H-образные шатуны
В каких условиях работает шатун? Если в двух словах, шатун испытывает знакопеременные циклические нагрузки, которые пытаются его изогнуть. Для обеспечении требуемой жёсткости и геометрии выбираются габаритные размеры, материал и конструкция.
Теперь разберемся, откуда взялось название шатуны с Н-образным стержнем. Если такой шатун разрезать поперек, то в сечении он будет напоминать букву «Н». Строго говоря, у стандартных шатунов профиль поперечного сечения тоже напоминает букву «Н», только и повернутую на 90 градусов. На первый взгляд эффект от применения Н-образного шатуна не виден вовсе. Так для чего используют Н-образные шатуны, и что даёт их применение?
Н-образный профиль позволяет снизить массу шатуна в среднем в 1,4 раза, что, в свою очередь, даёт лучшую приёмистость и уменьшает инерционные нагрузки в двигателе. Уменьшение массы не отражается на прочности Н-образного шатуна, поскольку такой профиль по-другому воспринимает нагрузки и испытывает другие — меньшие — напряжения. Н-образный шатун за счёт применяемого профиля в несколько раз жёстче в поперечном сечении, чем стандартный, а соответственно, способен выдерживать большие нагрузки, которые возникают, например, в форсированных (турбированных) двигателях.
Такие преимущества достигаются не только за счёт конструкции, но и за счёт применения специальных материалов: для производства Н-образных шатунов используют сталь с высоким содержанием хрома и добавлением никеля и молибдена.
Отдельно стоит сказать и о технологии производства. И те, и другие шатуны производятся способом горячей штамповки (ковки). Но многое зависит от дальнейшей обработки деталей. У стандартного шатуна обрабатывают верхнюю и нижнюю головки, у Н-образного шатуна обработке подвергаются все поверхности, что существенно снижает шероховатость и, как следствие, гидродинамические потери.
Есть ещё ряд технологических преимуществ, о которых обязательно стоит упомянуть. В «стандарте» нижние крышки шатуна крепятся болтами и гайками, тогда как в Н-образном шатуне крепление крышки НГШ (нижней головки шатуна) производится болтом к телу самого шатуна. Для производства болта также применяется сталь с добавлением хрома и никеля, а сам болт проходит термообработку (закалку ТВЧ).
Но если Н-образные шатуны так хороши, почему их не применяют в серийных моторах? Ответ прост. Во-первых, более сложная технология производства удорожает стоимость таких шатунов в несколько раз, что не выгодно владельцу серийного автомобиля, эксплуатирующему свой двигатель в обычных условиях. Во-вторых, реальные преимущества от применения Н-образных шатунов выявляются только при работе на высоких оборотах: более 5000 об./мин. Именно поэтому применение шатунов со стержнем Н-образного сечения в стандартных двигателях считается неоправданным в отличие от форсированных моторов, в которых меньшая масса шатуна с сохранением требуемой жёсткости и прочности играют важную роль.
