, причем в зависимости от нагрузки используется либо легированная, либо закаленная сталь.

Фрезерованные или отшлифованные поверхности разъемного соединения

Одним из проверенных способов изготовления крышек шатунов является разделение или распиливание. При этом нижнюю головку шатуна распиливают, после чего поверхности разъема подвергают фрезерованию и, при необходимости, шлифованию. 

Если поверхности разъемного соединения плоские, крышки шатунов фиксируются установочными болтами или установочными штифтами. Если разъемные соединения имеют зубчатую поверхность, они не требуют дополнительной фиксации ввиду взаимного зацепления.

Прямой разъем — Косой разъем

Прямой и косой разъемы

При наличии очень крупных шатунных шеек, шатуны могут иметь косой разъем, который позволяет установить их в цилиндры, несмотря на большие размеры нижней головки. Во время монтажа шатунов с косым разъемом необходимо соблюдать их монтажное положение, особенно в рядных двигателях.

Поверхности излома

Ломаные шатуны сначала изготавливаются как монолитные узлы. Затем на них наносят насечки для разлома (металлокерамические шатуны) или лазерную насечку (стальные шатуны), после чего их целенаправленно ломают на две части (крекинг). При монтаже обе части снова соединяются болтами. Благодаря сложным поверхностям излома достигается оптимальная точность посадки. 

Ломаные шатуны имеют преимущества в отношении прочности, стоимости и точности изготовления. Стержни и крышки шатунов очень точно соединяются друг с другом и благодаря этому обеспечивают оптимальную передачу сил.

—> Полезная опорная поверхность

Параллельный шатун Трапециевидный шатун Ступенчатый шатун

Параллельные и трапециевидные шатуны

Тенденция повышения давления сгорания в современных двигателях приводит к увеличению нагрузок на отверстия под поршневые пальцы в верхних головках шатунов. Чтобы уменьшить массу подвижных шатунов и улучшить распределение сил за счет оптимальной площади опорной поверхности, всё чаще применяются трапециевидные и ступенчатые шатуны.

Дальнейшая информация

Строение

1 Маленькая головка шатуна
2 Втулка нижней головки шатуна (не показана на чертеже)
3 Отверстие для смазки
4 Расточенное отверстие под подшипник
5 Крышка подшипника
6 Шатунный болт
7 Большая головка шатуна

Двигатели. Рядный? V-образный? «Оппозит»? — ДРАЙВ

В начале XX века, когда конструкторская мысль бушевала вовсю, двигатель рабочим объёмом 10 л мог быть как одноцилиндровым, так, к примеру, и рядной «восьмёркой». Тогда никого особо не удивляли установленная на автомобиле рядная «шестёрка» объёмом 23 л или семицилиндровый звездообразный мотор с аэроплана…

Однако рост мощностей, оборотов и ожесточенная борьба за снижение себестоимости всё расставили по местам. Простейший одноцилиндровый мотор для автомобилестроителей остался в далёком прошлом. Средний объём цилиндра двигателя обычного автомобиля сейчас — от трёхсот до шестисот кубических сантиметров. Литровая мощность — от 35 л.с./л для безнаддувного дизеля до 100 л.с./л для форсированного бензинового «атмосферника». Для серийных двигателей это оптимум, выходить за рамки которого просто невыгодно.

Очень маленькие цилиндры часто встречаются на японских микролитражках: например, объём рядной «четвёрки» у Subaru R1 — всего 658 см³. Из «европейцев» отличился трёхцилиндровый дизельный Smart — 799 «кубиков». Есть цилиндры-напёрстки и у «корейцев»: трехцилиндровый Matiz — это 796 «кубиков», а четырёхцилиндровый — 995. «Четвёркой» объёмом 1086 см³ оснащаются Hyundai i10 и Kia Picanto. На другом полюсе — конечно же «американцы». Объём V-образной «восьмёрки» купе Chevrolet Corvette Z06 составляет 7011 см³. Хотя японцы, например, оснащали внедорожник Nissan Patrol предыдущего поколения рядной «шестёркой» TB48DE объёмом 4758 «кубиков».

Сегодня двигатель мощностью 100 л. с. в большинстве случаев окажется четырёхцилиндровым, у 200-сильного будет четыре, пять или шесть цилиндров, у 300-сильного — восемь… Но как эти цилиндры расположить? Иными словами — по какой схеме строить многоцилиндровый двигатель?

Простота хуже компактности

О чём болит голова у конструктора? Во-первых, о том, как упростить конструкцию двигателя, чтобы он был дешевле в производстве и легче в обслуживании. Самый простой двигатель — рядный (мы будем обозначать такие моторы индексами R2, R3, R4 и т. д.). Располагаем в ряд нужное количество цилиндров — получаем необходимый рабочий объём.

  • Двигатель R3 (А). Угол между кривошипами — 120°.
  • Добиться равномерности вспышек в двухцилиндровом двигателе (В) можно только при двухтактном цикле.
  • А такой мотор (C), например, стоит на «Оке». Поршни движутся синфазно.

Двух- и трёхцилиндровые двигатели встречаются на автомобилях нечасто, хотя мода на «двухгоршковые» моторчики набирает обороты. Тому способствуют продвинутые системы смесеобразования и применение турбонаддува (как, например, на 85-сильной двухцилиндровой турбоверсии хэтчбека Fiat 500). А вот рядная «четвёрка» попала в самый массовый диапазон рабочего объёма легковых автомобилей — от 1,0 до 2,4 л.

В современных четырёхтактных двухцилиндровых двигателях, вроде турбомотора Фиата 500, проблему вибраций отчасти решает балансирный вал.

Пятицилиндровые рядные моторы появились на серийных автомобилях сравнительно недавно — в середине 70-х годов. Первым был Mercedes-Benz со своими дизельными «пятёрками» — они появились в 1974 году (на модели 300D с кузовом W123). Через два года увидел свет пятицилиндровый двухлитровый бензиновый двигатель Audi. А в конце 80-х годов такие моторы сделали Volvo и FIAT.

Рядные «шестёрки», до недавнего времени столь популярные в Европе, нынче во мгновение ока стали вымирающим видом. А про рядную «восьмёрку» и говорить нечего — с ней практически распрощались еще в 30-х годах. Почему?

Ответ прост. С ростом числа цилиндров двигатель становится длиннее, и это создаёт массу неудобств при компоновке. Например, втиснуть поперёк моторного отсека переднеприводного автомобиля рядную «шестёрку» удавалось в считанных случаях — можно припомнить лишь английский Austin Maxi 2200 середины 60-х годов (тогда конструкторам пришлось спрятать коробку передач под двигателем) и Volvo S80 с суперкомпактной коробкой передач.

Два мотора R3, составленные друг за другом, дают великолепный результат — абсолютно уравновешенную рядную «шестёрку».

Как укоротить рядный мотор? Его можно «распилить» пополам, поставить две половинки рядом друг с другом и заставить работать на один коленвал. Такие моторы, у которых цилиндры расположены в виде латинской буквы V, вдвое короче рядных — наибольшее распространение получили двигатели с углом развала блока 60° и 90°. А V-образный мотор с углом развала блока 180°, в котором цилиндры расположены друг против друга, называют оппозитным (или «боксером» — обозначения В2, В4, В6 и т. д. происходят именно от слова boxer).

Такие моторы сложнее рядных — например, у них две головки цилиндров (каждая со своей прокладкой и коллекторами), больше распредвалов, сложнее схема их привода. А оппозитные двигатели ещё и занимают много места в ширину. Поэтому из компоновочных соображений они применяются довольно редко — производителей «боксеров» можно пересчитать по пальцам.

А как сделать V-образный двигатель еще компактнее? Одно из простых, на первый взгляд, решений — установить угол развала блока менее 60°. Действительно, такие моторы были, но редко — можно вспомнить, например, автомобили Lancia Fulvia 70-х годов с моторами V4, угол развала блока которых составлял 23°. Почему же этим не пользовались все? Дело в том, что перед конструктором двигателя всегда стоит ещё одна проблема — вибрации.

О силах и моментах

Вообще без вибраций поршневой двигатель внутреннего сгорания работать не может — так уж он устроен. Но бороться с ними нужно, и не только для повышения комфорта пассажиров. Сильные неуравновешенные вибрации могут вызвать разрушения деталей мотора — со всеми вылетающими и выпадающими оттуда последствиями…

Отчего возникают вибрации? Во-первых, в некоторых схемах двигателей вспышки в цилиндрах происходят неравномерно. Таких схем конструкторы по возможности избегают или стараются делать массивней маховик — это помогает сгладить пульсации крутящего момента. Во-вторых, при движении поршней вверх-вниз они то разгоняются, то замедляются, из-за чего возникают силы инерции — сродни тем силам, что заставляют пассажиров автомобиля кланяться при торможении или вдавливают их в спинки сидений при разгоне. В-третьих, шатун в двигателе движется вовсе не вверх-вниз, а совершает сложное движение. Да и возвратно-поступательное перемещение поршня от верхней мёртвой точки к нижней тоже нельзя описать простой синусоидой.

  • Силы инерции от двух масс, вращающихся на одном валу поодаль друг от друга, создают свободный момент.
  • В простейшем моторе есть свободные силы инерции, но нет моментов. Цилиндр-то один.

Поэтому среди сил инерции появляются составляющие с удвоенной, утроенной, учетверённой частотой вращения коленвала… Этими так называемыми силами инерции высших порядков, как правило, пренебрегают — они по сравнению с основной силой инерции (которой присвоили первый порядок) очень малы. Исключение составляют силы инерции второго порядка, с которыми приходится считаться. Плюс к этому, пары сил, приложенные на определённом расстоянии, образуют моменты — так происходит, когда в соседних цилиндрах силы инерции направлены в разные стороны.

Что сделать для того, чтобы уравновесить силы и моменты? Во-первых, можно выбрать схему мотора, в которой цилиндры и кривошипы коленчатого вала расположены таким образом, что силы и моменты взаимно уравновесят друг друга — всегда будут равны и направлены в противоположные стороны.

Яркий представитель вымершего племени автомобилей с рядной «восьмёркой» — модель 1930-х годов Alfa Romeo 8C.

А если ни одна из уравновешенных схем не подходит — например, из компоновочных соображений? Тогда можно попытаться по-другому расположить шейки коленвала и применить всякого рода противовесы, создающие силы и моменты, равные по величине, но противоположные по направлению основным уравновешиваемым силам. Иногда это можно сделать, разместив противовесы на коленчатом валу мотора. А иногда — на дополнительных валах, которые называют балансирными валами противовращения. Называются они так потому, что крутятся в другую сторону, нежели коленвал. Но это усложняет и удорожает двигатель.

Чтобы облегчить описание степени уравновешенности разных двигателей, мы подготовили сводную таблицу. Зелёным в ней выделены самоуравновешенные силы и моменты, а красным — свободные (те, что не уравновешены и вырываются на свободу — через опоры силового агрегата проходят на кузов автомобиля).

Степень уравновешенности (зелёная ячейка — уравновешенные силы или моменты, красная — свободные)
1 R2 R2* V2 B2 R3 R4 V4 B4 R5 VR5 R6 V6 VR6 B6 R8 V8 B8 V10 V12 B12
Силы инерции первого порядка
Силы инерции второго порядка
Центробежные силы**
Моменты от сил инерции первого порядка
Моменты от сил инерции второго порядка
Моменты от центробежных сил
* Поршни в противофазе.
** Уравновешиваются противовесами на коленчатом вале.

Что же получается? Из распространённых типов двигателей абсолютно уравновешенных всего два — это рядная и оппозитная «шестёрки». Теперь понимаете, почему BMW и Porsche так крепко держатся за такие моторы? Ну а о причинах, по которым от них отказываются остальные, мы уже упоминали. Теперь рассмотрим поподробнее остальные схемы.

Шестицилиндровый «оппозитник» водяного охлаждения Porsche. С левой и правой сторон блока в целях экономии стоят одинаковые головки, поэтому цепные приводы распредвалов пришлось устраивать и спереди, и сзади.

Уравновешенные и не очень

Из двухцилиндровых двигателей на автомобилях нынче применяется только один — двухцилиндровый рядный мотор с коленчатым валом, у которого кривошипы направлены в одну сторону (такой, например, стоял на отечественной «Оке»). Как видно, этот двигатель по степени уравновешенности похож на одноцилиндровый, поскольку оба поршня движутся вверх и вниз одновременно, в фазе. Для того чтобы уравновесить свободные силы инерции первого порядка, в моторе «Оки» слева и справа от коленвала применялись два вала с противовесами. А как же быть с силами второго порядка? Для того чтобы с ними справиться, пришлось бы добавить ещё два балансирных вала, что на двухцилиндровом моторе, изначально предназначенном для маленьких и дешёвых автомобилей, было бы совершенно неуместным.

Впрочем, это ещё ничего — много двухцилиндровых моторов выпускалось вообще без балансирных валов. Так было, например, на малышках Fiat 500 образца 1957 года. Да, вибрации были, их старались погасить подвеской силового агрегата… Но мотор зато получался простым и дешёвым! Дешевизна двухцилиндровых двигателей соблазняет разработчиков и сегодня: не зря же эту схему использовали создатели самого доступного автомобиля планеты, индийского хэтчбека Tata Nano.

