Коленчатый вал ДВС

Термином «коленчатый вал» называют деталь двигателя, который работает за счет поршневой группы. Воспламенившаяся в камере сгорания топливно-воздушная смесь при увеличении в объеме толкает поршень из цилиндра.

Для движения транспортного средства необходимо преобразовать поступательное движение поршня во вращательное. Это вращательное движение далее передается в коробку передач, конечной целью передачи механической энергии служат полуоси или карданный вал.

Таким образом, коленчатый вал нуден для преобразования поступательного механического движения во вращательное.

При изготовлении коленчатого вала производитель должен изготовить его так, чтобы избежать при движении появления вибраций или минимизировать их.

Коленчатый вал ДВС

Разновидности коленчатых валов

  • Полноопорные. Коренные шейки находятся по обе стороны от шатунной. Так как опоры, располагающиеся по сторонам каждой шатунной шейки, выступают в качестве основной оси кривошипно-шатунного механизма, количество коренных шеек на один больше шатунов. Этот вариант коленвала благодаря облегченному весу считается самым распространенным, что непосредственно влияет на КПД двигателя.
  • Неполноопорные. Коренные шейки располагаются с одной стороны. Такая конструкция имеет свои преимущества и недостатки. К достоинствам относится предупреждение поломок и деформаций при эксплуатации автомобиля благодаря изготовлению из высокопрочных сплавов. Однако такой подход к конструкции элемента приводит к увеличению массы коленвала. Этим объясняется отношение к данной разновидности вала, как устаревшей. Популярностью неполноопорные коленвалы пользовались в прошлом веке для установки на автомобили с низкооборотными двигателями.

Коленчатый вал ДВС

Для изготовления коленчатых валов используют различные материалы. Выбор зависит от типа автомобиля:

  • легированную сталь или сплавы чугуна – для ТС с двигателями небольшой мощности;
  • углеродистую сталь – для двигателей большой мощности.

Примечание: углеродистую сталь используют высокой износостойкости.

Надо отметить на дизельные двигатели устанавливаются коленвалы особой прочности с дополнительной закалкой высокочастотным током. Причина в тех огромных нагрузках, под которыми работает коленчатый вал.

Расположение коленчатого вала зависит от типа двигателя. Размещение в нижней части двигателя характерно для стандартных ДВС, а в оппозитных моторах коленвал размещается в центрально части. Защита коленвала осуществляется с помощью закрепленного в подшипниках картера, что позволяет избежать смещения вала. В некоторых конструкциях используются дополнительные упоры.

Коленчатый вал ДВС

Функция коленвала

Основная функция коленчатого вала состоит в преобразовании поступательное движение поршней ДВС во вращательные и затем в крутящий момент, который трансмиссия передает на оси и колеса автомобиля.

Основная техническая характеристика коленвала – радиус кривошипа, под которым понимается расстояние между осями коренных шеек и шатунных. Обычно в конструкциях коленвалов используются 4 коренные шейки, которые выступают в роли опор, но есть с 3 коренными шейками, а в двигателях V6 используются 7.

Существует зависимость между объемом цилиндров и удвоенным радиусом, т.е. длиной движения поршня. Если диаметр стабилен, а радиус кривошипа меняется, происходит изменение объема цилиндра. Данная зависимость позволяет проводить регулировку для изменения технических характеристик двигателя для достижения определенных параметров работы.

Знание соотношения между длиной хода поршня и диаметром цилиндра позволяет изменить параметры двигателя:

  • длинноходный – экономичен и позволяет получить повышенный крутящий момент на небольших оборота;
  • короткоходный – обеспечивает повышение мощности за счет увеличения числа оборотов.

Коленчатый вал ДВС

Конструкция коленчатого вала

Конструктивно деталь состоит из следующих элементов:

  • Коренная шейка, выступающая в роли опорной части механизма (ось вращения). Она устанавливается в подшипнике, находящемся в картере ДВС.
  • Шатунная шейка, представляющая собой опоры для шатунов. При вращении коленчатого вала происходит смещение шатунных шеек по отношении к оси – шейки описывают круг.
  • Носок, на котором зафиксирован шкив или зубчатое колесо газораспределительного механизма. На нем, как на выходной части коленвала, могут быть зафиксированы дополнительные механизмы. Носок используется для передачи энергии приводу ГРМ.
  • Щека – представляют собой толстостенные пластины, применяются для соединения шатунных и коренных шеек. Среди функций «щек» – защита коленвала при максимальных нагрузках.
  • Противовесы для сохранения баланса при возвратно-поступательных движениях элементов поршневой группы. Они нейтрализуют нагрузку центробежной силы и уравновешивают вес шатунов и поршней.
  • Хвостовик – это задняя часть механизма с прикрепленным маховиком, который приводит в движение шестерни КПП.
  • Кривошип состоит из одной шатунной шейки и двух «щек».
  • Сальники, расположенные в передней и задней частях коленвала, защищают от протечек моторного масла.
  • Подшипники скольжения представлены в виде тонких стальных листов со слоем смазки. Они обеспечивают вращение всех деталей механизма.
  • Упорный подшипник необходим для избежания осевого смещения. Он располагается на коренной средней или крайней шейке.
  • Фланцы, вкладыши, упорные полукольца, шестерни и шкив.

Количество коренных и шатунных шеек определяется количеством цилиндров двигателя, их расположением и порядка работы.

