Что такое коленвал в автомобиле и как он работает

Неисправности

Проблемы, возникающие с данным механизмом, проявляются в виде:

  • Вибраций двигателя.
  • Повышенного расхода топлива.
  • Шума ДВС (характерный стук в полном диапазоне оборотов).
  • Расхода масла.

Основным условием сохранения заложенного производителем ресурса вала является своевременная замена масла и правильный его подбор по типу и вязкости. Среди основных неисправностей стоит выделить:

  • Течь переднего и заднего сальника. Происходит по причине повышенных вибраций и засыхания самого материала. Со временем сальник становится менее упругим и пропускает через себя часть масла. Последнее попадает на внешнюю часть блока цилиндров, картер, КПП.
  • Износ подшипников коленчатого вала в месте «носка» и хвостовика.
  • Механическое повреждение вала. Это может быть трещина, сколы или изгибы механизма. Происходит по причине высокой кратковременной нагрузки и при проворачивании вкладышей. В случае трещин и изгибов вал является неремонтопригодным.
  • Задиры на шейках (вкладышах). Это могут быть повреждения как коренных, так и шатунных вкладышей. Проблема решается путем их замены или шлифовки (зачастую выбирается первый вариант).
  • Деформация посадочного места шкива.

Для замены или ремонта данного узла необходим демонтаж и полная разборка двигателя. Операция сложная, требующая опыта и наличия специальных инструментов. Сборка ДВС должна производиться в строгой последовательности, с соблюдением всех моментов затяжек болтовых соединений.

В случае шлифовки, специалистом стачивается некоторая часть металла с механизма. А чтобы нивелировать зазор, который образовался после шлифования, подбираются вкладыши ремонтного размера. Обычно коленвал может растачиваться до четырех раз. Но условием расточки является абсолютная целостность механизма.

Виды и размеры

Вкладыши коленвала ВАЗ выступают в качестве защитных элементов, предотвращающих преждевременный износ сопряженных деталей. В зависимости от своего месторасположения, они делятся на две разновидности: коренные и шатунные. Последние, как было указано ранее, располагаются на шейках вала, коренные находятся на коленвале в месте его прохождения через ДВС и обладают сходным предназначением. Разные типы силовых аппаратов требуют использования соответствующих элементов, в первую очередь должен подбираться внутренний диаметральный размер.

Ремонтные детали как различаются между собой, так и имеют существенные отличия по сравнению с новыми элементами, которыми оснащаются на заводах новые авто. Параметры различаются как минимум на четверть миллиметра, через аналогичный шаг идут все последующие варианты.

«Жальте, как пчела»: ускоренный курс самообороны для суровой реальности

Как выполнить замену?

Конечно, при некоторых видах неисправностей можно обойтись ремонтом – шлифовкой либо проточкой. Но иногда восстановить вал не получается. В таком случае можно заменить старый механизм на новый. Кстати, в двигателе это наиболее дорогая составляющая. Особенно в дизельных силовых агрегатах.

Прежде чем будет выполнена замена коленвала, проверяются осевые люфты. Это упростит подбор осевых вкладышей. Необходимо найти метки на вкладыше и блоке цилиндров. Они указывают направление установки крышек коренных подшипников. Все детали, которые мешают демонтировать вал, необходимо также снять. В руководствах по ремонту процесс демонтажа описывается по-разному, так как есть 8-ми и 16-клапанные двигатели, с рядной или V-образной системой расположения цилиндров. Затем необходимо установить новый коленчатый вал на место старого – нужно строго соблюдать инструкции производителя автомобиля и не перепутать положение коленвала. Ввиду высокой ответственности все работы нужно производить в специализированном сервисе.

Итак, мы выяснили устройство, назначение и принцип работы коленчатого вала автомобиля.

Назначение коленвала

Во всех сложно-технических устройствах происходит возникновение одной одного вида энергии, которая кинематическими схемами преобразуется в другую, например, вращательное — в поступательное, и т.д.