Машин с оппозитной «двойкой» — по экономическим и компоновочным соображениям — было немного. Можно упомянуть, например, французский Citroen 2CV.

Двухцилиндровый двигатель, у которого кривошипы направлены в разные стороны (под углом 180°), можно встретить сегодня только на мотоциклах. Поскольку поршни в нём всегда движутся в противофазе, то он уравновешен лучше. Однако равномерного чередования вспышек в цилиндрах можно добиться только на двухтактных моторах — такие двигатели устанавливались на довоенные DKW и их прямых наследников, пластиковые гэдээровские Трабанты. По причине простоты и дешевизны никаких балансирных валов на них тоже не было, а с возникающими вибрациями просто мирились.

Автомобиль с двухцилиндровым V-образным мотором припоминается только один — отечественный НАМИ-1. А до наших дней этот тип двигателя дожил только на мотоциклах — вспомните американский Harley Davidson и его японских последователей с их V-образными «двойками» во всей хромированной красе. Такой мотор можно уравновесить практически полностью с помощью противовесов на коленчатом валу, но достичь равномерного чередования вспышек невозможно. Хорошо, что байкеры особого внимания на вибрации не обращают…

НАМИ-1 — прототип 1927 года.

Трёхцилиндровый двигатель уравновешен хуже, чем рядная «четвёрка», и поэтому производители трёхцилиндровых моторов — например, Subaru и Daihatsu — стараются оснащать их балансирными валами. В своё время опелевские двигателисты решили отказаться от балансирного вала, разрабатывая трёхцилиндровый мотор семейства Ecotec для Корсы второго поколения — в целях удешевления и уменьшения механических потерь. И трёхцилиндровая Corsa после дебюта в 1996-м была раскритикована немецкими автожурналистами: «По городу на переменных режимах ездить совершенно невозможно».

В самой популярной среди двигателистов рядной «четвёрке» остаётся свободной сила инерции второго порядка. Её можно уравновесить только балансирным валом, вращающимся с удвоенной скоростью. (Вы не забыли — сила инерции второго порядка действует с удвоенной частотой?) А для компенсации момента от балансирного вала придётся ставить ещё один, вращающийся в противоположную сторону. Дорого? Безусловно. Однако моторы с балансирными валами можно встретить на автомобилях Mitsubishi, Saab, Ford, Fiat и самых разных марок концерна Volkswagen.

Пример рядной «четвёрки» с балансирными валами — двухлитровый двигатель Audi. Валы располагаются по обе стороны от коленвала и с удвоенной скоростью вращаются в противоположные стороны. Здесь балансирные валы расположены снизу и соединены зубчатой передачей, а раньше (как, например, на приведённом на картинке внизу двигателе Saab 2.3) их располагали сверху и у каждого был свой шкив цепного привода.

Кстати, оппозитная «четвёрка» уравновешена лучше, чем рядная, — здесь есть только момент от сил инерции второго порядка, который стремится развернуть двигатель вокруг вертикальной оси. Однако и «оппозитник» воздушного охлаждения легендарного «Жука», и знаменитые «боксеры» Subaru обходились и обходятся без балансирных валов.

Subaru из компоновочных соображений предпочитает рядной «четвёрке» оппозитную. Что до вибраций, то силы инерции второго порядка у «боксера» уравновешены, но момент от них всё же остаётся свободным.

У рядных «пятёрок» с уравновешенностью дела обстоят не очень. Силы инерции компенсируются, но вот моменты от этих сил… Во время работы двигателя по блоку постоянно «пробегает» волна изгибающего момента, поэтому блок должен быть весьма жёстким. Однако и Mercedes-Benz, и Audi, и Volvo борются с вибрациями, дорабатывая подвеску силового агрегата или применяя специальные противовесы (как у наддувной «пятёрки» 2.5 TFSI на Audi TT RS). И только фиатовские мотористы применяли балансирный вал, который полностью уравновешивал все моменты.

  • На картинке FIAT JTD от хэтчбека Croma — потомок пятицилиндрового турбодизеля Fiat TD 125 объёмом 2387 см³, образованного путём добавления одного цилиндра к 1,9-литровой «четвёрке» TD 100. Балансирный вал — слева, в нижней части картера.
  • Под каким углом расположить кривошипы коленвала рядной «пятёрки»? 360° делим на пять… Правильно — 72°!

Кстати, практически все «пятёрки» образованы путём прибавления ещё одного цилиндра к четырёхцилиндровому двигателю — как кубики в конструкторе. Делают это для того, чтобы с минимальными производственными и конструкторскими затратами получить более мощные моторы. При этом всю начинку, включая поршни, шатуны, клапаны и т. д., можно взять от «четвёрки». Понадобятся иные блок и головка цилиндров и, само собой, коленчатый вал, кривошипы которого должны быть расположены под углом в 72°.

О шестицилиндровых моторах — мечте с точки зрения уравновешенности — мы уже упоминали. А вот в моторах V6, которые вытесняют рядные «шестёрки», ситуация с уравновешенностью такая же, как у «трёшки», то есть не ахти. Поэтому, например, балансирным валом в развале блока цилиндров был оснащён самый первый двигатель V6 фирмы Mercedes-Benz — заслуженный М112 с тремя клапанами на цилиндр. У трёхлитровой «шестёрки» концерна PSA вал находился в одной из головок блока. На других моторах того времени инженеры пытались не усложнять конструкцию и старались свести уровень вибраций к минимуму за счёт усовершенствованной подвески силового агрегата и хитроумного смещённого расположения шатунных шеек коленчатого вала (как, например, на Audi V6).

  • В моторе V6 с углом развала блока 90° сдвоенные кривошипы расположены под углом 120°. А в моторах с развалом 60° каждый шатун приходится устанавливать на своём кривошипе.
  • Для уравновешивания свободного момента от сил второго порядка мотору V6 90° необходим один балансирный вал (показан стрелкой). В двигателе Citroen 3.0 V6 он был установлен в одной из головок блока.

У новейших мерседесовских двигателей V6 угол развала блока сократился до 60°, в результате чего необходимость в балансирном вале отпала.

Добавим сюда ещё одно замечание — в моторах V6 с развалом в 90° не обеспечивается равномерное чередование вспышек в цилиндрах. Возникающая неравномерность хода может компенсироваться за счёт утяжелённого маховика, но лишь отчасти. Вот вам и ещё один источник вибраций…

Двигатели V8 с углом развала цилиндров в 90° и коленвалом, кривошипы которых располагаются в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, весьма неплохо уравновешены. В таком моторе можно обеспечить равномерное чередование вспышек, что тоже работает на плавность хода. Остаются неуравновешенными два момента, которые можно полностью утихомирить с помощью двух противовесов на коленчатом валу — на щеках крайних цилиндров. Понимаете, почему американцы раньше других прочувствовали всю прелесть V-образных моторов? Вибрации и тряски в своих автомобилях они очень не любят…

Двигатель V8: и развал блока, и угол между кривошипами — 90°.

Напоследок можно поговорить о схемах необычных. Сначала вспомнить о моторах V4. Таких было немного — европейский Ford образца 60-х годов (который стоял на автомобилях Ford Taunus, Capri и Saab 96) да чудо-двигатель отечественного «Запорожца». Здесь не обошлось без уравновешивающего вала для момента от сил инерции первого порядка. Впрочем, конструкторы вышеупомянутых автомобилей выбирали эту схему из условий компактности и отчасти экономии, а не за хорошую уравновешенность.

  • Ford и ЗАЗ выбрали экзотику: мотор V4, в котором и угол развала блока, и угол между кривошипами составляют 90°.
  • Угол развала цилиндров моторов V2 колеблется от 25° до 90°.

А что насчёт V-образных «десяток»? Как можно видеть, степень уравновешенности таких моторов точно такая же, как и у моторов R5. Впрочем, конструкторы прежних моторов Формулы-1 или монстров Dodge Viper и Dodge RAM, где стоят двигатели V10, о вибрациях думали далеко не в первую очередь.

Как жаль, что Viper и его коллосальный V10 — уже история.

Двигателями V10 отметилась целая череда знаковых машин: BMW M5, Audi S6 и S8, а также RS6 с наддувной «десяткой». Не говоря уже об автомобилях Lamborghini. Наконец, Lexus LFA тоже оснащается двигателем V10.

Ну а прочие схемы легко свести к предыдущим. Например, оппозитная «восьмёрка» (пример применения — гоночные болиды Porsche 917) — это две «четвёрки», работающие на один коленвал. А V-образный и оппозитный двенадцатицилиндровые двигатели можно свести к двум рядным «шестёркам».

VR6, VR5, W12…

Помните, мы упоминали о V-образных моторах с малым углом развала блока — как на Лянчах? Раньше таких схем избегали — уравновесить их сложнее, чем моторы с развалом в 60° или 90°, а выигрыш в компактности тогда ценили не так…

Но теперь ситуация изменилась. Во-первых, повсеместно применяются гидроопоры силового агрегата, которые значительно ослабляют вибрации. Во-вторых, пространство под капотом нынче на вес золота. Ведь кто раньше мог себе представить скромный хэтчбек с 2,8-литровым мотором? А теперь — пожалуйста! Всё началось с Фольксвагена Golf VR6 третьего поколения.

Знаменитый фольксвагеновский двигатель VR6, «V-образно-рядный» мотор (об этом и говорит обозначение VR), стал дальнейшим развитием V-образных двигателей с малым углом развала блока. Цилиндры этого мотора разведены на ещё меньший угол, чем на Лянчах, — всего на 15°. Угол настолько мал, что такой мотор называют ещё «смещённо-рядным». Гениальное решение — «шестёрка» 2.8 компактнее, чем обычный мотор V6, да ещё и имеет одну головку блока! Потом появился двигатель VR5 — это VR6, от которого «отрезали» один цилиндр. После этого мотористы концерна Volkswagen вообще словно с цепи сорвались.

Двигатель VR5 2.3 конструкторы Фольксвагена получили, отняв один цилиндр от мотора VR6. Угол развала компактного блока — 15°, все пять цилиндров укрыты одной головкой блока.

Они придумали суперкомпактный двигатель W12, который дебютировал в 1998 году на концепт-каре W12 Roadster. Это два двигателя VR6, установленные под углом 72° на одном коленвале. Но прежде в серию пошёл мотор W8, которым оснащалась топ-модель седана Passat. Там тоже два мотора VR6, от которых «отрезано» по два цилиндра и которые тоже объединены в одном блоке на одном коленвале. Когда-то в Вольфсбурге подумывали и о восемнадцатицилиндровом двигателе — но в итоге остановились на W16 с четырьмя турбокомпрессорами, который разгоняет Bugatti Veyron до 431 км/ч.

Супермотор W12, показанный на концепте имени себя, приводит в движение представительские модели фирм Audi, Volkswagen и Bentley. На фото хорошо видно шахматное расположение цилиндров пары блоков, объединённых в одной отливке под углом 72°. Длина 420-сильного мотора — всего 51 см, ширина — 70 см.

Почему же таких моторов не было раньше? Взгляните, к примеру, на коленвал двигателя W12 — такое технологу и в страшном сне не приснится! Создателям новых схем должен помогать компьютер. Чтобы просчитать все варианты угла развала блока, расположения шатунных шеек, порядка вспышек в цилиндрах и выбрать самый уравновешенный, без помощи вычислительных мощностей обойтись очень сложно.

Теория и практика

Как видно, при выборе схемы силового агрегата конструкторы ставят во главу угла вовсе не степень уравновешенности. Главное — это удачно вписать в моторный отсек такой двигатель, который будет обладать наилучшим соотношением массы, размеров и мощности. Потом, двигатели сейчас всё чаще строятся по модульному принципу. Говоря упрощённо, на одной поршневой группе можно построить любой мотор — и трёхцилиндровый, и W12. Вслед за Фольксвагеном на модульные конструкции переходит всё больше производителей. Новейшая линейка моторов Mercedes — тому отличное подтверждение.

А вибрации… Во-первых, следует различать теоретическую и действительную уравновешенность двигателя. Если коленчатый вал в сборе с маховиком не отбалансирован, а поршни и шатуны заметно отличаются по массе, то трясти будет даже рядную «шестёрку». А потом, действительная уравновешенность всегда значительно хуже теоретической — по причинам отклонения деталей от номинальных размеров и из-за деформации узлов под нагрузкой. Так что вибрации «прорываются» из двигателя наружу при любой схеме. Поэтому автомобильные инженеры и уделяют такое внимание подвеске силового агрегата. На самом деле конструкция и расположение опор двигателя — не менее важный фактор, чем степень уравновешенности самого мотора…

Материал адаптирован к публикации с разрешения ООО «Газета «Авторевю». Все права на перепечатку принадлежат Авторевю.

Изучаем странные двигатели, застрявшие на обочине прогресса — ДРАЙВ

Двигатели Ванкеля, Стирлинга, разного рода газотурбинные установки так и не стали автомобильным мейнстримом. Ряд известных компаний (от Мазды до GM, от Мерседеса до Volvo) работали над ними десятки лет, упорствовали маленькие фирмы и отдельные изобретатели. Увы, в конце концов выяснялось, что подводных камней в той или иной конструкции намного больше, чем казалось вначале. Но это не значит, что развитие альтернативных агрегатов невозможно. Энтузиасты перебирают идею за идеей, и мне как инженеру-двигателисту интересно поделиться с вами рядом экзотических схем.