Коленчатый вал ДВС

В настоящее время двигатели оснащают цельными элементами в отличие от моделей прошлых лет со сборными кривошипами. Изготавливаются из высокопрочной стали методом ковки с последующей обработкой на токарном станке. Существует технология изготовления более дорогих элементов из чугуна с помощью литья.

Принцип работы коленчатого вала

Принцип работы коленвала можно сравнить с работой педалей велосипеда. Отличие состоит в количестве шатунов коленчатого вала.

Сгорание топливно-воздушной смеси приводит к выделению газов, оказывающих давление на поршни. Поршень начинает двигаться и совершает поступательное движение. Механическая энергия от элементов передается поршням.

За счет соединения шатуна с шейкой коленчатого вала и подшипником поступательное движение поршня преобразуется во вращение коленвала. Возвратное движение поршня начинается после поворота на 180 градусов, когда шатунная шейка движется в обратном направлении.

Эти циклы повторяются непрерывно, и вырабатываемая вращательная энергия заставляет колеса двигаться.

Коленчатый вал ДВС

Что такое коленвал и почему он может сломаться :

Классический двигатель внутреннего сгорания способен какое-то время проработать без фильтров и даже с минимумом масла, но без коленчатого вала он просто не может существовать! Этот базовый элемент конструкции мотора является к тому же одним из самых дорогих в автомобиле.

  • Что это
  • Компоненты
  • Датчик
  • Неисправности
  • Как продлить срок службы

Коленвал — это расположенный в блоке двигателя внутреннего сгорания (ДВС) элемент сложной формы, преобразующий возвратно-поступательное движение поршней во вращательное, которое через маховик и трансмиссию передается на колеса.

Слово «коленвал» является сокращением от термина «коленчатый вал». Употребляется и жаргонное обозначение элемента, «колено». Коленом также называют сегменты вала, смещенные относительно его оси вращения. Количество колен зависит от числа цилиндров.

В серийных ДВС имеется один коленвал, но создавались опытные образцы с двумя «коленами». Коленчатые валы изготавливают из литого высокопрочного чугуна и различных видов стали (для моторов с наддувом и дизелей).

В ДВС малой и средней мощности для сокращения стоимости производства могут применяться стальные коленчатые валы, полученные методом горячей штамповки, а наилучшими характеристиками обладают кованые стальные элементы.

В автомобильных ДВС, в отличие устанавливаемых на мототехнике, используют неразборные коленвалы.

Основные компоненты коленвала

В коленчатом вале любого ДВС выделяют следующие основные компоненты:

  1. Коренные шейки — сегменты вала, находящиеся на его оси вращения. 
  2. Шатунные шейки — сегменты вала, смещенные относительно его оси вращения и коренных шеек. Служат для крепления шатунов с поршнями и воспринимают передаваемое от них усилие. Диаметр шатунных шеек меньше, чем у коренных.
  3. Щеки — как правило, округлые или эллиптические диски, служащие для соединения коренных и шатунных шеек. В щеки также интегрированы противовесы, предназначенные для снижения уровня вибраций ДВС.
  4. Носок — передняя часть коленвала, к которой крепится звездочка / шкив привода газораспределительного механизма и вспомогательных систем.
  5. Хвостовик (фланец маховика) — задняя выходная часть коленвала, соединенная с маховиком, а через него — с трансмиссией.
  6. Масляные каналы — система полостей во всех шейках и щеках вала для подачи масла к трущимся частям.

Коленчатый вал ДВС

Из чего состоит коленчатый вал ( globaldrive-shop.ru)

По типу опоры различают две разновидности коленвалов:

  1. Полноопорные. У таких валов коренные шейки располагаются по обеим сторонам от шатунных и их на одну больше. Сложны в изготовлении, но позволяют сочетать легкость и надежность конструкции. Сегодня являются самым распространенным видом коленвалов.
  2. Неполноопорные. В таких валах коренных шеек меньше, чем шатунных, а с обеих сторон щеки могут располагаться смещенные относительно друг друга шатунные шейки. Проще в производстве, но из-за меньшего числа точек опор (коренных шеек) для получения приемлемого уровня надежности должны быть более тяжелыми.

Датчик коленвала

Бензиновые и дизельные двигатели с электронной системой управления имеют датчик коленвала или датчик положения коленвала (ДПКВ). Он необходим для синхронизации систем зажигания и впрыска топлива. Рассогласованность в их работе, вызванная неисправностью ДПКВ, может привести к тому, что двигатель не заведется или заглохнет.

ДПКВ могут устанавливаться:

  1. У шкива коленвала.
  2. В блоке ДВС.
  3. В корпусе коробки передач.

По принципу действия различают следующие виды ДПКВ:

  1. Магнитные — основаны на эффекте электромагнитной индукции, не требуют источника питания.
  2. Датчики Холла — измеряют напряженность магнитного поля. Точнее магнитных, но требуют подключения к источнику питания.
  3. Оптические — срабатывают при затенении светодиодного источника света специальным устройством.

ДПКВ, как и любое устройство, может выйти из строя. Причины этого следующие:

  1. Механические повреждения при выполнении ремонтных работ в моторном отсеке.
  2. «Затенение» датчика посторонними предметами.
  3. Окисление недостаточно загерметизированных контактов датчика.

Коленчатый вал ДВС

 Shutterstock

Как проявляется неисправность ДПКВ?