В двигателе ДВС коленчатый вал — это сердце двигателя. Принцип работы коленвала следующий: когда поршень удалился на самое максимальное расстояние — щёки и шатун вытягиваются в одну линию. Далее, в рабочей камере сгорания цилиндра происходит взрыв топливно-воздушной смеси, из-за чего поршень опускается вниз с шатуном. Основание шатуна проворачивается вокруг оси шатунной шейки коленвала, так как шатун сидит на ней. После достижения поворота на 180 градусов, шатун начинает движение вверх и поднимает поршень. Таким образом происходит цикл вращения деталей цилиндро-поршневой группы.

Максимально удаленное и максимально приближенное расстояния от коленвала до поршней называются мертвыми точками, в мертвых точках скорость движения равна нолю.

Виды

Что же касается разновидностей распределительных валов двигателя, то их классифицируют в зависимости от расположения и количества на двигателе внутреннего сгорания. Распредвал является ключевым компонентом газораспределительного механизма и всего двигателя. В зависимости от того, как располагается этот элемент, выделяют 2 варианта:

  • с нижним расположением;
  • с верхним размещением.

Отсюда и разделение моторов внутреннего сгорания с верхним и нижним распредвалов. Когда-то нижнее расположение считалось лучшим и самым оптимальным для автомобильных двигателей. Но они были актуальными до 50-х годов прошлого века. Именно тогда все моторы создавались нижнеклапанного типа. Потому и распределительный вал находился снизу силовой установки. Тарелки клапанов размещались так, что они смотрели вверх. Подобная схема изготовления моторов объяснялась тем, что это проще и дешевле в плане производства. При этом страдал фактор производительности, о чём инженеры догадались несколько позже, когда появился новый вариант размещения распределительного вала. Учитывая объективные недостатки, от старой схемы с нижним расположением постепенно начали отказываться. Ему на смену пришла уже классическая и привычная схема с головкой блока цилиндров и установленными в ней клапанами и распределительным валом. Теперь клапана начали открываться вниз, а схема получила верхнее расположение распредвала.

Хотя нельзя отрицать тот факт, что даже на некоторых современных двигателях продолжают использовать нижневальную систему, где клапана располагаются сверху. Только она значительно усовершенствовалась по сравнению с предшественниками, а потому имеет полное право на существование при грамотной реализации. Двигатели с нижним расположением распределительного вала отличаются тем, что здесь дополнительно предусматривается установка специальных штанг. Они применяются для компенсации расстояния, которое имеется между кулачками распредвала и толкателями клапанов, находящихся в головках цилиндров. Даже несмотря на наличие современных нижневальных двигателей внутреннего сгорания, они считаются устаревшей схемой, а потому большинство автопроизводителей уже давно не используют её в производстве своих силовых агрегатов. Такие методы размещения требуют дополнительных мер, они характеризуются внушительными технологическими ограничениями, не позволяют развивать высокие обороты.

Количество валов

Отдельно рассматриваются виды двигателей в зависимости от того, сколько распределительных валов предусмотрено в их конструкции. Если заглянуть в подкапотное пространство современного силового агрегата, можно встретить несколько вариантов:

  • Газораспределительные механизмы (ГРМ), оснащённые только одним распредвалом;
  • ГРМ, конструкция которых включает пару распределительных валов;
  • Двигатели, где используется более 2 распредвалов.

Именно первые два типа двигателей внутреннего сгорания, где газораспределительный механизм включает 1 или 2 распредвала, являются наиболее популярными и распространёнными. Зачастую количество распредвалов зависит напрямую от количества клапанов на цилиндр. Если у двигателя конструкция предусматривает от 3 и более клапанов, которые приходятся на 1 цилиндр, то здесь скорее всего будет использовать двухраспредвальная схема. Несмотря на наличие таких правил и закономерностей, исключения встречаются всегда и везде. Компания Mitsubishi из Японии выпускает модель Lancer, под капотом которого может размещаться рядный четырёхцилиндровый двигатель, именуемый как 4G18. На каждом цилиндре здесь сразу 4 клапана, но распределительный вал используется всего один. А если взять в качестве примера модель гиперкара Veyron производства компании Bugatti, то есть конструкторы предусмотрели сразу 4 распределительных вала на двигателе.