Некоторые создатели перспективных двигателей решили, что комбинация из цилиндра, поршня, шатуна и коленвала отлично себя зарекомендовала более чем за столетие и, чтобы улучшить параметры ДВС, не надо изобретать её заново — достаточно лишь подправить кое-какие аспекты. Поэтому первый в нашем обзоре — мотор американской компании Scuderi Group, который имеет классические такты впуска, сжатия, рабочего хода и выпуска, но происходят они не в одном и том же цилиндре, а в разных. Так называемый холодный цилиндр отвечает за впуск и сжатие, а второй, горячий — за рабочий ход и выпуск.

В простейшем моторе Scuderi цилиндров два: поршень в холодном цилиндре отстаёт на 30 градусов поворота коленвала от собрата в горячем.

Пока в рабочем цилиндре идёт расширение газов, в холодном, компрессорном, — такт впуска. В рабочем — выпуск, в холодном — сжатие. В конце такта сжатия поршни приближаются к своим верхним мёртвым точкам, смесь через перепускной канал перебрасывается из холодного цилиндра в горячий и поджигается. Такой разделённый цикл (в принципе — тот же цикл Отто, пусть и модифицированный) американцы придумали в 2006 году, а в 2009-м построили опытный Scuderi Split Cycle Engine. У компрессорного и рабочего цилиндров могут быть разные диаметры и ходы поршней, что даёт гибко настраивать параметры — получается аналог цикла Миллера с дополнительным расширением газов.

Экспериментальный литровый мотор Scuderi на стенде работает плавно и относительно тихо — даже без глушителя!

По расчётам мотор Scuderi на 25% экономичнее обычного, а с турбонаддувом и теплообменником, передающим энергию выхлопных газов воздуху в перепускном канале, и того выше. В четырёхцилиндровом варианте один компрессорный цилиндр может загонять смесь в три рабочих.

Если к каналу между цилиндрами добавить ответвление с клапанами и баллоном высокого давления, можно заставить такой мотор собирать энергию при торможении и использовать её при разгоне (этот режим показан на последней минуте первого ролика). Однако на протяжении уже ряда лет деятельность компании Scuderi Group ограничивается лишь опытными образцами и участием в выставках. Похоже, реальная экономичность тут всё же не может перебить высокую сложность конструкции.

Двухтактный агрегат Paut Motor использует принцип, подобный применённому в моторах Scuderi Group, — сжатие и рабочий ход тут происходят в разных цилиндрах, между которыми устроены перепускные каналы.

К разделённому рабочему циклу обратились было и разработчики хорватской фирмы Paut Motor. Их «разнесённая» конструкция привлекла меньшим числом деталей, низким трением и сниженным шумом. А необходимость внешнего бака для системы смазки, вызванная тем, что в картере масла не предусмотрено, не испугала. Изобретатели построили несколько опытных образцов. Для рабочего объёма в семь литров их габариты (500×440×440 мм) и вес (135 кг) оказались чуть ли не вдвое ниже, чем у традиционных ДВС. А отдачу так и не выяснили. Последний прототип был собран в 2011 году, а затем проект заглох.

В агрегате Paut Motor — четыре рабочих камеры с поршнями диаметром 100 мм и четыре компрессионных (120 мм). Двухсторонние поршни передают усилия на коленвал, который, благодаря паре шестерён с внутренним зацеплением, совершает планетарное движение.

Двухтактный двигатель Bonner (по имени спонсора, фирмы Bonner Motor), изобретённый в 2006 году в США Вальтером Шмидом, устроен ещё сложнее. Как и в проекте Paut Motor, цилиндры тут расположены буквой X, а коленвал тоже совершает планетарное движение за счёт системы шестерён.

Ключевое отличие от схемы фирмы Paut Motor — роль рабочих поршней играют подвижные цилиндры, соединённые с коленвалом (показаны красным). А с внешней стороны их закрывают неподвижные поршни (отмечены серым).

За газораспределение в Боннере отвечают клапаны в донышках цилиндров и вращающиеся золотники в корпусе мотора. При этом внешние поршни могут немного смещаться под давлением масла, обеспечивая переменную степень сжатия. Запутанная схема! А всё — ради высокой мощности на единицу веса. В теории Bonner выглядит интересно, но на практике о нём уже давно нет никаких новостей — судя по всему, надежд он не оправдал.

Некий мистер Смоллбон получил американский патент на аксиальный мотор ещё в 1906 году. Но если бы такой агрегат был идеалом, через 110 лет все автомобили использовали бы его.

Другие изобретатели не меняли рабочие циклы ДВС, а сосредотачивались на расположении его частей. Таковы, например, аксиальные моторы, которым уже больше ста лет (один из ранних патентов — на рисунке выше). Все они отличаются деталями, но объединены общим принципом — цилиндры располагаются, как патроны в барабане револьвера, с соосным выходным валом. За преобразование возвратно-поступательных движений поршней во вращение вала отвечают разные системы вроде наклонённых к продольной оси двигателя штифтов, косых шайб и тому подобного.

По такому принципу сегодня работают некоторые компрессоры. Добавив продуманное газораспределение и зажигание, можно превратить подобный блок в мотор…

…такой, как американский Dina-Cam 1960-х с полувековыми корнями. Благодаря хорошему соотношению веса и мощности аксиальные агрегаты прочили на роль моторов для лёгких самолётов.

Разновидностью аксиальных агрегатов является новозеландский проект фирмы Duke Engines — пятицилиндровый четырёхтактник рабочим объёмом три литра. По сравнению с классическим ДВС того же литража этот был, по расчётам авторов, на 19% легче и на 36% компактнее. Ему сулили применение в самых разных областях, но мечты о завоевании целого мира остались мечтами.

Опытный образец мотора Duke был построен в 2012 году. Потом он мелькал на выставках, собирал призы, но вот уже несколько лет новостей о нём нет.

Ещё более сложный аксиальный пример — двигатель RadMax канадской фирмы Reg Technologies. Здесь вместо цилиндров в общем барабане с помощью тонких лопастей организована дюжина отсеков. В прорезях ротора установлены пластины, которые сдвигаются вдоль них по мере его вращения. С торцов полученные переменные объёмы ограничивают изогнутые поверхности: они задают траекторию движения лопастей и заведуют газообменом.

Основные части мотора RadMax. За один оборот вала тут происходит 24 полных рабочих цикла.

Схема RadMax позволяет создавать двигатели под разные виды топлива, хотя изначально изобретатели выбрали дизельное. В 2003 году был построен образец диаметром и длиной всего 152 мм. Он развивал 42 силы — в разы больше, чем схожий по габаритам ДВС. Позже фирма отчиталась о создании более крупных прототипов на 127 и 380 сил. Но, судя по релизам, вся её деятельность по-прежнему не выходит за рамки экспериментов.

Ещё один пример превосходства теории над практикой — тороидальный мотор Round Engine (или VGT Engine) уже исчезнувшей канадской компании VGT Technologies. Первые прототипы двигателя с тором переменной геометрии (отсюда и буквы VGT — Variable Geometry Toroidal Engine) инженеры испытывали ещё в 2005 году.

Авторы кругового двигателя избавились от возвратно-поступательных движений. Отсюда — радикальное снижение вибраций. Плюсом можно назвать минимальное число деталей и хорошую расчётную экономичность.

Тор здесь играет роль цилиндра, внутри которого вращается ротор с парой закреплённых на нём поршней. Необходимые для обеспечения рабочих тактов переменные объёмы образуются между поршнями с помощью тонкого распределительного диска с вырезом под поршни, который ремённым или иным приводом вращается поперёк тора. Этот диск ограничивает топливно-воздушную смесь в процессе сжатия и рабочего хода.

Система фирмы Garric Engines похожа на VGT, однако вместо поперечного распреддиска использовано шесть поворотных золотников.

В 2009 году свой тороидальный мотор, принципиально повторяющий канадский, разработали американцы Гарри Келли и Рик Айвас (видео выше). По их оценке, тор полуметрового диаметра обеспечивал бы 230 л.с. и около 1000 Н•м всего при 1050 об/мин. Но… На сайте их фирмы Garric Engines сейчас висит заглушка «Спасибо за интерес. В будущем страница может быть обновлена». Возможно, чуть лучшая судьба ждёт так называемый нутационный двигатель, придуманный американцем Леонардом Мейером в 2006 году — его хотя бы построили в нескольких экземплярах.

Главный принцип нутационного диска: в процессе работы он не вращается вокруг вала, а качается из стороны в сторону. Добавив перегородки, получаем отсеки, в которых газ может сжиматься и расширяться.

Нутация по-латински означает «кивать». Мейер сформировал четыре рабочие камеры переменного объёма между корпусом мотора и «кивающим» по сторонам диском, который играет роль поршня. Диск разрезан пополам вдоль своего диаметра и нанизан на Z-образный вал, с которого и снимается мощность. За газообмен отвечают каналы и клапаны в корпусе.

Рабочий диск показан в разрезе. Минимализму, уравновешенности и лёгкости нутационной конструкции позавидует даже двигатель Ванкеля.

Прототипы мотора Мейера построила компания Baker Engineering и родственная ей Kinetic BEI. С единственным диском диаметром 102 мм агрегат развивает семь сил, а с парой дисков по 203 мм — уже 120! Длина двухдискового двигателя — 500 мм, диаметр — 300, а рабочий объём — 3,8 л. На килограмм веса — 2,5−3 «лошади» против одной-двух у массовых атмосферных ДВС (из немассовых некоторые моторы Ferrari выдают больше трёх сил на килограмм, но при высоченных 9000 об/мин). Литровая мощность, правда, не впечатляет. Ныне Baker и Kinetic вроде как доводят проекты до ума, хотя особой активности на их сайтах не видно.

За один оборот вала в двухдисковом нутационном агрегате происходят те же четыре рабочих хода, что и в восьмицилиндровом поршневом «четырёхтактнике». На фото — одно- и двухдисковые рабочие прототипы. (Кстати, из двух дисков в принципе можно создать и машину с разделённым циклом, одному отдать сжатие смеси, другому рабочий ход.)

В 2010 году нутационный мотор попал в зону интереса исследовательского центра ВВС США. Гарри Смит, менеджер лаборатории, демонстрирует внутренности мотора и объясняет, что особую ценность конструкция представляет для лёгкой авиации.

Идея роторных агрегатов различного типа так часто привлекает новаторов, будто один лишь отход от знакомой схемы даёт существенное повышение характеристик. Так, Николай Школьник, выходец из СССР, давно перебравшийся в США, с сыном Александром разработал мотор, напоминающий двигатель Ванкеля, вывернутый наизнанку. Ротор арахисовой формы также вращается в треугольной камере, но в отличие от агрегата Ванкеля уплотнители закреплены не на поршне, а на стенках камеры.

В роторе LiquidPiston есть полость, играющая свою роль в газообмене. Процесс сгорания проходит при постоянном объёме, а затем идёт расширение — это один из факторов, повышающих КПД.

Для развития конструкции Школьники основали фирму LiquidPiston, которой заинтересовалось оборонное агентство DARPA — теперь оно софинансирует эксперименты в расчёте на перспективы работы «арахисовых» агрегатов в лёгких летательных аппаратах, включая беспилотники, и в переносных генераторах. Опытный моторчик рабочим объёмом 23 см³ обладает неплохим для таких габаритов КПД в 20%. Теперь авторы нацелены на дизельный прототип весом около 13 кг и мощностью 40 л.с. для установки на гибридный автомобиль. Его КПД якобы вырастет уже до 45%.

Первый образец мотора Школьников можно положить на ладонь. Он весит 1,8 кг и может заменить вдесятеро более тяжёлый поршневой ДВС карта (показан слева). Мощность всего 3 л.с., но классический двигатель такого размера был бы ещё слабее.

Последний рассмотренный нами мотор демонстрирует, что идея плоского агрегата (ротор ведь можно сделать очень узким) заманчива. Вместе с тем для её реализации сами роторы не так обязательны — достаточно «оквадратить» традиционный поршень и, соответственно, сделать прямоугольным на виде сверху цилиндр.

Этой странной разработке фирмы Pivotal Engineering уже несколько лет, в течение которых создан ряд образцов, приводивших в движение мотоциклы и самолёты. Авторы адресуют так называемый качающийся поршень в первую очередь авиации. Помимо высоких выходных характеристик по отношению к весу и габаритам, такой двухтактный агрегат отлично поддаётся форсировке за счёт прохождения сквозь неподвижную ось поршня (рисунок ниже) жидкостного канала охлаждения. С иной схемой такой трюк затруднителен.

Задумка компании Pivotal Engineering из Новой Зеландии представляет собой мотор с качающимися прямоугольными (в плане) поршнями. Один их край закреплён на неподвижной оси, второй — связан с шатуном. Справа — четырёхцилиндровый образец на 2,1 л.