  1. Затрудненный пуск двигателя, особенно в сырую погоду.
  2. Плавающие обороты двигателя как при остановке, так и в движении.
  3. Детонация в цилиндрах при высоких нагрузках, проявляющаяся в повышенной вибрации двигателя.
  4. Явное снижение мощности.
  5. При работающем стартере двигатель не заводится, а стрелка тахометра при этом неподвижна.
  6. Двигатель внезапно глохнет.
  7. На панели приборов загорается индикатор Check engine.

К счастью, ДПКВ не «умирает» скоропостижно, поэтому при появлении таких симптомов, как правило, есть возможность добраться до сервиса. Самостоятельно поменять ДПКВ на дороге у большинства современных автомобилей крайне сложно, поскольку их моторные отсеки плотно нафаршированы различным оборудованием.

Читайте также:  Диагностика МКПП и ремонт механической коробки: что нужно знать

Неисправности коленвала

Коленвал — вещь массивная и «железная», но и нагрузки он испытывает серьезные, а потому «колено» тоже может заболеть. Чем?

Задиры шатунных шеек

Главная причина — недостаточная смазка элемента, испытывающего сильные нагрузки. Что к этому привело — плохое качество масла, забитый масляный фильтр или конструктивный просчет, — дело второе.

Задиры не позволяют коленвалу свободно вращаться в подшипниках (вкладышах), из-за чего возникает перегрев, чреватый деформацией коленвала.

Если своевременно принять меры, можно ограничиться шлифовкой шатунных шеек и подбором более толстых ремонтных вкладышей.

Коленчатый вал ДВС

Коленвал — вещь массивная и «железная», но и нагрузки он испытывает серьезные ( cool-shina.ru)

Срез шпонки коленвала

Шпонка — вставляющийся в пазы миниатюрный металлический клин, который в данном случае позволяет закрепить на носовой части коленвала звездочку / шкив привода газораспределительного механизма и вспомогательного оборудования. Некачественный металл становится причиной среза шпонки. Поврежденный паз в коленвале можно попытаться восстановить сваркой с последующей фрезеровкой.

  • Износ отверстий фланца коленвала
  • Этот дефект, вызванный усталостью металла, можно устранить, рассверлив отверстия под бóльший диаметр болтов.
  • Течь масла из-под сальников

Со временем сальники, установленные на задней и носовой части коленвала, изнашиваются и начинают пропускать масло, которое может попасть на сцепление и/или ремень ГРМ, что чревато отказом первого и обрывом второго. В таком случае дорогостоящий ремонт обеспечен.

Как продлить срок службы коленвала

Коленвал не та деталь двигателя, к которой можно легко добраться, а любая неисправность элемента может больно ударить по карману. Чтобы не нарваться на крупные неприятности, лучше выполнять элементарные меры профилактики:

  1. Своевременно менять масло в двигателе на рекомендованное производителем.
  2. Выбирать качественные масляные фильтры и менять их одновременно с заменой масла.
  3. Периодически проводить визуальный осмотр на предмет утечки моторного масла из-под сальников.
  4. Не допускать перегрева двигателя.
  5. Следить за состоянием прокладки головки блока цилиндров, чтобы не допустить попадания в моторное масло охлаждающей жидкости и топлива.

Коленчатый вал ДВС

Коленвал не та деталь двигателя, к которой можно легко добраться, а любая неисправность элемента может больно ударить по карману ( Shutterstock)

Коленвал: устройство, назначение, принцип работы

Важнейшей деталью каждого транспортного средства, оснащенного двигателем внутреннего сгорания, является коленвал.

Главная его задача состоит в передаче крутящего момента вначале на маховик, затем на трансмиссию, а уже потом – на полуоси колес.

Примечательно то, что деталь изготавливается под конкретную марку силовой установки, а не под модель авто, как это бывает с другими комплектующими.

В ходе эксплуатации коленвал двигателя притирается к нему, к его особенностям, поэтому, когда возникает необходимость в ремонте или замене, мастера максимум внимания уделяют износу подвижных элементов и стараются ответить на вопрос о том, что стало его причиной.

Коленчатый вал: что это, каковы его задачи

Коленчатый вал направляет крутящий момент на маховик, откуда тот поступает на шестеренки трансмиссии, затем – на колеса (ведущие). Сам вал начинает вращаться под влиянием поршневой группы. 

Коленчатый вал ДВС

Большинство классических ДВС работают по одинаковой схеме. Внутри таких установок возвратно-поступательные движения преобразовываются во вращательные.

Блок цилиндров включает поршни с шатунами, и в момент, когда воздушно-топливная смесь направляется в цилиндр, где она возгорается от искры, освобождается большое количество энергии.

Газы, которые под воздействием тепла расширяются, оказывают давление на поршень, и он начинает перемещаться вниз. 

Цилиндры устанавливаются на шатунах, закрепленных на шатунных шейках коленвала. Так как каждый цилиндр срабатывает в конкретный момент времени, воздействие, оказываемое на кривошипно-шатунный механизм, получается равномерным, поэтому коленчатый вал двигается постоянно. Движение переходит на маховик, а уже от него посредством сцепления переходит на КП и на колеса. 

Внешне этот элемент представляет собой сочетание большого количества шатунных шеек, сочетающихся друг с дружкой коленной шейкой. Число таких колен-шеек зависит от числа цилиндров, а также полностью соответствует их форме и местонахождению. С поршнями шейки соединяются посредством шатунов, которые приводят коленвал в движение. 