Есть и другие примеры несколько иного подхода к использованию распредвала и его конструкции. Японские инженеры из компании Honda для своей системы под названием VTEC придумали оригинальный ход. Здесь сразу несколько кулачков отвечают за регулировку высоты поднятия только одного клапана. То есть на каждый из клапанов приходится по несколько рабочих кулачков. Инженеры постоянно работают над усовершенствованием систем газораспределения, повышают эффективность работы ГРМ, меняют фазы. Всё это позволяет повысить производительность двигателя, поднять его максимальную скорость, обеспечить лучшее ускорение. При этом не забывают о вопросах экономии топлива.

Из чего состоит коленвал

Как известно, гениальность – в простоте, и коленвал является ярким тому примером, так как устройство данного автомобильного узла не отличается сложностью, а эффективность его чрезвычайно высока. Именно этот элемент кривошипно-шатунного механизма, выполненный из стали или чугуна, несет на себе основную нагрузку вращения колес, передавая им энергию двигателя. Составлен вал из ряда колен (число их соответствует числу цилиндров ДВС), каждое из которых состоит из двух щек и соединяющей их шатунной шейки. Между собой колена связаны коренными шейками, снабженными одноименными подшипниками.

Преобразование поступательного движения в крутящее происходит за счет того, что оси шеек, соединенных через подшипники с шатунами, не совпадают с осью вращения всего вала. К слову, во избежание возникновения центробежных сил во время работы узла щеки с противоположной стороны от шатунных шеек утяжелены противовесами. Таково устройство коленчатого вала в целом, если не рассматривать маховик, устанавливаемый на одном конце узла, и соединение через ведомый диск с коробкой передач на другом конце.

Разница между коренными и шатунными вкладышами

Необходимо знать, что есть два вида вкладышей. Это шатунные и коренные. Первые находятся между шатуном и шейкой коленвала. Коренной элемент похож на первый по своему предназначению. Однако он располагается там, где коленчатый вал проходит в корпусе двигателя. Вкладыши отличаются по своим размерам. Габариты зависят от типа ДВС, для которого конкретная деталь изготовлена. Существуют и специальные ремонтные вкладыши. Они отличаются от оригинальных новых, установленных в двигателе. Ремонтные вкладыши различаются лишь отметками, кратными 0,25 мм. Так, их размеры примерно такие — 0,25 мм, 0,5 мм, 0,75 мм, 1 мм.

Что такое коленвал

Коленвалом называют такую деталь (либо узел деталей, если вал составной), которая работает за счёт работы элементов поршневой группы.

Затем механическая энергия передаётся на полуоси ведущей пары колёс (передней, задней или обеих сразу). Автомобиль начинает своё движение. По внешней форме коленвал напоминает поднятие и опускание колена.

Коленвал работает как колено

Число деталей вала зависит от количества цилиндров движка, которые соответствуют их форме и размещению. Коренные шейки подсоединяются к поршням благодаря шатунам. Они обеспечивают вращательно-поступательное движение, приводящее коленвал в действие. Устройство обеспечивает пуск мотора автомобиля.

Коленчатый вал передаёт крутящий момент на маховик, а он передаёт вращение на шестерни трансмиссии. Затем крутящий момент переходит на оси и колёса начинают своё движение. Машина начинает двигаться.

Деталь всегда устанавливается с поправкой на число и место расположения цилиндров мотора, порядка и работы, такта, обеспечиваемых цилиндропоршневой группой. От влияния перечисленных факторов, коленчатый вал содержит разное число шатунных шеек. В отдельных моделях на элемент влияет сразу несколько шатунов. Это обеспечивается в ДВС с V-образным строением.

Основная задача производителя – изготовить деталь так, чтобы при вращении на больших оборотах не было вибраций или они бы минимизировались. От числа шатунов и порядка появления вспышек, в коленвалах могут быть противовесы, но есть модели и без этого элемента.