За пределами нашего обзора осталось ещё много экзотических разработок вроде 12-роторного мотора Ванкеля, двигателя Найта или агрегатов со встречными поршнями, ДВС с изменяемой степенью сжатия или с пятью тактами (есть и такие!), а ещё роторно-лопастные агрегаты, в которых составные части ротора совершают движения, будто сходящиеся и расходящиеся лезвия ножниц.

Ещё пример чудачеств — H-образный двигатель, объединяющий в себе две рядные «пятёрки». Автор патента Луи Хернс полагает, что одну половину агрегата можно адаптировать под бензин, а другую — под метан и активировать их как врозь, так и вместе.

Даже беглый экскурс за пределы классических ДВС показал, сколь большое количество идей не находит массового воплощения. Роторы часто губит проблема износа уплотнений. Роторно-лопастные варианты вдобавок страдают от высоких знакопеременных нагрузок, разрушающих механизм связи лопастей и вала. Это только одна из причин, почему мы не встречаем такие «чудеса» на серийных автомобилях.

Вторая — в том, что и традиционные ДВС не стоят на месте. У последних бензиновых образцов с циклом Миллера термический КПД доходит до 40% даже без турбонаддува. Это много. У большинства бензиновых агрегатов — 20−30%. У дизелей — 30−40% (на крупных судах — до 50). А главное — глобальная альтернатива ДВС уже найдена. Это электромоторы и силовые установки на топливных элементах. Поэтому если изобретатели диковинок не решат все технические проблемы в самое ближайшее время, вырулить с обочины прогресса перед электричками они попросту не успеют.

Почему моторы автомобилей выходят из строя — журнал За рулем

Мотор автомобиля вообще-то штука прочная. Но иногда гибнет и он. Как, почему и как этого избежать? Давайте разбираться.

Любой мотор рассчитан на долгую и счастливую жизнь. Срок его службы определен в важном и четко обозначенном параметре, закладываемом еще при его проектировании, — сроке службы до списания, или полном ресурсе. Но, бывает, не доживает он до предписанного срока жизни, причем так, что дым из-под капота, шум и грохот. Иногда еще может помочь реанимация в виде капитального ремонта, но частенько — сразу в морг, то есть под замену.

Итак, рассмотрим наиболее часто встречающиеся случаи «внезапной смерти» моторов, но не для того, чтобы насладиться «страшилкой», а чтобы разобраться, почему такое могло случиться. И виноват ли сам мотор? Или первопричиной беды все-таки были мы сами?

СТРАШИЛКА №1: КОГДА ТЕПЛО НЕ ВО БЛАГО

Мотор — это тепловая машина. Чтобы она работала, в ней должно что-то выделять тепло. Топливо горит — значит, мотор греется, и это нормально, это штатный режим его работы. Но греть бесконечно нельзя, каждый металл, из которого изготовлены детали, имеет свой порог термостойкости. Если предельные температуры превышены, чудес может быть много. Страдают при этом в первую очередь поршни и клапаны.

Материалы по теме

Итак, откуда берется перегрев? И виноват ли в нем мотор? Причин перегрева может быть несколько. Во-первых, это авария системы охлаждения — порванный ремень привода помпы, разрушившаяся крыльчатка, малый уровень охлаждающей жидкости в системе охлаждения.

Во-вторых, к перегреву склонны старые двигатели, на рабочих полостях рубашки охлаждения которых накопились загрязнения и отложения. Особенно — если сэкономили на качественной охлаждающей жидкости или вообще долго покатались на воде.

В-третьих, перегрев двигателя вызывает некачественное, плохое и оттого медленно горящее топливо. Низкое октановое число и частая детонация в двигателе также могут быть причинами перегрева.

В-четвертых, к перегреву ведут сбитые регулировки двигателя — поздний угол опережения зажигания или впрыска, слишком бедная и слишком богатая смесь.

И, в-пятых, это некачественная «прокладка» между рулем и сиденьем, заставляющая мотор работать на несвойственных ему режимах. Особо мотору «нравится», когда обороты низкие, а педаль акселератора утоплена в пол! Ведь помпа при этом еле крутится, а нагрузка на мотор большая. Тепло, неспособное уйти в систему охлаждения, греет мотор, часто — чрезмерно.

И где тут видна вина самого мотора? Не виноватый он… Некоторые примеры того, что наблюдается в этом случае, — на картинках. Там же наши комментарии по причинам беды.

01 Перегрев двигателя_1_новый размер

02 Перегрев_2_новый размер

Автомобиль ехал-ехал и вдруг начал «тупить», терять динамику… Вскрытие показало — поршни задрало! Что произошло? Мотор в какой-то момент перегрели — почему, неизвестно. Но задиры на верхней части поршня обычно возникают тогда, когда слишком высоки температуры в камере сгорания. Это — либо пни корчевали автомобилем, либо угол опережения зажигания был слишком поздний, либо смесь слишком богатая. Такое может быть и при залегших кольцах, но тут они живы — не наш случай. Поршень при нагреве расширился больше, чем ему положено, а зазоры между ним и цилиндром и так очень малы. При перегреве они сомкнулись — пошел задир. Вердикт — либо водитель негуманный, либо механик в сервисе с кривыми ручками.

03 Выбитые канавки_новый размер

На «Ниве», откуда этот поршень, был пробит радиатор системы охлаждения. И было это в лесу. Водитель решил дотянуть до цивилизации — итог налицо. Опять перегрев, но тут пострадали межкольцевые перемычки поршня — их не просто выломало, а выплавило! Еще хорошо, что мотор остановили вовремя — не успел поршень заклинить. А то могло и шатун порвать, и блок повредить. Пока же — только замена поршней. Уффф.. Легко отделались!

На «Ниве», откуда этот поршень, был пробит радиатор системы охлаждения. И было это в лесу. Водитель решил дотянуть до цивилизации — итог налицо. Опять перегрев, но тут пострадали межкольцевые перемычки поршня — их не просто выломало, а выплавило! Еще хорошо, что мотор остановили вовремя — не успел поршень заклинить. А то могло и шатун порвать, и блок повредить. Пока же — только замена поршней. Уффф.. Легко отделались!

04 Трещина в поршне_новый размер

Типичное следствие перегрева поршня дизельного двигателя. Трещина на горловине камеры сгорания в поршне — ситуация нередкая, но перегрев двигателя вероятность такого диагноза лишь увеличивает. Здесь, скорее всего, хозяин свой «Транзит» совсем не жалел, с полным грузом по всяким горкам катался. Денег заработал — теперь и на ремонт хватить должно.

Типичное следствие перегрева поршня дизельного двигателя. Трещина на горловине камеры сгорания в поршне — ситуация нередкая, но перегрев двигателя вероятность такого диагноза лишь увеличивает. Здесь, скорее всего, хозяин свой «Транзит» совсем не жалел, с полным грузом по всяким горкам катался. Денег заработал — теперь и на ремонт хватить должно.

05 Боковой програр_новый размер

Достаточно редкий вариант дефекта — «боковой» прогар поршня. Происходит он тогда, когда замки поршневых колец выстраиваются в одну линию. Перегрев поршня будет гарантирован — ведь горячие газы с высокой скоростью по линии выстраивания замков будут перетекать из камеры сгорания в картер, выжигая все на своем пути. А бывает это тогда, когда при сборке мотора не выдерживали порядок и момент затяжки силовых болтов крепления головки цилиндров. Цилиндры при этом деформируются и овализируются. И снова — спасибо криворуким автомеханикам, угробившим мотор. Кстати, заменой поршневой тут не отделаешься — на цилиндрах обычно такие царапины в зоне прогара, что даже расточка не поможет. Либо гильзовать, либо выбрасывать.

Достаточно редкий вариант дефекта — «боковой» прогар поршня. Происходит он тогда, когда замки поршневых колец выстраиваются в одну линию. Перегрев поршня будет гарантирован — ведь горячие газы с высокой скоростью по линии выстраивания замков будут перетекать из камеры сгорания в картер, выжигая все на своем пути. А бывает это тогда, когда при сборке мотора не выдерживали порядок и момент затяжки силовых болтов крепления головки цилиндров. Цилиндры при этом деформируются и овализируются. И снова — спасибо криворуким автомеханикам, угробившим мотор. Кстати, заменой поршневой тут не отделаешься — на цилиндрах обычно такие царапины в зоне прогара, что даже расточка не поможет. Либо гильзовать, либо выбрасывать.

Как правильно установить поршни и шатуны

Большие и маленькие хитрости при монтаже поршней и шатунов в двигатель

Когда приходит время собирать двигатель, особенно V-образный, правильная взаимная установка поршней и шатунов, а также по отношению к блоку цилиндров и коленчатому валу, может поставить в тупик многих мотористов. Этой статьей мы постараемся им помочь.
Как правильно устанавливать поршни на шатуны?

Если вы собираете V-образной двигатель, то следует иметь в виду: если нижняя головка шатуна имеет с одной стороны более широкую фаску, то она должна быть обращена к галтели (закруглению) шатунной шейки коленчатого вала. 

Если же шатуны предназначены для использования с коленчатым валом, без четко выраженных галтелей, то они могут быть и без несимметричных фасок. Тогда ориентация шатуна может определяться по положению «замков» вкладышей: обращенных наружу блока или внутрь (в сторону распредвала – если он находится в развале блока цилиндров). 

К примеру, «замки» вкладышей SBC и BBC должны быть обращены наружу. У других вкладышей «замки» могут быть направлены внутрь. На работу собственно вкладышей расположение «замков» не оказывает никакого влияния. Надо лишь правильно ориентировать шатун.

Если же на нижней головке шатуна отсутствуют фаски с обеих сторон, то вкладыш должен быть смещен от галтели шатунной шейки, чтобы его край не попал на закругление.

Сквозные отверстия в верхней и нижней головках шатуна

Часто шатун имеет на нижней головке сквозное отверстие, которое нужно для смазки стенки цилиндра. Эти отверстия предназначены не для смазывания распределительного вала, как полагают некоторые. 

Бывает, что отверстие расположено только с одной стороны нижней головки шатуна. Подобные шатуны надо устанавливать так, чтобы отверстие в нижней головке было обращено в сторону распределительного вала (в сторону развала блока цилиндров).

Отверстие в верхней головке шатуна (будь оно сверху или под сбоку – углом) служит для смазки поршневого пальца. Поэтому его ориентация в двигателе роли не играет.

«Замки» шатунных вкладышей

«Замки» (фиксирующие выступы) на вкладышах и соответствующие пазы на нижней головке шатуна и его крышки нужны лишь для правильного позиционирования вкладышей. От «проворота» вкладышей они не спасают, поскольку вкладыши в своей «постели» фиксируются за счет натяга, возникающего при правильной затяжке крепежных болтов крышки нижней головки. 

«Правильные» вкладыши, при надлежащем монтаже, слегка выступают за линию разъема нижней головки. Поэтому, после затягивания болтов, они надежно фиксируются в «постели». 

В последнее время во многих двигателях используют «беззамковые» вкладыши (примером могут служить двигатели Chrysler 3.7L и 4.7L). За счет устранения операций по механической обработке пазов в шатуне и его крышке, а также «замков» на самих вкладышах снижаются затраты на их изготовление. При монтаже подобных вкладышей их надо ставить строго посередине нижней головки шатуна.

Рис. 1 Если в V-образном двигателе на одну шатунную шейку коленчатого вала монтируют два шатуна, то сторона нижней головки шатуна с более узкой фаской должна быть обращена к соседнему шатуну…

Рис. 2 … в этом случае бОльшая фаска на нижней головке шатуна оказывается обращенной в сторону галтели шатунной шейки коленчатого вала.

Рис. 3 Фиксирующий выступ («замок») на вкладыше и соответствующий ему паз в нижней головке шатуна нужны только для того, чтобы правильно установить вкладыши в шатуне. «Замки» никогда не удержат вкладыши от проворачивания в шатуне, если при сборке были допущены какие-либо нарушения. К примеру: болты нижней головки шатуна не затянуты как следует или отверстие в нижней головке потеряло свою форму.

Рис. 4 Вкладыши фиксируются в шатуне только за счет радиального усилия, которое возникает от натяга установленных вкладышей, когда крепежные болты нижней головки затянуты надлежащим моментом. Чтобы получить требуемый натяг вкладыш сделан чуть длиннее своего посадочного места. Поэтому, когда вы «от руки» установите вкладыш в «постель», он будет немного выступать над плоскостью разъема. Так и должно быть – ни в коем случае не надо подпиливать или подрезать края вкладышей!

Crush Height Each Half Bearing — выступание вкладышей над плоскостью разъема
Bearing — вкладыш
Cap — крышка нижней головки шатуна
Radial Pressure — радиальное усилие

Рис. 5 Измерять максимальный диаметр поршня надо в строго определенном месте, поскольку юбка поршня имеет «бочкообразный» профиль и результаты измерений, по высоте поршня, будут существенно различаться.

Рис. 6 Сквозное отверстие на боковой поверхности ВГШ (верхней головки шатуна) (верхнее фото) может указывать на прессовую посадку пальца в шатуне. На втором фото показан тот же самый шатун, но снаружи. А вот отверстие сверху ВГШ (третье фото) служит для улучшения смазки «плавающего» поршневого пальца.