Есть несколько разновидностей коленчатого вала двигателя. Когда шатунные шейки расположены симметрично от шейки коленной, это полноопорный коленвал. Когда шатунные шейки установлены лишь с одной стороны, говорят, что вал неполноопорный. 

Материалы изготовления коленвала. Технология производства

В процессе производства коленчатых валов применяют разные материалы. Для спорткаров или автомобилей люкс-класса валы выпускают из легированной либо углеродистой стали, характеризующейся повышенной прочностью и износостойкостью. 

Для серийных авто используется модифицированный чугун, который обрабатывается путем прессования либо литья. В качестве элементов, необходимых для легирования стали, используется хром и молибден, реже могут быть примеси других металлов, которые работают на увеличение прочности. 

Чаще всего устанавливается деталь внизу, над кратером, но если ДВС оппозитный, то данный конструктивный элемент находится выше, в центральной части двигателя, что упрощает процесс замены коленвала при необходимости.

Технология изготовления

Выпускаются заготовки валов путем штамповки и литья. Кованые модели более прочны, их делают, как уже говорилось выше, из легированной или углеродистой стали. Изделия массового производства, которыми комплектуются в основном серийные модели автомобилей, выпускают из высокопрочного чугуна, используется при этом метод литья. 

Выливают материал в оболочковые или земляные формы, причем, применение именно оболочковых форм является более прогрессивным методом, так как изделие получается более точным, припуски на механическую обработку оказываются минимальными, а порой они и вовсе отсутствуют. 

Коленчатый вал ДВС

Если речь идет о методе горячей штамповки, это уже массовое производство, так как технология изготовления позволяет получить готовую деталь, которая практически не требует обработки.

Отсюда – более точные размеры коленвала, идеальная форма, а также доступная цена, продиктованная минимальными отходами металла. К тому же волокна в готовой детали размещены оптимальным образом, что заметно улучшает показатели прочности, как следствие – износостойкость детали.

Стальные валы

Коленчатые валы для спорткаров, автомобилей повышенной мощности и высокой проходимости изготавливают из стали путем ковки либо горячего штампования. Чаще всего для этого используют сталь 35, 50, 45Г и 50 Г. Производство деталей быстроходных механизмов осуществляется из упомянутых выше сталей, в которые добавляют хром и никель, хром и молибден. 

Легированные стали характеризуются повышенной пластичностью, твердостью, продолжительным сроком службы, поэтому из них выпускают коленчатые валы для мощных дизельных и бензиновых силовых установок. 

Чугунные валы

В серийных моделях не только автомобильного транспорта, но и других ТС, оснащенных двигателями внутреннего сгорания, устанавливают коленвалы из чугуна с графитом, изготовленные методом литья. Технология известна давно, но в последнее время она была усовершенствована, что позволило удешевить процесс производства и повысить качество деталей, минимизировать процесс образования брака. 

Примечательно то, что благодаря использованию новейшего оборудования удалось значительно уменьшить потери металла, и чем сложнее конструкция комплектующего, тем эта экономия заметнее. Наличие в составе графита повышает износостойкость и надежность вала, но ключевую роль играет качество литья, отсутствие так называемых литейных пороков. 

Прочность изделия зависит от свойств материала. Если вал выпущен из модифицированного либо высокопрочного чугуна, отпадает необходимость в его дальнейшей термической обработке. Литая деталь характеризуется одинаковой твердостью по всей площади, которая не уменьшается даже после шлифования. 

Из чего состоит коленвал

Ключевыми составными элементами коленвала можно считать следующее:

  •  Коренная шейка – опора, выполняющая функции оси вращения. Находится она в подшипнике.
  •  Щеки – некое связующее звено между коренными и шатунными шейками, к тому же препятствующее разрушению детали вследствие непрерывных нагрузок.
  •  Шатунные шейки – это опоры, которые соединены с шатунами поршней. 
  •  Носок – расположенный спереди конструктивный элемент, который передает мощность на вспомогательные механизмы.
  •  Хвостовик – элемент, расположенный сзади. Он соединяется с маховиком либо шестеренкой отбора мощности для передачи усилия на движение.
  •  Противовесы – отдельный элемент конструкции, распределяющий нагрузку и уравновешивающий вал.

Роль уплотнителя для хвостовика и носка играют сальники коленвала, которые предотвращают протекание масла на стыках там, где маховик выходит за границы цилиндров. За способность детали двигаться вращательно отвечают подшипники скольжения, изготовленные из стали. Для исключения риска смещения оси вращения устанавливается упорный подшипник.

Механизм работы

Работоспособность всех без исключения ДВС обеспечивается поршневым блоком, который приводит в действие коленвал. Работает механизм следующим образом:

  •  Топливная смесь в цилиндре сгорает, это ведет к расширению воздуха и образованию давления.
  •  Под воздействием давления происходит выталкивание поршня, начинается поступательное движение.
  •  Соединение с шатунными шейками обеспечивает изменение поступательного движения во вращательное.
  •  Полученная, таким образом, энергия вращения с коленвала направляется на ведущие колеса, и транспортное средство движется.

Датчик коленвала

Датчик коленчатого вала используется лишь в транспортных средствах, оснащенных системами электронного управления двигателя. От вращения вала зависит работа нескольких деталей и даже целых систем, благодаря своевременной подачи топливной смеси становится возможным улучшение ездовых характеристик. 