Виды коленвалов:

  1. Полноопорные. Здесь коренные шейки располагаются по обе стороны от шатунной. Количество коренных шеек увеличивается на единицу при их сравнении с шатунами. Это связано с тем, что по бокам каждой шатунной шейки располагаются опоры, выступающие основной осью кривошипно-шатунного механизма. Такая система считается самой распространённой, потому что позволяет изготовителю применять облегчённый вариант. Такое условие обеспечивает непосредственное действие на КПД.
  2. Неполноопорные. В этом случае коренные шейки находятся с одной стороны. Детали производят из высокопрочных сплавов и металлов, что предупреждает поломку и деформацию в результате эксплуатации. Недостатком в том, что конструктивный элемент системы значительно увеличивает массу вала. Такое тип вала признан устаревшим, они применялось в машинах с ДВС в 20-м веке в низкооборотных двигателях.

В настоящее время популярны полноопорные типы. Производители ведущих марок машин ценят их за лёгкость и высокую надёжность, потому компоненты широко применяются в современных ДВС. Теперь понятно, что такое коленвал в автомобиле, но стоит понять, для чего он нужен.

Коленвал для 8-цилиндрового мотора Renault Nervastella 1930—1936 годов

Коленвал изготавливается:

  • Для недорогих машин – из легированной стали или из чугунного сплава.
  • Для мощных и дорогих автомобилей — из углеродистой стали с высоким показателем износостойкости.

Отмечу, что на дизельные моторы ставят очень прочные коленчатые валы. Это связано с тем, что этот механизм работает постоянно с очень высокой нагрузкой. Дополнительно коленвал закаляется высокочастотным током.

А где находится в машине коленвал? В автомобилях со стандартным мотором коленвал стоит в нижней части мотора, в а оппозитном двигателе – в его центральной его части. Снизу вал защищён картером. На чём держится коленвал? Он закреплён в подшипниках, они не дают сместиться валу. Дополнительно могут применяться дополнительные упоры.

Интересно, что кроме массовых валов, выпускаются и спортивные механизмы, которые обеспечивают более быстрое движение поршней в крайней точке сжатия благодаря вытянутой форме шатунных шеек. Из-за этого характеристики мотора меняют своё значение.

Некоторые автолюбители говорят о том, что маркировка коленчатого вала может дать информацию об особенностях этой детали. Но эти данные лишь её номер и не более, с его помощью проще подбирать запчасти.

Для чего нужен датчик коленвала

Датчик положения коленчатого вала (ДПКВ) используется в автомобилях, которые оборудованы системами электронного управления мотором. Поскольку вращение вала сказывается на работе многих функциональных блоков и систем, своевременная подача топлива в цилиндры ДВС может улучшить ездовые характеристики. Датчик коленвала как раз отвечает за синхронизацию рабочих процессов. В различных моделях автомобилей его использование улучшает синхронизацию зажигания или топливных форсунок. Прибор передаёт на электронный блок управления данные о положении коленвала, направлении и частоте вращения.

Встречаются датчики следующих видов:

  • Магнитные (индуктивного типа). Сигнал на ЭБУ формируется в момент прохождения синхронизационной метки через магнитное поле, которое формируется вокруг датчика. Система не требует отдельного питания, и может параллельно работать как датчик скорости.
  • Датчики Холла (работают на эффекте Холла). Ток в приборе начинает движение при приближении изменяющегося магнитного поля. Перекрытие магнитного поля реализуется специальным синхронизирующим диском, зубья которого взаимодействуют с магнитным полем ДПКВ. Дополнительная функция – датчик распределения зажигания.
  • Оптические. В данном случае для синхронизации также используется зубчатый диск. Он перекрывает оптический поток, проходящий между приёмником и светодиодом. Приёмник фиксирует прерывания светового потока и передаёт в электронный блок управления импульс напряжения, соответствующий параметрам вращения вала.

Датчик коленвала устанавливается внутри корпуса двигателя, как и прочие датчики управления. Для его встраивания используется специальный кронштейн, расположенный возле приводного шкива генератора. Внешне он отличается от датчиков другого назначения наличием проводка длиной 55-70 см с особым разъёмом, который соединяет устройство с системой электронного управления.