Рис. 7 На днище поршня обычно есть специальные метки (например, изображена стрелка и надпись «FRONT» — как на фото) помогающие правильно сориентировать поршень при сборке двигателя.

Рис. 8 Если поршни предназначены для V-образного двигателя, то обычно с «изнанки» таких поршней ставят метку «L» — если их монтируют в левый ряд цилиндров или «R» — для правого ряда цилиндров.

Смещение шатуна

Существуют двигатели, у которых стержень шатуна смещен относительно верхней или нижней головок (если смотреть на шатун сбоку – «в профиль»). Подобные шатуны применяют в V-образных двигателях, у которых левый и правый ряды цилиндров стоят «со сдвигом», вперед и назад, относительно друг друга. В зависимости от конкретной модели двигателя, стержень шатуна может иметь смещение 2,5 мм или даже более. 

Если есть какие-то сомнения, то при монтаже обратите внимание, что верхняя головка шатуна центрируется по поршню – в бобышках под палец.

Нужно ли в двигателях с вращением против часовой стрелки устанавливать поршни в «обратную» сторону?

На двигателе с обратным вращением – когда коленвал вращается против часовой стрелки, если смотреть с передней части двигателя – шатуны обычно устанавливаются так же, как и в обычном моторе, коленвал которого вращается по часовой стрелке. То есть, бОльшая фаска нижней головки шатуна все равно будет обращена к галтели шатунной шейки.

Однако, если применяются поршни со смещенным поршневым пальцем, то в этом случае поршень должен быть установлен «назад» (развернут на 180 град) относительно его «стандартного» положения. Поршневой палец в подобном поршне смещен к нагруженной стороне юбки поршня. 

В двигателе с вращением по часовой стрелке нагруженная сторона цилиндра обращена к впускному коллектору на левом ряду цилиндров («водительской» стороне) и к выпускному коллектору на правом ряду цилиндров («пассажирской» стороне) стороне. 

В двигателе с обратным вращением давление на стенку цилиндра от поршня направлено в другую сторону: со стороны выхлопа – слева и со стороны впуска – справа. Если поршни симметричны (т. е. не имеют смещенного пальца), то их ориентация зависит только от цековок под клапанные тарелки на днище – они должны быть сориентированы в соответствии с положением клапанов.

Конструкция юбки поршня

Форма, площадь и масса юбки поршня играют важную роль в потерях на трение и стабилизации поршня при перекладке в верхней и нижней мертвых точках. Здесь мы покажем роль нагруженных и ненагруженных сторон поршня и разработку асимметричных юбок, предназначенных преимущественно для снижения веса. 

Левая и правая стороны поршня при работе двигателя нагружены по-разному. Поэтому конструкция юбки поршня играет важную роль в распределении воспринимаемых нагрузок – с точки зрения прочности и веса поршня. 

Юбка поршня должна выдерживать давление на стенку цилиндра при одновременном уменьшении трения. А ее площадь должна быть такой, чтобы быть прочной, обеспечивая при этом стабильность поршня, чтобы свести к минимуму «раскачивание» относительно оси пальца, когда поршень движется вверх-вниз. Причем нагруженная поверхность юбки испытывает наибольшую нагрузку на такте расширения. 

Если коленчатый вал вращается по часовой стрелке (глядя на двигатель спереди), то нагруженная поверхность юбки поршня обращена к впускному коллектору на левом ряду цилиндров («водительской» стороне) и к выпускному коллектору на правом ряду цилиндров («пассажирской» стороне). 

Менее нагруженная сторона юбки воспринимает усилие на такте сжатия. Эта разница в нагрузках обусловлена положением, углом между шатуном и поршнем, при его перемещении. 

За весь рабочий цикл разница в нагрузке на разные стороны юбки поршня различается в десять раз! Причем, нагрузка на юбку поршня может варьироваться в зависимости от хода поршня, длины шатуна и максимального давления в цилиндре.

Поэтому асимметричные поршни должны быть специальными – для левого и правого ряда цилиндров. На днище поршня в таком случае наносятся стрелки или иные метки, указывающие на переднюю часть двигателя.

Рис. 9 На этом фото показаны асимметричные поршни для левого и правого рядов цилиндров V-образного двигателя. Их особенностью является расширенная часть юбки поршня на нагруженной стороне и зауженная – на стороне с меньшей нагрузкой.

Рис. 10 Другой пример асимметричного поршня. Обратите внимание, как сближены бобышки под поршневой палец, что позволяет сделать поршневой палец короче и легче. Кроме того, хотя это почти невозможно заметить глазом, ось пальца смещена к нагруженной стороне поршня (в сторону более широкой части юбки) на 0,50 мм – для уменьшения дисбаланса из-за разницы в массе «узкой» и «широкой» частей юбки.

Нагруженная сторона юбки поршня

Когда поршень движется вниз на такте расширения, он испытывает значительное сопротивление, пытаясь провернуть коленчатый вал. С ростом нагрузки увеличивается и сопротивление. При этом нагруженная сторона юбки поршня воспринимает боковое давление, которое увеличивает нагрузку (с ростом трения и износа) на соответствующей стороне стенки цилиндра. 

Если на днище поршня имеется какая-либо метка (к примеру точка, или стрелка, или надпись «Front»), важно установить поршень в соответствии с этой меткой, обычно указывающей на переднюю часть двигателя.

 

Ненагруженная сторона юбки поршня

Эта часть юбки поршня противоположна нагруженной стороне. Она работает, когда поршень движется вверх на такте сжатия, из-за сопротивления, создаваемого сжимаемой топливно-воздушной смесью. Основная ее задача, в том, чтобы обеспечить стабильность поршня при движении в цилиндре. Поэтому эта часть юбки может быть поуже, для экономии веса. 

Так что, для точной настройки в распределении этих сил между разными сторонами юбки были разработаны асимметричные поршни, которые имеют более широкую юбку на нагруженной стороне и зауженную юбку с противоположной стороны. Это обеспечивает оптимальное распределение нагрузок на юбку поршня, одновременно снижая массу поршня. 

В качестве примера можно привести «асимметричную» (или Т-образную) конструкцию поршней FSR компании JE Pistons, которые имеют расширенную часть юбки на нагруженной стороне, а со стороны бобышек юбка отсутствует вовсе, что позволяет сделать поршневой палец короче и легче. Подобные поршни изначально разрабатывались для гоночных двигателей. 

Еще одним преимуществом подобных поршней является улучшение условий работы поршневых колец. Но, в основном, подобная конструкция юбки, в сочетании со слегка смещенным пальцем, позволяет существенно снизить потери на трение.

Рис. 11 Из этой схемы видно, как определить нагруженную и ненагруженную стороны юбки поршня.

Thrust Load — действие боковой силы
Minor Thrust Side — ненагруженная сторона цилиндра
Major Thrust Side — нагруженная сторона цилиндра
Красная изогнутая стрелка — направление вращения коленчатого вала

Рис. 12 На этом фото хорошо видно, как различается ширина юбки поршня на нагруженной (слева) и ненагруженной (справа) сторонах поршня.

Рис. 13 Компьютерное моделирование показывает, как распределяются механические нагрузки в поршне, возникающие при работе двигателя на частичных нагрузках. (Чем темнее цвета – тем меньше нагрузка, а чем ярче – тем больше).

Рис. 14 А на этой схеме видно, как нагружен поршень сразу после воспламенения смеси.

Рис. 15 Здесь поршень показан снизу. На этой схеме хорошо видно, что во время рабочего хода наиболее нагружены верхние части отверстий под поршневой палец (они выделены красным цветом) и элементы юбки поршня, непосредственно примыкающие к ним.

Рис. 16 Тонкий слой антифрикционного покрытия (темного цвета) на юбке поршня помогает удерживать масло и снижает трение между поршнем и цилиндром – особенно при холодном запуске мотора.

Смещение пальца

Асимметричные поршни также могут иметь смещение поршневого пальца. При этом ось пальца смещена от оси поршня к нагруженной стороне примерно на 0,51 мм. Это небольшое смещение «балансирует» поршень, компенсируя разницу в массе юбки, а также снижая усилие, прикладываемое к нагруженной стороне поршня. 

Опять же, ссылаясь на опыт компании JE Pistons, асимметричный поршень позволяет сделать поршневые пальцы короче, жестче и легче (примерно на 10 грамм).

 

Заключение

Надеемся, эта статья поможет вам лучше ориентироваться в тонкостях сборки двигателя. Помните, что лучше всего пометить поршни и шатуны перед разборкой. Грамотные ответы на ваши вопросы и помощь в технических проблемах с двигателями – наша главная задача.

ХОТИТЕ СТАТЬ АВТОРОМ?

Пришлите свою статью


Почему может шатун оборваться

«При разгоне безо всяких предварительных стуков при переключении на 5-ю передачу (скорость 85-90 км/ч) услышал бах — и через долю секунды мотор заклинил» — этими словами начиналось первое же сообщение в обсуждении на форуме ABW.BY статьи «Молодо — зелено, или Почему оборвался шатун», в которой рассматривался реальный случай обрыва шатуна, а также рассказывалось, какими были последствия произошедшего и что к ним привело.

Затем читатель пояснил, что, когда двигатель заклинивал, его спасло то, что нога была на педали сцепления. В момент резкого торможения автомобиля Ford Mondeo 1.8 TD заклинившим мотором водитель выжал педаль сцепления, а также выключил передачу, хотя и сам не понял, как успел это сделать. 

Далее в сообщении было сказано: «А всего-то лопнул болт на шатуне 1-го цилиндра, с другой стороны его оборвало по двутавру…

Шатун вывесился вниз и попал под движущийся коленвал, который этим уже V-образным шатуном проломал блок, оторвав кусок блока с 1-м и 2-м цилиндрами, кронштейном ТНВД и самим ТНВД…

Порвало ремень ТНВД… Мотор оторвался от кронштейнов и почти прокрутился под капотом. Половина оставшегося блока пошла мелкой сеткой трещин и развалилась при разборке останков на кусочки. «Голова» почти целая, пригнуло слегка пару клапанов. Зрелище не для слабонервных, фото есть покруче, чем в статье. Если редакции интересно, можете взять фото и сделать статью-хоррор».

Нам, разумеется, стало интересно, а поскольку вы видите фотографии, объяснять, что мы получили их от читателя, разместившего процитированное выше сообщение, не требуется. Однако на хоррорах мы не специализируемся — это не наш профиль. По-человечески посочувствовать по поводу произошедшего — другое дело, а уж попробовать разобраться, почему приключилась такая катавасия, и предупредить других автовладельцев, что не нужно делать, чтобы и они когда-нибудь не столкнулись с чем-то подобным, и вовсе наша, можно сказать, прямая обязанность.

Итак, шатун. Вместе с поршнями и коленчатым валом шатуны составляют кривошипно-шатунный механизм, благодаря которому энергия, выделившаяся при сгорании топлива, преобразуется в механическую работу. Шатуну отводится роль звена, шарнирно связывающего поршень и коленчатый вал друг с другом.

Конструкция шатуна так же незамысловата, как и его функциональное назначение. Отверстие в верхней головке шатуна является посадочным для поршневого пальца, служащего осью для соединения шатуна с поршнем. В одних шатунах поршневой палец свободно вращается в верхней головке, в других он зафиксирован. В первом случае палец называют плавающим. В конструкциях с плавающим пальцем для уменьшения трения и износа в сочленении «палец — шатун» в верхней головке шатуна предусматривается подшипник скольжения. Для этого в головку запрессовывают тонкостенную втулку. В случае зафиксированного пальца необходимости во втулке нет.

Нижней головкой, иногда именуемой кривошипной, шатун соединяется с шейкой коленвала. Нижняя головка разъемная. Крышка крепится к верхней части шатуна двумя болтами. Снова имеются варианты — крепление осуществляется при помощи болтов с гайками, либо гайки отсутствуют, а болты по резьбе вкручиваются в верхнюю часть шатуна.

Поверхности нижней головки являются постелями для шатунных вкладышей, образующих подшипник скольжения. Осталось упомянуть, что та часть шатуна, которая находится между головками и имеет двутавровое сечение, называется стержнем. 

Покончив на этом знакомство с устройством шатуна, перейдем к выяснению причин его поломок.

Шатун никогда просто так разорваться не может — это не та деталь, чтобы поломаться ни с того ни с сего. Да, его проектируют, стараясь максимально облегчить, дабы уменьшить силы инерции, возникающие при движении шатуна. Однако на первом плане все-таки прочность, ибо что может натворить шатун в случае обрыва, после просмотра полученных нами фотографий объяснять не нужно.

Почему же тогда изредка шатун все же ломается? Без причины, как известно, и рак на горе не свистит. Причиной обрыва шатуна в статье «Молодо — зелено, или Почему оборвался шатун» было разгильдяйское поведение владельца автомобиля, не удосужившегося в течение двух месяцев после покупки хотя бы раз-другой проверить, есть ли в двигателе масло. Из-за недостаточной смазки шатунные вкладыши прихватило к шейке коленвала, они провернулись, появился стук, а беспечное продолжение эксплуатации мотора в таком состоянии закончилось обрывом шатуна по стержню.