Для синхронизации рабочих процессов как раз и придумали специальный датчик, способствующий синхронизации зажигания. Он передает данные о положении коленчатого вала на блок управления и тем самым оптимизирует работу множества механизмов. Датчики коленвала бывают нескольких видов:

  •  магнитные;
  •  Холла;
  •  оптические.

У каждого из них – свои особенности и преимущества, но все они устанавливаются в корпусе силового агрегата на специальном кронштейне.

Неисправности и их устранение

Коленчатый вал ДВС

К наиболее распространенным неисправностям коленвала относится:

  • Значительный износ шатунных и коренных шеек, к которому привела нехватка масла или его ненадлежащее качество, неправильное давление в системе, засоренность масляного фильтра, перегрев масла, приведший к его разжижению. Устраняется неисправность капитальным ремонтом мотора.
  • Износ торцов под упорными кольцами (а случается это, если автомобиль часто стоит на месте при выжатом сцеплении) В этом случае придется обработать упорные фланцы и использовать более толстые полукольца. Часты случаи, когда подобный эффект устраняется только путем замены вала, которому предшествует диагностика, а при необходимости – и ремонт привода сцепления.
Читайте также:  Что такое трансмиссионное масло: свойства и особенности

Итог

Коленчатый вал машины – деталь, отвечающая за способность транспортного средства двигаться, поэтому роль ее в конструкции машины невозможно переоценить. Чтобы коленвал успешно справлялся с возложенными на него функциями и служил годами, необходимо регулярно проводить ТО и выполнять ремонт детали, как только возникнет такая необходимость. 

Как делают коленвал

Поиск запроса «коленчатый вал» по информационным материалам и форуму

Коленвал — основа поршневого двигателя

Про коленвал слышали, конечно, все. Но, вероятно, не каждый автолюбитель четко представляет себе, что это такое и для чего он нужен. А некоторые даже толком не знают, как он выглядит и где находится. Между тем это важнейшая деталь, без которой невозможна нормальная работа поршневого двигателя внутреннего сгорания (ДВС).

 

Деталь эта, нужно заметить, довольно тяжелая и дорогостоящая, а ее замена — дело весьма хлопотное. Поэтому инженеры не оставляют попыток создать альтернативные облегченные ДВС, в которых можно было бы обойтись без коленвала.

Однако существующие варианты, например, двигатель Фролова, еще слишком сырые, поэтому о реальном использовании подобного агрегата говорить пока очень рано.

Назначение

Коленчатый вал является составной частью ключевого узла ДВС — кривошипно-шатунного механизма (КШМ). В состав механизма входят также шатуны и детали цилиндро-поршневой группы. 

Коленчатый вал ДВС

При сгорании воздушно-топливной смеси в цилиндре двигателя образуется сильно сжатый газ, который в фазе рабочего хода выталкивает поршень к нижней мертвой точке. 

Шатун одним концом при помощи поршневого пальца соединен с поршнем, а другим — с шатунной шейкой коленвала. Возможность соединения с шейкой обеспечивает съемная деталь шатуна, именуемая крышкой.

Так как шатунная шейка смещена относительно продольной оси вала, то, когда шатун толкает ее, вал поворачивается. Получается нечто напоминающее вращение ногами педалей велосипеда.

Таким образом возвратно-поступательные движения поршней преобразуется во вращение коленвала. 

На одном из концов коленчатого вала — хвостовике — монтируется маховик, к которому прижимается диск сцепления. Через него вращательный момент передается первичному валу коробки передач и далее через трансмиссию — на колеса. Кроме того, массивный маховик за счет своей инерционности обеспечивает равномерность вращения коленвала в промежутках между рабочими тактами поршней. 

На другом конце вала — его называют носок — размещают шестерню для ремня ГРМ, посредством которого вращение передается распредвалу, а тот, в свою очередь, управляет работой газораспределительного механизма. Этот же привод во многих случаях запускает еще и водяную помпу. Здесь же обычно находятся шкивы привода вспомогательных агрегатов — насоса ГУР (гидроусилителя руля), генератора, кондиционера. 

Конструкция

Каждый конкретный коленчатый вал может иметь свои конструктивные особенности. Тем не менее можно выделить общие для всех элементы.

Коленчатый вал ДВС

Те участки, которые находятся на основной продольной оси вала, называются коренными шейками (10). На них коленвал опирается при установке в картер двигателя. Для монтажа используются подшипники скольжения (вкладыши).

Шатунные шейки (6) располагаются параллельно основной оси, но смещены относительно нее. В то время как вращение коренных шеек происходит строго по основной оси, шатунные шейки движутся по окружности. Это те самые колена, благодаря которым деталь получила свое название.

Они служат для подсоединения шатунов и через них принимают возвратно-поступательные движения поршней. Здесь также используются подшипники скольжения. Количество шатунных шеек равно количеству цилиндров в двигателе.

Хотя в V-образных моторах на одну коренную шейку зачастую опирается два шатуна.

Чтобы компенсировать центробежные силы, возникающие при вращении шатунных шеек, у них в большинстве случаев, хотя и не всегда, имеются противовесы (4 и 9).

Они могут располагаться с обеих сторон шейки либо только с одной. Наличие противовесов позволяет избежать деформации вала, которая может вызывать неправильную работу двигателя.

Нередки случаи, когда изгиб коленчатого вала приводит даже к его заклиниванию.

Так называемые щеки (5) соединяют между собой коренные и шатунные шейки. Они также выполняют роль дополнительных противовесов. Чем больше высота щек, тем дальше от основной оси находятся шатунные шейки, а следовательно, выше крутящий момент, но ниже максимальное число оборотов, которое способен развить двигатель.

  • На хвостовике коленвала находится фланец (7), к которому крепится маховик.
  • На противоположном конце имеется посадочное место (2) для шестерни привода распредвала (ремня ГРМ).
  • В некоторых случаях на одном из концов коленвала имеется готовая шестерня для привода вспомогательных агрегатов.

Коленвал монтируется в картере двигателя на посадочные поверхности с использованием коренных подшипников, которые сверху фиксируются крышками. Упорные кольца возле коренных шеек не дают валу смещаться вдоль своей оси. Со стороны носка и хвостовика вала в картере двигателя имеются сальники. 

Коленчатый вал ДВС

Для подачи смазки к коренным и шатунным шейкам в них имеются специальные масляные отверстия. Через эти каналы получают смазку так называемые вкладыши (подшипники скольжения), которые размещаются на шейках.

Производство

Для изготовления коленчатых валов используют высокопрочные марки стали и специальные виды чугуна с добавлением магния. Стальные валы производятся обычно методом штамповки (ковки) с последующей термической и механической обработкой.

Для обеспечения поступления смазки просверливаются специальные масляные каналы. На конечном этапе производства производится динамическая балансировка детали для компенсации центробежных моментов, возникающих во время вращения.

Вал уравновешивается и таким образом исключаются вибрации и биения в процессе вращения.

Изделия из чугуна изготавливают путем высокоточного литья. Чугунные литые валы дешевле, к тому же, такой способ производства облегчает создание отверстий и внутренних полостей.

В некоторых случаях коленвал может иметь разборную конструкцию и состоять из нескольких частей, но в автомобилестроении такие детали практически не используются, если не считать мототехники. 

Какие проблемы могут возникнуть с коленвалом

Коленвал — одна из наиболее нагруженных деталей автомобиля. Нагрузки имеют в основном механический и тепловой характер. Кроме того, свое негативное воздействие оказывают агрессивные вещества, например, отработанные газы. Поэтому, даже несмотря на высокую прочность металла, из которого изготавливают коленчатые валы, они подвержены естественному износу. 

Усиленному изнашиванию способствует злоупотребление высокими оборотами двигателя, применение несоответствующей смазки и в целом пренебрежение правилами технической эксплуатации.

Изнашиваются вкладыши (особенно коренные подшипники), шатунные и коренные шейки. Возможно искривление вала с отклонением от оси. А так как допуски здесь очень малы, то даже небольшая деформация может нарушить нормальную работу силового агрегата вплоть до заклинивания коленвала. 

Проблемы, связанные с вкладышами («прикипание» к шейке и задиры шеек) составляют львиную долю всех неисправностей коленвалов. Чаще всего они возникают из-за дефицита масла. Прежде всего в таких случаях нужно проверить систему смазки — масляный насос, фильтр — и сменить масло.

Вибрация коленвала обычно вызвана плохой балансировкой. Другой возможной причиной может быть неравномерное сгорание смеси в цилиндрах.

Иногда могут появиться трещины, которые неизбежно завершатся разрушением вала. К этому могут привести заводской брак, что весьма редко, а также накопленное напряжение металла или нарушение балансировки. Велика вероятность, что причина появления трещин — воздействие сопрягаемых деталей. Треснувший вал ремонту не подлежит.

Всё это нужно учитывать перед заменой или ремонтом коленвала. Если не найти и не устранить причины проблем, в скором времени, всё придется повторить вновь.

Выбор, замена, ремонт

Чтобы достать коленвал, придется демонтировать мотор. Затем снимаются крышки коренных подшипников и шатунов, а также маховик и упорные кольца. После чего коленвал вынимается и производится его дефектовка.

Если деталь ранее ремонтировалась и уже выбраны все ремонтные размеры, то ее придется заменить.

Если же степень изношенности позволяет, вал очищают, особое внимание уделяя масляным отверстиям, а затем приступают к ремонту.

Изношенность и задиры на поверхности шеек устраняются шлифовкой под подходящий ремонтный размер. Процесс этот далеко не такой простой, как может показаться на первый взгляд, и требует специального оснащения и соответствующей квалификации мастера.

Хотя после такой обработки деталь подлежит обязательной повторной динамической балансировке, но зачастую ремонт коленвала ограничивается лишь шлифовкой.

В результате неотбалансированный вал после такого ремонта может вибрировать, при этом разбиваются посадочные места, расшатываются сальники.

Возможны и другие проблемы, которые в итоге приводят к перерасходу горючего, падению мощности, нестабильной работе агрегата в тех или иных режимах. 

Нередко изогнутый вал необходимо выпрямить, но специалисты неохотно берутся за эту работу. Выпрямление и балансировка — весьма трудоемкий и дорогостоящий процесс. К тому же, правка коленвала сопряжена с риском его перелома. Поэтому в большинстве случаев деформированный коленчатый вал проще и дешевле заменить на новый.

При замене ставить нужно точно такую же деталь или допустимый аналог, иначе новых проблем не избежать.

Приобретение по дешевке бывшего в употреблении коленвала — это своего рода кот в мешке, который неизвестно чем в итоге обернется. В лучшем случае он в определенной степени изношен, в худшем — имеет не заметные на глаз дефекты.

Покупая новый коленвал у проверенного продавца, вы можете быть уверены в его качестве. Интернет-магазин Китаец может предложить различные запчасти для двигателя и других узлов вашего автомобиля по умеренным ценам.

Не забывайте также, что при установке нового коленвала обязательно следует заменить шатунные и коренные вкладыши, а также сальники.
После замены коленвала двигатель необходимо обкатать от двух до двух с половиной тысяч километров в щадящем режиме и без резких изменений оборотов.

Читайте также:  Лучшая магнитола: 1din и 2din магнитолы в бюджетном и среднем ценовом сегменте

Коленчатый вал двигателя внутреннего сгорания: устройство, назначение, принцип работы

Коленчатый вал (коленвал) двигателя – это одна из важных деталей КШМ, расположенная в цилиндровом блоке. Вал преобразует поступательные движения поршней во вращательный момент, который через трансмиссию передается на колеса автомобиля.

Устройство коленчатого вала

Сложная конструкция коленвала представлена в виде расположенных по одной оси колен – шатунных шеек, соединенных специальными щеками. При этом количество колен зависит от числа, формы и месторасположения цилиндров, а также тактности двигателя автомобиля. С помощью шатунов шейки соединяются с поршнями, совершающими поступательно-возвратные движения.

В зависимости от расположения коренных шеек коленвал может быть:

  • полноопорным – когда коренные шейки расположены по две стороны от шатунной шейки;
  • неполноопорным – когда коренные шейки расположены только по одну из сторон от шатунной шейки.

В большинстве современных автомобильных двигателей применяются полноопорные коленвалы.

Итак, основными элементами коленвала являются:

  • Коренная шейка – основная часть вала, которая размещается на коренных вкладышах (подшипниках), находящихся в картере.
  • Шатунная шейка – деталь, соединяющая коленвал с шатунами. При этом смазка шатунных механизмов осуществляется благодаря наличию специальных масляных каналов. Шатунные шейки в отличие от коренных шеек всегда смещены в стороны.
  • Щеки – детали, соединяющие два типа шеек – коренные и шатунные.
  • Противовесы – детали, которые предназначены для уравновешивания веса поршней и шатунов.
  • Фронтальная (передняя) часть или носок – часть механизма, оснащенная колесом с зубцами (шкивом) и шестерней, в некоторых случаях гасителем крутильных колебаний, который осуществляет контроль над мощностью привода ГРМ (газораспределительного механизма), а также других механизмов устройства.
  • Тыльная (задняя) часть или хвостовик – часть механизма, соединенная с маховиком при помощи маслоотражающего гребня и маслосгонной резьбы, осуществляет отбор мощности вала.

Фронтальная и тыльная сторона коленчатого вала уплотняется защитными сальниками, которые препятствуют протеканию масла там, где выступающие части маховика выходят за пределы блока цилиндров.

Вращательные движения всего механизма коленвала обеспечивают подшипники скольжения – тонкие стальные вкладыши, с защитным слоем антифрикционного вещества. Для предотвращения осевого смещения вала, применяется упорный подшипник, установленный на коренной шейке (крайней или средней).

Коленвал двигателя изготавливается из износостойкой стали (легированной или углеродистой) или модифицированного чугуна, методом штамповки или литья.

Принцип действия коленчатого вала

Несмотря на сложность самого устройства, принцип работы коленвала достаточно прост.

В камерах сгорания происходит процесс сжигания поступившего туда топлива и выделения газов. Расширяясь, газы воздействуют на поршни, совершающие поступательные движения. Поршни передают механическую энергию шатунам, соединенным с ними втулкой или поршневым пальцем.

Шатун в свою очередь соединен с шейкой коленвала подшипником, вследствие чего каждое поступательное поршневое движение преобразуется во вращательное движение вала. После того как происходит разворот на 180˚, шатунная шейка движется уже в обратном направлении, обеспечивая возвратное движение поршня. Затем циклы повторяются.

Процесс смазки коленчатого вала

Смазка коленвала обеспечивается за счет шатунных и коренных шеек. Важно помнить, что смазка коленчатого вала всегда происходит под давлением. Каждая коренная шейка обеспечена индивидуальным подводом масла от общей смазочной системы. Поступившее масло попадает на шатунные шейки по специальным каналам, расположенным в коренных шейках.

Коленчатый вал: то, что делает двигатель двигателем

Коленчатый вал: то, что делает двигатель двигателем

В двигателе нет «главных» и «неглавных» деталей — все части мотора одинаково важны, и выход из строя любой из них сразу сказывается на работоспособности силовой установки. Но есть одна деталь, которая делает двигатель двигателем — это коленчатый вал, преобразующий возвратно-поступательное движение поршней и шатунов во вращательное движение. О коленчатом вале, его устройстве и роли в двигателе читайте в этой статье.

Одна из самых серьезных проблем техники — преобразование возвратно-поступательного движения во вращательное, и наоборот. Человек решил эту проблему еще 2,5 тысячи лет назад, и созданное тогда решение практически в неизменном виде используется и по сей день. Это — кривошип.

В современных двигателях внутреннего сгорания также необходимо преобразование возвратно-поступательного движения поршней и шатунов во вращательное движение вала, маховика и, в конечном итоге — колес. С этой задачей справляется все тот же кривошип, а точнее — кривошипно-шатунный механизм, главной деталью которого является коленчатый вал.

Устройство коленчатого вала

Коленвал имеет довольно-таки простое устройство: он состоит из колен, содержащих коренные и шатунные шейки, разделенные щеками.

Коренные шейки — это ось коленвала, поэтому они проходят точно по его центру. Шатунные шейки, как понятно из названия, служат для крепления и приема усилий от шатунов.

Так как коленчатый вал — это кривошип, то шатунные шейки смещены относительно оси вала и удерживаются с помощью щек.

Количество шатунных шеек равно количеству цилиндров, однако в большинстве V-образных двигателей на одну шейку опираются сразу два цилиндра.

С другой стороны, на современных V-образных двигателях можно встретить коленвалы, в которых на каждый шатун приходится одна шейка, но спаренные шейки при этом сдвинуты относительно друг друга на 18 градусов. Коренные шейки имеют больший диаметр, чем шатунные.

Щеки выполняют несколько функций. Они не только соединяют шейки в единую конструкцию, но также играют роль противовесов для уравновешивания шатунных шеек и шатунов. Отсутствие противовесов грозит возникновением значительных вибраций, что в высокооборотных двигателях может привести к разрушению двигателя.

Наибольшие нагрузки в коленвале приходятся на места соединения шеек и щек, поэтому для равномерно распределения нагрузок на эти участки они выполняются галтелью, то есть — переход от шейки к щеке выполнен с радиусом закругления.

В целом, положение шеек и щек в коленчатом валу должно обеспечивать наиболее эффективное преобразование возвратно-поступательного движения во вращательное, предотвращать возникновение вибрации и колебаний, уравновешивать двигатель и, наконец, надежно противостоять изгибающим нагрузкам.

Полноопорные и неполноопорные коленчатые валы

Коренные шейки коленвала служат не только осью, но также и опорой всего кривошипно-шатунного механизма. Нагрузки от коленчатого вала передаются двигателю через коренные шейки, которые опираются на коренные подшипники, заделанные в картер мотора.

Существует два вида коленчатых валов, отличающихся по типу опоры:

— Полноопорные. В таких валах коренных шеек больше, чем шатунных, при этом коренные шейки расположены по обеим сторонам шатунных шеек, чередуясь с ними (и коренных шеек на одну больше, чем шатунных); — Неполноопорные. В таких коленчатых валах коренных шеек меньше, чем шатунных, при этом с обеих сторон щеки может быть две смещенных на определенный угол шатунных шейки.

Неполноопорные коленвалы имеют более простую конструкцию, однако они из-за меньшего количества точек опоры на картер двигателя должны быть более жесткими и прочными, а значит — и более тяжелыми. Поэтому сегодня большее распространение получили полноопорные коленчатые валы, которые при более сложном производстве получаются более легкими и надежными.

Подшипники

Коленчатый вал опирается на подшипники скольжения (также называемые вкладышами), заделанные в картер двигателя. Также подшипники скольжения предусмотрены для опоры шатунов на коленчатый вал. Эти подшипники выполнены из стальной ленты, покрытой специальным антифрикционным сплавом, снижающим силы трения между подшипником и валом.

Смазка коленвала и деталей КШМ

Особый вопрос — смазка частей коленчатого вала и всего кривошипно-шатунного механизма. Вопрос этот действительно очень важен, так как для опоры коренных шеек на картер и шатунов на шатунные шейки используются подшипники скольжения, которые могут нормально работать только при постоянном наличии смазки.

Для подачи масла к трущимся частям и деталям внутри коленвала во всех его шейках и щеках предусмотрены каналы. А чтобы обеспечить надежное поступление масла к подшипникам, его подача осуществляется под давлением.

Взаимодействие коленчатого вала с другими деталями

Как было сказано, коленвал принимает нагрузки от шатунов, преобразуя их в крутящий момент. Этот момент передается через хвостовик (заднюю выходную часть вала) маховику и далее — трансмиссии. Через другую часть вала — переднюю, или носок — крутящий момент передается на вал газораспределительного механизма и вспомогательные системы двигателя.

Также на носке часто монтируется гаситель крутильных колебаний — несложное устройство из двух дисков, соединенных через пружины, резиновую прокладку, силиконовую жидкость или иной упругий материал. Гаситель сводит к минимуму возникающие во время работы двигателя крутильные колебания вала, снижая риск его повреждения.

Производство коленчатых валов

Коленчатый вал во время работы испытывает большие нагрузки, поэтому данная деталь даже для мощных дизельных двигателей изготавливается цельной. Сборные коленвалы показали свою несостоятельность в высокооборотных двигателях, и в автомобильных моторах сейчас они практически не используются.

Для изготовления валов применяются сталь или чугун. Коленчатые валы из чугуна производятся методом отливки, валы из стали — ковкой или штамповкой. В дальнейшем оба вида коленвалов подвергаются разнообразной механической обработке для достижения необходимых параметров — чистоты поверхности шеек, балансировки и т.д.

Другие статьи

#Планка генератора

Планка генератора: фиксация и регулировка генератора автомобиля

14.09.2022 | Статьи о запасных частях

В автомобилях, тракторах, автобусах и иной технике электрические генераторы монтируются к двигателю посредством кронштейна и натяжной планки, обеспечивающей регулировку натяжения ремня. О планках генератора, их существующих типах и конструкции, а также выборе и замене этих деталей — читайте в статье.

Вернуться к списку статей

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector