Шатун и рельс железнодорожный...

И действительно: что может быть одинакового между  железнодорожным рельсом и автомобильным шатуном?
Как ни странно, но  определенная  "одинаковость" - есть.
И очень близкая, между прочим. И не только в том, что и рельс, и шатун изготовлены из металла, нет.
Основная их "одинаковость"  предопределена теми знакопеременными нагрузками, которые они испытывают в течении всей своей "жизни".
Вот поэтому и форма у них  практически одинаковая:

                                     

                                               рис.1

,- называемая "двутавр".
Надо полагать, что эта форма, как всегда, была позаимствована у нашей Природы...

При расчете шатунов особое внимание обращается на величину знакопеременных, ударных и тепловых  нагрузок, поэтому при его изготовлении используются стали с высокими пределами прочности и  выносливости: хромистые, марганцовистые, среднеуглеродистые и так далее.
Но все в этом мире  имеет свои пределы....
Да, металл всегда сопротивляется Человеческой Глупости или Незнанию, но...
Мало рассчитать шатун по таким параметрам, как:
- температурный "натяг"
- "натяг" металла при запрессовке
- напряжение растяжения
- изгибающий момент
- одновременные изгиб и сжатие шатуна во время его рабочего хода в двух взаимно -перпендикулярных плоскостях...
      Рассчитать можно практически все, кроме одного - кроме так называемого "Человеческого Фактора", когда из-за Незнания или по "Глупости обыкновенной" автомобиль выходит из строя...

...так или приблизительно так мог думать Диагност Михаил Михайлович Бонч-Осмоловский (Автосервис "Абрис-Ама", город Москва, ул.Поморская - 29).
Несмотря  на свою аристократическую фамилию он "Механик от Бога".
В его "послужном ремонтном списке  десятки  "вылеченных" и "реанимированных" автомобилей...
Ни для кого не секрет, что практически любая "механическая" неисправность первоначально определяется "на слух и на нюх" (фото 1).
"Смотрится" по своим ощущениям.
Так и в этом случае, когда джип с  дизельной "шестеркой" серии 1HD-FTE в буквальном смысле слова "притащили как бычка на веревочке".
 

                         фото 1

Двигатель работал, но как-то "неохотно", "переваливаясь", обороты набирать не желал и, естественно, дымил. Идея о так называемом "гидравлическом ударе" родилась не сразу, этому предшествовали необходимые в таких случаях измерения, которые проводились при помощи микрометра часового типа и специально изготовленных к нему приспособлений  (фото 2 и 3):

 

  

                   фото 2                         фото 3

Только после "физических измерений" и  было предположено, что шатуны - "повело", потому что оказалось:

    

                рис.3                                     рис.4

На рисунке 3 показано (приблизительно), какое положение должны занимать поршни двигателя в рабочем состоянии. А на рис.4 показано, какое положение будут занимать поршни двигателя в том случае, когда один или несколько шатунов "поведет", то есть, когда они под воздействием "гидроудара" изменят свои геометрические размеры (станут короче) и поршни займут разные положения по высоте.

Итак,- "гидроудар"?

После пуска Рублевского водопровода в Москве в конце 19 века, произошла авария. Для изучения ее причин  была привлечена группа специалистов под руководством Н.Е Жуковского (см.Примечание). Вся причина оказалась в том, что тогда  применяли "пробковые" краны, а не винтовые, как сейчас(возможно тогда и родилось такое выражение: "Вылетел как пробка").
 По результатам работы комиссии в 1899 году им был написан научный труд под названием: "О гидравлическом ударе".
И сейчас под  понятием  "гидравлический удар" понимают резкое повышение давления , возникающее в упругом трубопроводе с малосжимаемой жидкостью при внезапном изменении скорости ее течения.
"Малосжимаемая жидкость" - да, правильно, потому что сейчас уже установлено, что если на жидкость оказывать  давление в 10 MPa, то она изменит свой объем не более, чем на 0.5% .
Жидкое тело сохраняет свой объем практически постоянным, который очень трудно изменить, даже прикладывая к нему значительные силы.
Потому что жидкость не имеет такой структуры как, например, твердое тело.
Жидкость - это сплошная среда, которая заполняет все пространство без пустот и промежутков.


Применительно к автомобильным двигателям, "гидроудар" разрушает или изменяет геометрические размеры тех предметов, которые оказались в зоне его влияния:

  

             рис.5

На рисунке 5 показано, что плоскости a - b будут испытывать максимальное воздействие "гидроудара", потому что они заранее "напряжены" как , например,  в результате первоначальной "натяжки" при запрессовке пальца шатуна, так и при своей работе.
Итак, поршень движется вверх (на рисунке 6 это сила F) и встречает на своем пути некий объем жидкости. Жидкость можно сжать до определенного предела (см. выше), но дальше поршень останавливается, потому что двигаться ему - некуда.
Можно сказать, что "перед ним - стена".
А коленвал продолжает "толкать" шатун вверх.
В зависимости от количества жидкости, которая находится в цилиндре, от скорости вращения коленвала, от имеющегося нагрева (и так далее) происходит:
1. Сгибание шатуна
               или
2. "Выламывание зеркала" цилиндра
                или
3. Обрыв цепи или ремня
                 или
4. Частичное разрушение (изменение геометрических размеров) коленчатого вала

,- то есть, все будет зависеть от суммарной или разновычтенной величины тех сил, которые указаны на рисунке 6:

                  рис.6

G - вес жидкости
F - сила, прикладываемая к поршню двигателя
R1-R2-R3 - реакция стенок цилиндра и поршня на "гидроудар"

Но чаще всего у нас "гнет шатун".
Это еще предопределено самой "механикой" любого бензинового двигателя, посмотрите на рисунок ниже:


                    рис.7

В  современных двигателях ось поршневого пальца всегда смещена от оси цилиндра.
При своей работе поршень всегда "прижат" к одной из стенок, которую условно принято называть "рабочей поверхностью". Именно это и "помогает" шатуну согнуться при встрече с препятствием, коим в данном случае является "вода обыкновенная" (например).

Каким образом жидкость может попасть в цилиндр двигателя?
Несколькими путями (и не только жидкость: если автомобиль по каким-то причинам оказался перевернутым, то камера сгорания может заполниться еще и маслом).
Например, при пересечении водной преграды.
В Интернете описываются  вообще экзотические случаи, когда двигатель "давал клина" после того, как автомобиль "пролетел по луже" ( в  это не очень-то верится, потому что на пути воды в данном случае стоял воздушный фильтр, да и количество попавшей воды должно было быть совсем небольшим).
Если объем жидкости оказывается большим, чем объем камеры сгорания - худо дело.
Если  же он меньше, то  разрушения могут быть не столь сильными.
         Характер разрушений при этом  спрогнозировать трудно.
Все зависит от величины тех факторов, которые указаны на рис.6.
Наиболее часто и предсказуемо "гнет шатун", что приводит к нестабильной работе двигателя,-это в случае "незначительного" его изгиба.

...Кто-то может спросить: "По каким причинам такая статья была помещена в раздел "Это вы можете"?
А ответ простой: "Вы можете не допустить "гидроудар"!
Для начала посмотрите, где и на каком уровне от дороги располагается у вас воздухоприемник.
И далее, если  на вашем пути вдруг попадется какое-то водное препятствие, то сами смотрите: "Сможете форсировать без ущерба для себя или нет".
Рисковать никогда не стоит, в данном случае: "Осторожность сохраняет средства".
Если у вас машина вдруг оказалась перевернутой...
   "Неприятно", что и говорить.
В этом случае надо "поставить" машину на колеса, но далее даже и не пробовать запустить двигатель  сразу!
Потому что "схватите клина",
скорее всего...
Лучше всего автомобиль отбуксировать в автосервис (поправлюсь - "в грамотный автосервис"), где надо рассказать всю историю с самыми мельчайшими подробностями.
Если же эвакуировать автомобиль невозможно, то для начала выкрутите свечи и прокрутите двигатель вручную, попробуйте "почувствовать", нет ли сопротивления движению поршней.
После этого уже можете вращать двигатель стартером.
Но всегда надо стремиться как можно быстрее переместить автомобиль-"перевертыш" в грамотный автосервис.
Особое внимание обращайте на стук в двигателе, если он есть или появился при движении в автосервис -  глушите двигатель и доставайте сотовый телефон!

Примечание:
ЖУКОВСКИЙ Николай Егорович (1847—1921)—русский учёный в области механики, основоположник современной аэро- и гидромеханики. В 1868 окончил Московский университет. С 1872 преподавал в Московском техническом училище (ныне МВТУ), с 1886 одновременно профессор Московского университета. В 1894 был избран членом-корреспондентом Петербургской Академии Наук а в 1900 выдвинут кандидатом в академики, но снял свою кандидатуру, не желая оставлять преподавание в Москве. С 1918 руководил ЦАГИ. Под руководством Жуковского была создана одна из первых в мире аэродинамических труб (1902), основан первый в Европе аэродинамический институт (1904), организована аэродинамическая лаборатория в Москровском техническом училище (1910). Жуковский своими работами в области аэродинамики и авиации заложил теоретические основы крылатых Летательных Аппаратов. Ему принадлежит фундаментальная работа по динамике полёта «О парении птиц» (1891), в которой исследован механизм парения с набором высоты и вычислены возможные эволюции траектории при полёте, в том числе «мёртвая петля» (петля Нестерова). В 1906 изложил принцип образования подъёмной силы крыла самолёта и сформулировал теорему, позволяющую определить её численное значение. В цикле работ Жуковского (1910—12) развит математический аппарат для решения задач обтекания крыла и дан метод построения теоретических «профилей Жуковского». В 1912—18 Жуковский установил законы распределения скоростей у лопасти винта, послужившие теоретической основой для их проектирования, создал основы аэродинамического расчёта самолёта, расчёта динамической продольной устойчивости и прочности самолётов. Вопросы реактивного движения были изложены Жуковским в ряде работ: «О реакции вытекающей и втекающей жидкости» (1882—85), "О движении твердого тела, имеющего полости, наполненные однородной капельной жидкостью" (1885), "К теории судов, приводимых в движение силой реакции воды" (1908). Жуковский - автор многочисленных оригинальных исследований в области астрономии, математики, механики твёрдого тела, гидродинамики, гидравлики и др. Именем Жуковского назван кратер на Луне.

Владимир Петрович