В условиях масляного голодания может оказаться и подшипник скольжения в верхней головке шатуна в конструкциях с плавающим пальцем, а также сопряжение поршневого пальца с бобышками поршня. В этом случае втулка способна провернуться, а палец — заклинить как в верхней головке шатуна, так и в бобышках поршня. Не всегда подобная оказия заканчивалась «рукой дружбы», показанной шатуном, но бывало и такое. 

Еще одна угроза для двигателя со стороны шатуна появляется при заклинивании поршня в цилиндре, например, из-за перегрева. Не будем сбрасывать со счета также возможность заводского брака при изготовлении шатуна. Пусть вероятность брака статистически весьма невелика, но она существует. Однако к произошедшему в двигателе Mondeo указанные причины поломок шатуна отношения не имеют.

Тогда что же? В сообщении владельца Mondeo было сказано, что «всего-то лопнул болт на шатуне». Это подсказало, в какую сторону надо копать. Во время телефонного разговора выяснилась новая подробность — незадолго до случившегося двигатель ремонтировали, шатуны при этом разбирали.

У повторной сборки шатунов после ремонта несколько подводных камней. Первый — важно не перепутать крышки шатунов. Несмотря на внешнюю схожесть, они невзаимозаменяемые, каждая крышка подходит только к тому шатуну, с которым идет в сборе. А если крышки не перепутаны, не менее важно при установке случайно не повернуть их на 180 градусов. К чему приводит путаница, мы рассказывали в статье «Урок не пошел впрок, или Почему может заклинить двигатель». Правда, там при ремонте перепутали крышки коренных подшипников коленвала, но рассказанное справедливо и для шатунных подшипников. 

Второй подводный камень — момент затяжки болтов. Его величина строго регламентирована. Если момент затяжки окажется меньше нормы, возможно самопроизвольное отворачивание гаек либо болтов, если гайки не предусмотрены. Ослабление крепежа ведет к обрыву шатунного болта или разрушению нижней головки шатуна с противоположной стороны от болта, потерявшего затяжку. В этом случае на крышке шатуна под гайкой или головкой болта, потерявшего затяжку, можно увидеть наклепанную поверхность, а поломке нередко предшествует стук. По словам владельца Mondeo, предварительных стуков не было, значит, опять не то.

Похоже, болты были затянуты на совесть. Увы, излишнее усердие при их затяжке тоже чревато. При превышении момента затяжки сверх нормы болты способны вытягиваться, а это и есть предпосылка для последующего их обрыва — на этот раз без каких-либо предварительных стуков. И не всегда вытягивание болтов так же хорошо видно, как на приведенном фото. Неспроста во многих инструкциях по ремонту число повторных применений старых болтов ограничивается, а перед затяжкой рекомендуется проверить длину болтов. Если она превосходит максимально допустимое значение, которое указано в инструкции, болты необходимо заменить новыми.

И вновь уточняющая подробность от владельца Mondeo: при ремонте болты оставили старые. По всей видимости, это и было причиной того, что один из них впоследствии лопнул, ведь, как гласит народная мудрость, рвется там, где тонко.

Наш вердикт

Редко, но метко — именно так можно в двух словах охарактеризовать частоту, с которой случаются поломки шатунов, и тяжесть их последствий для двигателя. Но все в наших руках — и без того небольшое количество поломок можно сократить, так как многие из них вызваны «рукотворными» причинами. 

Сергей БОЯРСКИХ
Фото автора и владельца автомобиля 
ABW.BY

Причины выхода из строя шатуна

Карлос Мано

Авиационный поршневой двигатель Изображение Эндрю Бридена с Fotolia.com

Шатун соединяет поршни с коленчатым валом. Он преобразует поступательное движение поршней во вращательное движение коленчатого вала. При каждом ходе шатун растягивается и сжимается. Это давление, а также другие факторы могут привести к поломке шатуна. Сломанный стержень может полностью пройти через блок цилиндров, разрушив двигатель — состояние, известное как «бросание стержня».»

Усталость

Усталость является основной причиной поломки шатунов, особенно в старых двигателях. Постоянное сжатие во время рабочего такта и растяжение во время такта выпуска более тысячи раз в минуту в конечном итоге изнашивает металл, и он становится хрупким и, наконец, ломается. Если масло низкое или грязное, это может ускорить этот процесс. Запуск горячего двигателя также может ускорить процесс. Иногда у довольно нового двигателя могут быть изношенные шатуны, если это отремонтированный двигатель и механик использовали дешевые детали или не те детали для двигателя.

Неисправность пальца

Штифт, соединяющий шатун с поршнем (называемый поршневым пальцем, поршневым пальцем или поршневым пальцем), сильно изнашивается. Если этот штифт защелкнулся, шатун больше не подключен к двигателю. Для некоторых двигателей это приводит к катастрофическому отказу двигателя — шатун проходит через блок двигателя или коленчатый вал сгибается, — но для некоторых двигателей это просто вызывает резкую потерю мощности. Если двигатель будет остановлен сразу после поломки пальца, можно будет спасти двигатель.

Превышение оборотов

Превышение оборотов — основная причина отказов шатуна в новых и высокопроизводительных двигателях. Если тахометр покажет красный цвет — даже на короткое время — шатуны могут сломаться. Это связано с тем, что силы, действующие на шатун, резко возрастают при высоких оборотах. Не имеет значения, показывает ли тахометр красный цвет, потому что автомобиль движется с высокой скоростью, слишком быстро едет на низкой передаче или просто идет слишком быстро из-за слишком сильного нажатия педали акселератора, когда автомобиль находится на нейтрали. — напряжение просто слишком велико на очень высоких оборотах.

Гидрозамок

Гидрозамок — это деформация шатуна, вызванная попаданием воды в камеру поршня. Обычно это происходит после того, как автомобиль проехал по глубокой воде, например по затопленной улице. Если в цилиндр попадает лишь немного воды, автомобиль издает стук или стук, и его можно отремонтировать (слить воду и заменить прокладки), но если в цилиндр попадает достаточно воды, он занимает все доступное пространство во время искры шатун изогнется или сломается.Гидрозамок гораздо чаще встречается на лодках, чем в автомобилях, потому что лодки всегда работают вокруг воды.

Еще статьи

Изображение шатуна поршня

, фотографии и изображения на Alibaba

Главная ›(Найдено 6 248 результатов)

Примечание. Некоторые элементы запрещены для отображения / продажи на нашем веб-сайте в соответствии с Политикой листинга продуктов. Например, такие лекарства, как аспирин.

7-8 долларов США / Коробка (цена FOB)

100 Коробок (мин.Заказ)

1-100 долл. США / метр (цена FOB)

1 метр (минимальный заказ)

1,3-1,3 долл. США / килограмм (цена FOB)

1000 килограмм (минимальный заказ)

10,0-38,99 долларов США / шт. (цена FOB)

4 штуки (минимальный заказ)

1,3-2 долларов США / килограмм (цена FOB)

300 килограммов (мин.Заказ)

0,32-2,55 долл. США / шт. (цена FOB)

2 шт. (минимальный заказ)

Комплект 5-12 / долл. США (цена FOB)

100 комплектов (Мин. Заказ)

0,5-5 / US $ (Цена FOB)

1 шт. (Мин. Заказ)

Комплект 7-14 / US $ (Цена FOB)

100 комплектов (мин.Заказ)

1,09-1,09 долларов США / килограмм (цена FOB)

1 килограмм (минимальный заказ)

12-35 долларов США / шт. (цена FOB)

100 штук (минимальный заказ)

1,99-8,99 долл. США / Комплект (цена FOB)

100 штук (минимальный заказ)

100,0–150,0 долл. США / шт. (цена FOB)

500 штук (мин.Заказ)

1,0-10,0 долл. США / шт. (цена FOB)

1 шт. (минимальный заказ)

0,2-0,3 долл. США / шт. (цена FOB)

10 шт. (Мин. Заказ)

1-50 US $ / шт. (Цена FOB)

10 штук (Мин. Заказ)

5-30 US $ / шт. (Цена FOB)

2 штуки (мин.Заказ)

0,5-5 / долл. США (цена FOB)

1 шт. (минимальный заказ)

1-10 / долл. США (цена FOB)

500 шт. (минимальный заказ)

1,0–1,0 долл. США / килограмм (цена FOB)

500 кг (минимальный заказ)

1–10 долл. США / шт. (цена FOB)

500 штук (мин.Заказ)

2-10 / долл. США (цена FOB)

200 комплектов (минимальный заказ)

1-100 долл. США / шт. (цена FOB)

1 шт. (Мин. Заказ)

1,5-4,5 $ США / шт. (Цена FOB)

500 шт. (Мин. Заказ)

1-5 / долл. США (Цена FOB)

500 штук (мин.Заказ)

1-10 / долларов США (цена FOB)

100 штук (минимальный заказ)

1,3-1,3 долларов США / килограмм (цена FOB)

1000 килограммов (минимальный заказ)

10,0-38,99 долларов США / шт. (цена FOB)

4 штуки (минимальный заказ)

1350-4000 долларов США / тонна (цена FOB)

1 тонна (мин.Заказ)

1,3-2 / Килограмм US $ (Цена FOB)

300 Килограммов (Мин. Заказ)

1,09-1,09 US $ / Килограмм (Цена FOB)

1 Килограмм (Мин. Заказ)

0,02–0,35 долл. США / шт. (Цена FOB)

1 шт. (Мин. Заказ)

Комплект 7–14 долл. США / (Цена FOB)

100 комплектов (мин.Заказ)

1,0–1,0 долл. США / шт. (цена FOB)

1000 шт. (минимальный заказ)

1–50 долл. США / шт. (цена FOB)

10 шт. (Мин. Заказ)

1-150 долларов США / шт. (Цена FOB)

1 шт. (Мин. Заказ)

1,5-4,5 $ США / шт. (Цена FOB)

500 штук (мин.Заказ)

US $ 1-10 / шт. (Цена FOB)

500 шт. (минимальный заказ)

{{#if priceFrom}}

{{priceCurrencyType}} {{priceFrom}} {{#if priceTo}} — {{priceTo}} {{/если}} {{#if priceUnit}} / {{priceUnit}} {{/если}}

{{/если}} {{#if minOrderQuantity}}

{{minOrderQuantity}} {{#if minOrderType}} {{minOrderType}} {{/если}}

{{/если}}

Clevite CB-745HN-20 Подшипники пары подшипников шатуна двигателя


Срок оформления стандартного паспорта в настоящее время составляет 6-8 недель.Рассмотрите возможность использования паспортной службы, чтобы избежать дополнительных задержек. Учить больше

Каждый раз делайте идеальное фото на паспорт и распечатывайте его в любой Walgreens по всей стране. Фотография на паспорт будет готова для получения в течение 1 часа.

т

Знаете ли вы, что более 250 000 заявлений на паспорт ежегодно приостанавливаются из-за отклонения неприемлемых фотографий на паспорт?

Загрузите Passport Photo Creator, ваши фотографии будут проверены на соответствие требованиям правительства для U.С. Паспортные фотографии

e

Просто как 1-2-3… Загрузите приложение -> Сделайте фото -> Нажмите «Печать в Walgreens»! Это так просто!

Делайте фотографии на паспорт с помощью смартфона, пока не будете удовлетворены тем, как вы выглядите, и убедитесь, что ваша фотография соответствует требованиям паспортного агентства.

Процесс прост: загрузите приложение и сделайте снимок. Как только вы создадите идеальную фотографию для паспорта, отправьте ее в Walgreens для печати. Фотографии готовы в течении часа!

С уверенностью сделайте фото для паспорта или визы. Следуя правительственным директивам и напрямую распечатывая Walgreens в вашем районе, каждый раз получайте идеальную фотографию для паспорта.

Пара подшипников шатуна двигателя Clevite CB-745HN-20

СОВРЕМЕННЫЙ МАГАЗИН ТОВАРОВ Воротник из нержавеющей стали остается с вырезанными лазером концентрическими кругами. Дизайн — 2. Серебро 925 пробы. Сердце 15 мм с родиевым покрытием и медальоном с подвесками цветов. за пределами джакузи или прямо у дверей бассейна. Купить винтажные детали 560445 NOTYOUR07 Желтая штампованная алюминиевая европейская пластина: рамы — ✓ Возможна БЕСПЛАТНАЯ ДОСТАВКА при определенных покупках. Класс защиты окружающей среды IP65 дает уникальное преимущество перед многими другими традиционными кодировщиками.Tenacitee Unisex Living in Oklahoma Connecticut Roots Sweatshirt в магазине женской одежды, BH Cool Designs #Skunk — удобная бейсболка для папы, проверка материалов и компонентов; Выход датчика абс автоматически проверяется на 100% в соответствии со спецификациями оригинального оборудования после сборки датчика. Изготовлен из резиновой основы и войлочного верха, просто снимите заднюю часть и приклейте ее. Не слишком толстым, чтобы в ботинках не образовывался водяной пар. Мы предлагаем 100% гарантию возврата денег за вычетом доставки. Вы должны выбрать в опциях экспресс-доставку. Эти красавицы с высоким обжигом долговечны и красивы, с хорошим выбором глазурей с высоким обжигом. Пластиковые почтовые отправители обеспечивают превосходную защиту при низкой стоимости доставки для широкого спектра продуктов.Можно сделать панели шириной, кратной 0. Все женские свитера с открытыми плечами изготовлены из хлопка и полиэстера 50/50. Выберите один из 4 стилей дизайна надписей. а также согревающие сердце подарки и домашний декор. буквы были вырезаны вручную одна за другой, а узел очень прочный и надежный и не может оторваться, купите Polly Pocket Big Pocket World, название продукта: термоусадочная трубка; материал: полиолефин; номинальное напряжение: 600 В, является ведущим поставщиком запчасти для автомобильных тормозов в Северной Америке.