Источник

Металл коленвала

Коленчатый вал ДВС воспринимает большие нагрузки, поэтому он изготавливается с большим запасом прочности. Материалы для изготовления коленвала следующие:

  • углеродистая сталь;
  • хромомарганцевая сталь;
  • хромоникельмолибденовая сталь;
  • высокопрочный чугун.

Марки стали состава коленвала в порядке распространенности:

  1. Сталь 45. Означает, что в сплаве металла содержится от 0,42 до 0,5 % углерода (С).
  2. Сталь 45Х. Это конструкционный легированный сплав, в котором содержится хром в количестве 1%. Из справочников по ГОСТу хрома содержится в этой марке от 0,8 до 1,1 %.
  3. Сталь 45Г2. Буква Г в шифре стали означает, что содержится марганец (Mn) в количестве 2%.
  4. Сталь 50Г. Этот шифр обозначает, что это марганцевая сталь с содержанием 1% марганца (Mn) и 0,5% углерода (С).

Если в шифре сплава металла содержится более, чем 2,14% углерода (С), то — это чугун.

Полировка коленвала своими силами

Кто нибудь держал в руках коленвал от среднеразмерного двигателя автомобиля? Не берем маленькие смешные микролитражки с моторчиками от садового триммера, а говорим о среднем классе автомобилей, ну например, типа Соляриса или Мазды-6? И как вы думаете, сколько весит такая железяка?

Так вот к чему. Практически каждый двигатель, подвергающийся косметическому ремонту, и разбираемый при этом до винтика, требует восстановления рабочих поверхностей шеек коленчатого вала — я еще не встречал практически ни одного мотора, имеющего средний пробег более ста тысяч км и не имеющего рисок или задиров на рабочей поверхности шеек коленчатого вала. И по этому поверхность шеек если и не нужно протачивать под следующий ремонтный размер, то уж шлифовать «под чистую» нужно обязательно. И для этого коленчатый вал необходимо отвезти в специализированную мастерскую, где его установят в специальный станок и произведут прошлифовку поверхностей шеек, упорных полуколец и зоны работы сальников. Оборудование для расточки и шлифовки валов достаточно громоздкое и дорогостоящее, по этому иметь его в каждом сервисе нецелесообразно, но и возить постоянно в спец. мастерскую тяжелые валы неохота.

Для таких целей (восстановительная шлифовка поверхностей шеек и рабочих зон коленвалов) было придумано и изготовлено мобильное (ручное) оборудование, которому нашлось применение и в других отраслях, где необходимо обработать (отшлифовать) выпуклые или цилиндрические поверхности деталей из различного материала — как металла, так и пластика, керамики, камня.

В нашем же случае (автосервиса) необходимость иметь такое устройство было продиктована четко определенной задачей — постоянно таскать в другие мастерские (на мех. завод) коленчатые валы от находящихся в ремонте двигателей и неудобно (напоминаю о том, что весят эти железки немало, и тем тяжелее, чем больше по объему двигатель. А если в ремонте находится двигатель даже легкого грузовика, то удовольствие тут ниже среднего); и еще одна причина — потеря времени на обработку, да и денег отдавать за то, что можно сделать самостоятельно, тоже неохота. Ну так и вот.. был изготовлен универсальный по сути и оптимальный при работе инструмент — ручная ленточная шлифовальная машина сабельного типа. Практически из подручных материалов сварена металлоконструкция, напоминающая смычек, на которой были закреплены два ролика с «ложбинкой» на рабочей поверхности (с бортиками), один из которых сидел на жесткой оси, приваренной к «смычку», а второй — подвижный, с помощью которого можно натягивать установленную шлифовальную ленту. Приводит в движение ленту третий ролик, смонтированный на валу «болгарки» (углошлифовальной машинки), так же имеющего боковые ограничительные бортики. Электродвигатель машинки имеет ручку плавной регулировку скорости вращения, позволяющую изменять скорость движения ленты.

Итак, собрали конструкцию, установили и натянули абразивную ленту. Новая лента требует предварительной «приработки» на любой ненужной детали для устранения возможности повреждения царапинами ответственных поверхностей коленчатого вала. Сам коленчатый вал установлен на подставках — призмах (имеющих V-образный вырез сверху) на пропитанных маслом прокладках из ветоши. Для равномерной обработки поверхности шеек необходимо поворачивать коленчатый вал с небольшой скоростью и равномерно, исключая работу ленты по одной точке. Для вращения можно использовать электромотор с редукторным приводом, понижающем обороты или, как собственно мы и сделали, мощный редукторный шуруповерт на максимально низких оборотах. Помощник шуруповертом плавно проворачивает лежащий в призмах коленчатый вал, в то время, как шлифмашиной, при легком нажатии на деталь, на средних оборотах движения ленты прошлифовывается каждая шейка, по очереди, и рабочая зона сальникового уплотнения хвостовика. Шлифовка шеек занимает в общей сложности порядка 6-7 минут, поверхность шеек имеет однородность и необходимую для работы шероховатость (для удержания на себе масляной пленки), после обработки коленчатый вал промывается, очищаются и продуваются внутренние каналы смазки — оставшийся образив с ленты, попав в рабочую зону трения вкладышей, может натворить немало бед. При осуществлении ремонта двигателя данная операция, произведенная на месте, экономит и деньги, и время — дожидаться возврата после обработки деталей из специализированного предприятия приходилось по нескольку дней! А теперь все быстро, красиво и не отходя от кассы. )))

Заинтересовавшимся описанным устройством можем помочь в приобретении уже готового оборудования, произведенного нами по Вашему индивидуальному заказу.

Технология шлифовки

Как было отмечено ранее, процесс достаточно сложный и ответственный. Начинать шлифовку нужно со самого слабого места. В большинстве случаев это коренные или шатунные шейки. Особенно это касается шеек малого диаметра, не имеющих полноценного противовеса. Они изнашиваются в самую первую очередь. Если же восстановление раньше уже имело место, то начинать нужно с некондиционных точек. К примеру, с хвостовика коленчатого вала. Обусловлено это тем, что можно потерять параллельность шеек и все нужно будет переделывать.

Некоторые компании ведут сбор информации о моторах, шлифовка коленвалов которых не дала должного результата и ДВС быстро вышел из строя. Чаще всего причиной служит трещина, которая начинается от галтели в месте обработки и переходит в нетронутую шлифовкой область. Причина — некачественная работа специалиста

Особенное внимание стоит уделять современным форсированным двигателям

Что в итоге

С учетом приведенной выше информации можно сделать вывод о том, что появление стука в двигателе является подом для немедленного прекращения эксплуатации ТС. Также следует учитывать, что на состояние вкладышей сильно влияет и температурный режим работы силового агрегата. Другими словами, перегрев двигателя может привести к проворачиванию шатунных или коренных вкладышей, заклиниванию мотора и т.д. В таком случае двигатель может полностью прийти в негодность, так как разбивается постель коленвала, выходит из строя сам коленчатый вал, блок цилиндров и т.д.

Что касается моторного масла, необходимо использовать только те ГСМ, которые соответствуют всем требованиям и необходимым допускам завода-изготовителя силового агрегата. Также масло и масляный фильтр необходимо своевременно менять, не допускать попадания грязи и механических частиц в смазку. Повышенного внимания заслуживает и сама система смазки, так как снижение производительности или неисправности могут привести к масляному голоданию, в результате чего существенно повышается риск проворачивания вкладышей.

Напоследок добавим, что бензиновый двигатель нуждается в прогреве после холодного запуска, затем ездить необходимо без нагрузок до момента выхода силовой установки на рабочие температуры. В случае с дизелем мотор прогревается в движении, до полного прогрева не рекомендуется резко нагружать агрегат. Также следует помнить, что как новый двигатель, так и мотор после ремонта нуждается в обкатке, так как нагруженные пары и сопряженные элементы нуждаются в притирке.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Adblock
detector