Пара подшипников шатуна двигателя Clevite CB-745HN-20

QAA подходит для Chevrolet Caprice 1984-1990 гг. Из 2 частей из нержавеющей стали PP19102, хром для Suzuki Hayabusa GSX1300R 1999-2008-2019 Xitomer Front Tank Pad Cover.Autoforever Front Left & Right 513203 Комплект ступицы колеса и подшипника в сборе, пригодный для Buick Chevrolet Pontiac 5 Lug. Пара комплект из 2 передних бамперов амортизатора KYB и комплект сильфонов для Dodge Ford Lexus Audi BMW Buick Cadillac Chevrolet Chrysler Dodge Honda Infiniti Ford Jaguar Jeep Kia Mazda Volvo VWToyota Suzuki, Parts N Go 2003-2009 Mercedes E-Class Fender Liner Passenger Side Splash Shield 2116980230 МБ1251100. Брошь-паук в стиле готического паука SELOVO Punk с черными кристаллами и стразами. Комплект для крепления / демонтажа головки из нейлона Ame International с круглым отверстием Номер модели TC250309.Женские слипоны с закрытым носком на кроссовках Soda Top Shoe Reign. Bapmic 16620-36010 Узел натяжителя ремня Натяжной шкив для Toyota Camry Highlander RAV4 Scion tC, забавные книжные подарки для книголюба, кофейная кружка для чая, библиотека, чашка для книжного червя, которую я читал перед сном. Schwaben Инструмент для фиксации распределительного вала 024577SCH01a Schwaben. Освежающие чистые детские салфетки Flip-Top Packs Портативный дозатор влажных салфеток Персональные чистящие салфетки для дома новорожденных детей Seakee 300Wipes Детские салфетки без запаха 3Packs / 300Counts, ACCEL TST15 Wipes Super Tune-Up Kit, Carlisle Чаша 5.Костяной футляр диаметром 95 и глубиной 1,54, вместимостью 48 10 унций, двигатель стеклоподъемника Dorman 742-083. Шторы для патио, ближневосточный геометрический узор с шевронными зигзагами и треугольниками. Разноцветные шторы W84 x L84 дюймов, афганский Хенгшу. Прокладка 4364 Высокопроизводительный термостат Mr. Odi Sensus Lite v2.1 Lock-On Grips, HYUNDAI OEM 17-18 Elantra-CV Joint Boot-Inner 49542F2700. LIKESIDE Купальники для женщин, накидки, большие размеры, купальники, танкини, купальные костюмы, Fox Racing 180 Przm, мужские внедорожные мотоциклетные джерси,

Пара подшипников шатуна двигателя Clevite CB-745HN-20

Пара подшипников шатуна двигателя Clevite CB-745HN-20

Лучшее приложение для фото на паспорт на рынке!

«Мне нужно было сделать быстрое фото на паспорт, и я хотел убедиться, что оно соответствует требованиям.Это отличное приложение ».

Аланна Дрейк | Паспорт покупателя

Мне вообще нравится фото на паспорт!

«Мои фотографии вышли идеально, и мне вернули паспорт вовремя. Очень просто, очень доволен! ».

Сара Коннор | Паспорт и виза для клиентов

Это приложение — палочка-выручалочка и намного лучшего качества, чем любое другое приложение для паспорта.Эта технология невероятна, потому что, когда вы делаете фотографию, она сообщает вам, что соответствует, а что нет в фотографии, прежде чем вы потратите деньги на ее печать. Если у вас есть маленькие дети, это избавит вас от необходимости затаскивать всех в Walgreens и умолять их сидеть на месте и получить * надеюсь * совместимую картинку. Вы можете сделать столько снимков, сколько хотите и нужно, это БЕСПЛАТНО, и вы можете делать это, не выходя из дома! Нет ничего лучше. Я так рада, что нашла это приложение !! NatK91

Пользователь приложения iOS

Шатун — 3D-модели CAD и 2D-чертежи

Шатун представляет собой жесткий элемент, который соединяет поршень с кривошипом или коленчатым валом в поршневом двигателе.Вместе с кривошипом он образует простой механизм, преобразующий возвратно-поступательное движение во вращательное движение.

Шатун может также преобразовывать вращательное движение в возвратно-поступательное движение, как было изначально. [1] Ранние механизмы, такие как цепь, могли передавать только тянущее движение. Будучи жестким, шатун может передавать или толкать, или тянуть, позволяя шатуну вращать кривошип через обе половины оборота. В некоторых двухтактных двигателях требуется только толкать шатун. [2]

Сегодня шатун наиболее известен благодаря его использованию в поршневых двигателях внутреннего сгорания, таких как автомобильные двигатели. Они имеют конструкцию, явно отличающуюся от более ранних форм шатунов, используемых в паровых двигателях и паровозах.

История

Свидетельства наличия шатуна появляются на лесопилке в Иераполе в конце III века в римской Азии (современная Турция). Он также появляется на двух лесопильных заводах византийской эпохи VI века, раскопанных в Эфесе, Малая Азия (современная Турция) и Герасе, Римская Сирия.Кривошипно-шатунный механизм этих водяных мельниц римской эпохи преобразовывал вращательное движение водяного колеса в линейное движение пильных полотен. [3]

Где-то между 1174 и 1206 годами в штате Артукид (Турция) арабский изобретатель и инженер Аль-Джазари описал машину, в которой шатун с коленчатым валом использовался для перекачивания воды как части водоподъемной машины , [4] [5] , хотя устройство было сложным. [6]

В Италии эпохи Возрождения самые ранние свидетельства — хотя и неправильно поняты — составные кривошип и шатун найдены в альбомах для рисования Такколы. [7] Звуковое представление о задействованном движении продемонстрировал художник Пизанелло (ум. 1455), который показал поршневой насос, приводимый в движение водяным колесом и управляемый двумя простыми кривошипами и двумя шатунами. [7]

К 16 веку свидетельства кривошипов и шатунов в технологических трактатах и ​​произведениях искусства Европы эпохи Возрождения становятся многочисленными; Одна только работа Агостино Рамелли «Разнообразные и искусственные машины» 1588 года содержит восемнадцать примеров, число, которое поднимается в Theatrum Machinarum Novum Георга Андреаса Беклера до 45 различных машин. [8]

Паровые двигатели

Первый паровой двигатель, атмосферный двигатель Ньюкомена, был одностороннего действия: его поршень работал только в одном направлении, поэтому в них использовалась цепь, а не шатун. Их выход качался вперед и назад, а не вращался непрерывно.

Крейцкопф стационарной паровой машины: шток слева, шатун справа

После этого паровые двигатели обычно имеют двойное действие: их внутреннее давление действует по очереди с каждой стороны поршня.Для этого требуется уплотнение вокруг штока поршня, и поэтому шарнир между поршнем и шатуном расположен снаружи цилиндра в большом блоке подшипников скольжения, называемом крейцкопфом. [9]

В паровозе шатунные шейки обычно устанавливаются непосредственно на одной или нескольких парах ведущих колес, и ось этих колес служит коленчатым валом. Шатуны (также называемые коренными стержнями в практике США ) проходят между кривошипными штифтами и крейцкопфами, где они соединяются с поршневыми штоками. [10] Крейцкопфы или направляющие ствола также используются в больших дизельных двигателях, изготовленных для морских перевозок. (Подобные стержни между ведущими колесами называются боковыми стержнями в практике США и соединительными стержнями в британской практике .)

Шатуны небольших паровозов обычно имеют прямоугольное сечение [11] , но на небольших локомотивах иногда используются стержни морского типа с круглым сечением.Стивен Левин, который строил как локомотивы, так и судовые двигатели, часто использовал круглые стержни. Модель A4 Pacifics от Гресли, такая как Mallard , имела шатун из легированной стали в виде двутавровой балки с перегородкой толщиной всего 0,375 дюйма (9,53 мм).

На пароходах Western Rivers шатуны правильно называются питманов , а иногда неправильно называются рычагами самосвалов.

Двигатели внутреннего сгорания

В современных автомобильных двигателях внутреннего сгорания шатуны чаще всего изготавливаются из стали для серийных двигателей, но могут быть изготовлены из алюминиевых сплавов Т6-2024 и Т651-7075. [12] (для легкости и способности поглощать сильные удары). за счет долговечности) или титана (для сочетания легкости с прочностью, при более высокой стоимости) для высокопроизводительных двигателей или чугуна для таких применений, как мотороллеры.Они не закреплены жестко на обоих концах, поэтому угол между шатуном и поршнем может изменяться по мере того, как шток перемещается вверх и вниз и вращается вокруг коленчатого вала. Шатуны, особенно в гоночных двигателях, можно назвать шатунами «заготовок», если они изготовлены из цельной металлической заготовки, а не отлиты или кованы.

Малый конец и большой конец

Малый конец прикрепляется к поршневому пальцу, поршневому пальцу или пальцу кисти, который в настоящее время чаще всего запрессовывается в шатун, но может поворачиваться в поршне, как «плавающий палец кисти».Шатун соединяется с шатунной шейкой (шейкой подшипника) на ходу кривошипа, в большинстве двигателей, работающих на сменных вкладышах подшипников, доступ к которым осуществляется через болты шатуна , которые удерживают «крышку» подшипника на головке шатуна. Обычно в подшипнике на большом конце шатуна просверливается точечное отверстие, так что смазывающее моторное масло под давлением брызгает на упорную сторону стенки цилиндра для смазывания хода поршней и поршневых колец. Большинство небольших двухтактных двигателей и некоторые одноцилиндровые четырехтактные двигатели избегают необходимости в насосной системе смазки за счет использования вместо этого подшипника качения, однако это требует, чтобы коленчатый вал был раздвинут, а затем снова вместе, чтобы заменить соединительный элемент. стержень.

Износ двигателя и длина штока

Основным источником износа двигателя является боковое усилие, прилагаемое к поршню через шатун коленчатым валом, которое обычно изнашивает цилиндр, приобретая овальное поперечное сечение, а не круглое, что делает невозможным правильное уплотнение поршневых колец относительно цилиндра. стены. Геометрически видно, что более длинные шатуны уменьшают величину этой боковой силы и, следовательно, продлевают срок службы двигателя. Однако для данного блока цилиндров сумма длины шатуна и хода поршня является фиксированным числом, определяемым фиксированным расстоянием между осью коленчатого вала и верхней частью блока цилиндров, где крепится головка блока цилиндров.

Напряжение и отказ

Алюминиевый шатун для 4-тактного двигателя, усталостная поломка и последующий удар коленчатым валом

Шатун находится под огромным напряжением от возвратно-поступательной нагрузки, представленной поршнем, фактически растягиваясь и сжимаясь при каждом вращении, и нагрузка увеличивается по мере увеличения квадрата частоты вращения двигателя. Отказ шатуна, обычно называемый , бросающий стержень , является одной из наиболее частых причин катастрофического отказа двигателя в автомобилях, часто сломанный стержень проходит через боковую часть картера и, таким образом, делает двигатель непоправимым; это может быть следствием усталости рядом с физическим дефектом штока, нарушения смазки в подшипнике из-за неправильного обслуживания или из-за выхода из строя болтов штока из-за дефекта, неправильной затяжки или превышения частоты вращения двигателя. [13] В неподходящей грязной среде вода или химические вещества эмульгируются с маслом, смазывающим подшипник, и вызывают его выход из строя. [14] Повторное использование стержневых болтов является обычной практикой, если болты соответствуют спецификациям производителя. Несмотря на то, что они часто возникают на телевизионных соревнованиях по автомобильным соревнованиям, такие сбои довольно редко встречаются на серийных автомобилях при обычной повседневной эксплуатации. Это связано с тем, что производимые автозапчасти имеют гораздо больший коэффициент безопасности и часто более систематический контроль качества.

Высокопроизводительные двигатели

При создании высокопроизводительного двигателя большое внимание уделяется шатунам, устранению концентраторов напряжений с помощью таких методов, как шлифование краев стержня до гладкого радиуса, дробеструйное упрочнение для создания сжимающих поверхностных напряжений (для предотвращения образования трещин), уравновешивание всех узлов шатуна / поршня на одинаковый вес и магнафлюкс, чтобы выявить в противном случае небольшие трещины, которые могут привести к выходу штока из строя под нагрузкой. Кроме того, большое внимание уделяется затяжке болтов шатуна с точным указанным значением; часто эти болты необходимо заменить, а не использовать повторно.Большой конец штока изготавливается как единое целое и разрезается или раскалывается надвое, чтобы обеспечить точную посадку вокруг вкладыша подшипника большого конца. Поэтому «крышки» шатуна не могут быть взаимозаменяемыми между шатунами, и при восстановлении двигателя необходимо следить за тем, чтобы крышки разных шатунов не перепутались. Как на шатуне, так и на крышке подшипника обычно тиснится соответствующий номер позиции в блоке цилиндров.

Порошковая металлургия

Двигатели, такие как Ford 4.6-литровый двигатель и 2,0-литровый двигатель Chrysler имеют шатуны, изготовленные с использованием порошковой металлургии, что позволяет более точно контролировать размер и вес с меньшими затратами на обработку и меньшую лишнюю массу, которую необходимо обработать для балансировки. Затем крышка отделяется от стержня в процессе разрушения, что приводит к неровной поверхности сопряжения из-за зерна металлического порошка. Это гарантирует, что при повторной сборке крышка будет идеально расположена по отношению к штоку, по сравнению с небольшими перекосами, которые могут возникнуть, если обе сопрягаемые поверхности будут плоскими.

Штанги комбинированные

Многорядные двигатели с множеством цилиндров, например, с компоновкой V12, имеют мало места для многих шатунных шейек на ограниченной длине коленчатого вала. Это трудный для решения компромисс, и его последствия часто приводили к отказу двигателей (Sunbeam Arab, Rolls-Royce Vulture).

Самым простым решением, почти универсальным для двигателей дорожных автомобилей, является использование простых стержней, в которых цилиндры обоих берегов имеют общую цапфу. Это требует, чтобы стержневые подшипники были на уже , что увеличивает нагрузку на подшипник и увеличивает риск выхода из строя высокопроизводительного двигателя.Это также означает, что совпадающие (то есть противоположные) цилиндры в разных рядах не совсем в плоскости друг друга, а немного смещены по оси коленчатого вала.

В некоторых типах двигателей используются стержни ведущий / ведомый, а не простой тип, показанный на рисунке выше. Ведущий шток несет один или несколько кольцевых штифтов, к которым болтами прикреплены большие концы ведомых штанг гораздо меньшего размера на других цилиндрах. В некоторых конструкциях V-образных двигателей используется шток ведущий / ведомый для каждой пары противоположных цилиндров.Недостатком этого является то, что ход вспомогательной штанги немного короче, чем ход ведущей, что увеличивает вибрацию в V-образном двигателе, что катастрофически характерно для Sunbeam Arab.

Радиальные двигатели обычно имеют главный шток для одного цилиндра и несколько подчиненных штоков для всех остальных цилиндров в одном ряду.

Обычным решением для высокопроизводительных авиадвигателей является «раздвоенный» шатун. Один стержень («вилка») разделен на две части на большом конце, а другой стержень из противоположного цилиндра («лезвие») утончен, чтобы поместиться в этот зазор в вилке.Журнал по-прежнему разделяется между цилиндрами. Rolls-Royce Merlin использовал этот стиль «вилки и лезвия». Обычно вилка штанги имеет одну широкую опорную втулку, охватывающую всю ширину штанги, включая центральный зазор. При этом стержень лопасти проходит не непосредственно по шатунной шейке, а по внешней стороне этой втулки. Два стержня не вращаются относительно друг друга, а просто колеблются взад и вперед, поэтому этот подшипник относительно не нагружен и работает с гораздо меньшей поверхностной скоростью.Однако движение подшипника также становится возвратно-поступательным, а не непрерывным, что является более сложной проблемой для смазки.

Вероятным кандидатом на крайний пример конструкции составной шарнирно-сочлененной тяги может быть сложный немецкий 24-цилиндровый авиационный двигатель Junkers Jumo 222, который должен иметь — в отличие от компоновки X-двигателя с 24 цилиндрами, имеющей шесть цилиндров на ряд, — только четыре цилиндров на блок, и шесть рядов цилиндров , все с жидкостным охлаждением с пятью «подчиненными» стержнями, прикрепленными к одному ведущему стержню, [15] для каждого «слоя» цилиндров в его конструкции.После создания почти 300 испытательных образцов в нескольких различных объемах, сложный двигатель Jumo 222 фирмы Юнкерс оказался производственным отказом для более совершенного боевого самолета Люфтваффе Третьего Рейха, для которого требовались авиационные силовые установки мощностью более 1500 кВт (2000 л.с.) каждая. .

См. Также

Причины ударов стержня двигателя

Веб-сайт для раскрытия пароля

Гидравлика Cce

Грязь со дна вашего бензобака попадает в двигатель, вызывая детонацию стержня.Очистка системы впрыска топлива поможет удалить грязь и остановить детонацию. Если в вашем автомобиле есть карбюратор, не используйте очиститель для впрыска топлива. Купите очиститель карбюратора и распылите его прямо на карбюратор. 2) Стук двигателя. Когда ваш двигатель включен и работает, вы можете услышать от него стук. Это будет повторяющийся стук, усиливающийся по мере увеличения оборотов двигателя. Звуки могут исчезнуть через короткое время, как только у вашего масла появится возможность циркулировать через компоненты двигателя и смазать их.

Safarau tsirara

6 сентября 2015 г. · Истинный стук в штоке происходит, когда подшипник штока вытирается. Это происходит, когда гидродинамический масляный клин теряется между опорной поверхностью и пальцем шатуна на коленчатом валу. Это может быть связано с одним или несколькими факторами:

Benjamin marauder

11 июня 2006 г. · Общая информация о детонации стержня: Диагностика шумов двигателя может быть самой сложной задачей, которую может сделать механик. Ошибочный диагноз — это скорее норма, чем исключение.Я почти смеюсь, когда люди открываются и говорят, что это «стук штанги» при каждом звуке, от дребезжания топливного насоса до стука коромысла. Изменить: вот пример прямо здесь, на Supramania. Догадки насчет …

Babylonjs editor

Моя машина была оставлена ​​у дилера для отзыва j02, замены клапана двигателя. После отзыва я получил автомобиль с множеством проблем, утечкой выхлопных газов, утечкой масла, детонацией в двигателе. однако дилерский центр не может диагностировать проблемы. Герметик был нанесен не на те места на двигателе, что вызвало утечку масла или закупорку, что могло привести к удару штока.Примерно через час двигатель стучал, как от поршня-подъемника. Я все еще мог водить машину, но шум был громким и очень заметным. Выскочил из лодки и поехал обратно в мой дом. Масляный датчик остался прежним. Через 30 минут шум утих, а манометр поднялся примерно до 23-25.

Volvo d13, увеличение мощности

Громкие шумы из области двигателя; Пониженная топливная экономичность; Причины. Возможные причины установки этого кода: неисправность датчика детонации; Внутренняя неисправность двигателя; Пропуски зажигания / с; Загрязненное или некондиционное топливо; Неисправна проводка и / или разъемы управления датчиком детонации; Плохой PCM или ошибка программирования PCM; Процедуры диагностики и ремонта

Инструмент для сброса чернил Epson

Более сильный стук, который становится громче по мере увеличения числа оборотов двигателя, может означать стук в штоке или основной подшипник.В шатунах поршней используются подшипники на их соединениях с коленчатым валом, и в случае сильного износа или низкого уровня масла в этих подшипниках может образоваться «шлепок» и износ до такой степени, что они расшатываются на коленчатом валу. В этом видео мы идем. по поводу некоторых причин детонации или детонации двигателя, я покажу вам, как вы можете диагностировать различные причины, которые могут быть чем угодно …

Exit 243 i 5 oregon

Плохие удары по штоку могут вызвать двойной стук, если достаточно материала подшипника штока был изношен, что привело к ударам поршня по головке блока цилиндров в дополнение к удару большим концом шатуна о шейку шатуна коленчатого вала.Это будет похоже на резкий металлический стук (шток) с чередующимся и несколько приглушенным алюминиевым (поршневым) стуком.

Python отказано в разрешении на запись в файл

22 марта 2016 г. · Если биение слишком велико, кулачок будет хлопать взад и вперед, создавая звук, похожий на «стук стержня». В то время как удар поршня может вызвать некоторый шум, а также может указывать на то, что он находится далеко не во времени, создавая искровой детонатор. Более распространенный «стук Колера» — это удары кулачкового вала вперед и назад.

2-е обновление проверки стимула прошло

Что такое стук штанги (стук двигателя)? [Совет специалиста по диагностике и исправлению] Звучит ли ваша машина немного иначе, чем обычно? Если вы слышите стук вместо…

Пренебрежение детьми алабама

7 июня 2014 г. · Хорошо, вот в чем проблема, по утрам или когда я оставляю машину на некоторое время, я выхожу, чтобы завести машину, он издает громкий стук, затем исчезает, но когда вы увеличиваете частоту вращения двигателя примерно до 1500/2000 об / мин, стук становится громче, как будто он исходит со стороны пассажира автомобиля … К счастью, был довольно очевидный звук стука (я подумал, что это могли быть подшипники на во-первых, потому что раньше они были проблемой в этом грузовике).Я разговаривал со знакомым механиком, и он [правильно] догадался, что это жезл. Итак, двигатель пришлось вытащить, а шток заменить.

Принадлежности Wildcat 1000x

16 ноября, 2020 · Наиболее частой причиной детонации штока является вращающийся подшипник, когда подшипник штока существенно заклинивает. Это приводит к тому, что зазор внутри расширяется, так что каждый раз, когда он движется по кругу, избыточный люфт создает стук. Что вызывает вращающийся подшипник? Есть много возможностей, в том числе: отсутствие смазки; Частицы в масле; Падение давления масла 18 января 2020 г. · Деформированный (изогнутый или перекрученный) шатун является одной из причин локальной нагрузки подшипников двигателя, приводящей к чрезмерному износу поверхности подшипника вдоль кромки подшипника.На пораженном участке также могут образовываться усталостные трещины. Рис.5 Краевой износ из-за деформации шатуна. Возможные причины деформации шатуна с последующим износом кромок:

Эксперимент по химическим изменениям

Дата: 17 июля 2005 г. — 20:14 ТЕМА: [19605] шум трансмиссии от MD11c?

Remington 783 болт в сборе

25 сентября 2015 г. · Компания сообщила в документах, что изношенный шатунный подшипник будет издавать циклический стук, а также может вызвать загорание сигнальной лампы давления масла.Продолжение движения с проблемой может привести к выходу подшипника из строя и остановке двигателя.

Pdanet dns error ps4

Примерно через час двигатель стучал, как от подъемника / поршня. Я все еще мог водить машину, но шум был громким и очень заметным. Выскочил из лодки и поехал обратно в мой дом. Масляный датчик остался прежним. Через 30 минут шум утих, а манометр поднялся примерно до 23-25.

Ar 15 на продажу, boise idaho

18 дек. 2008 г. · Механический стук? Звучит не очень хорошо.Отнесите это к хорошему механику, чтобы они его услышали. Однажды я постучался после 9 часов непрерывной езды и остановки машины, чтобы выпить кофе. Я просто ускорился и надеялся, что стук утихнет. Это было так. Шатун изгибался, пробил отверстие в картере и заедал в двигателе. Нет больше …

Комплект шатунных подшипников автомобильного двигателя ITM 4B1146-010 tricornernj

Комплект шатунных подшипников автомобильного двигателя ITM 4B1146-010 tricornernj
  1. Домой
  2. Автомобилестроение
  3. Запчасти и аксессуары
  4. Запчасти для легковых и грузовых автомобилей
  5. Двигатели и компоненты
  6. Поршни, кольца, стержни и детали
  7. Комплект подшипников шатуна двигателя ITM 4B1146-010

Комплект шатунных подшипников двигателя ITM 4B1146-010, Комплект подшипников шатуна ITM 4B1146-010 Двигатель, Бесплатная доставка для многих продуктов, Найдите много отличных новых и бывших в употреблении опций и получите лучшие предложения на Комплект подшипников шатуна двигателя ITM 4B1146-010 по лучшим онлайн-ценам на: отличное обслуживание клиентов Бесплатная доставка и ЛЕГКИЙ возврат товаров с бесплатной доставкой Выпущен последний всплеск рекламных акций! Комплект подшипников шатуна двигателя ITM 4B1146-010.


Комплект подшипников шатуна двигателя ITM 4B1146-010

Найдите много отличных новых и бывших в употреблении опций и получите лучшие предложения на Комплект подшипников шатуна двигателя ITM 4B1146-010 по лучшим онлайн-ценам на! Бесплатная доставка для многих товаров !. Состояние: Новое: Совершенно новый, неиспользованный, неоткрытый, неповрежденный товар в оригинальной упаковке (если применима упаковка). Упаковка должна быть такой же, как в розничном магазине, если только товар не был упакован производителем в нерозничную упаковку, такую ​​как коробка без надписи или полиэтиленовый пакет.См. Список продавца для получения полной информации. См. Все определения условий : Гарантия: : 1 год , Торговая марка: : Компоненты двигателя ITM : Количество: : 1 , Номер детали производителя: : 4B1146-010 : Артикул: : ITM4B1146-010 , UPC: : Не применяется ,



Комплект подшипников шатуна двигателя ITM 4B1146-010


Комплект подшипников шатуна двигателя ITM 4B1146-010
Бесплатная доставка для многих продуктов.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *