О чем речь? Устройство коленчатого вала только с виду кажется сложным. Он состоит из коренной шейки, кривошипа, подшипников. Вал обеспечивает передачу крутящего момента на маховик, который передает его на трансмиссию, а та в свою очередь – на колеса. Таким простым образом обеспечивается движение автомобиля.
На что обратить внимание? В любом ДВС коленвал выполняет одну и ту же функцию, однако конструктивно детали различны в зависимости от типа двигателя, материалов и технологии создания.
Из этого материала вы узнаете:
Принцип работы и устройство коленчатого вала
Он применяется для трансформации возвратно-поступательного движения поршней двигателя внутреннего сгорания (ДВС) во вращательное, которое затем преобразуется в крутящий момент, передаваемый трансмиссией на оси и колеса транспортного средства (ТС).
Одним из главных параметров в устройстве коленчатого вала является радиус кривошипа. Речь идет о расстоянии между осями коренных и шатунных шеек. Как правило, в конструкции коленчатого вала применяются 4 коренные шейки, которые служат опорными точками. Однако существуют варианты с тремя. В двигателях типа V6 задействуется до 7 коренных шеек.
Принцип работы и устройство коленчатого вала
Объем цилиндра связан с длиной хода поршня, которая зависит от радиуса кривошипа. Если диаметр цилиндра неизменен, а радиус кривошипа увеличивается/уменьшается, то это приводит к изменению объема цилиндра. Такая взаимосвязь дает возможность настраивать двигатель для достижения тех или иных рабочих характеристик ТС. То есть путем корректировки соотношения между ходом поршня и диаметром цилиндра можно менять параметры ДВС:
- двигатель с длинным ходом поршня отличается экономичностью и повышенным крутящим моментом на низких оборотах;
- ДВС с коротким ходом увеличивает мощность благодаря более высоким оборотам.
Устройство коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания включает в себя несколько основных компонентов:
- Коренная шейка – это опорная часть механизма. Данная деталь представляет собой ось вращения. Находится в подшипнике, который расположен в картере ДВС.
- Шатунная шейка выполняет функцию опоры для шатунов. Во время вращения коленвала положение шейки относительно оси изменяется (деталь совершает круговое движение).
- Носок – элемент, на который крепится шкив или зубчатое колесо газораспределительного механизма (ГРМ). Он также может использоваться для крепления дополнительных механизмов и передачи энергии приводу ГРМ.
- Щеки – толстые пластины, которые соединяют шатунные и коренные шейки и защищают коленвал при больших нагрузках.
- Противовесы помогают поддерживать баланс, компенсируя центробежные силы и уравновешивая шатуны и поршни.
- Хвостовик представляет собой заднюю часть механизма, к которой прикреплён маховик. Последний приводит в движение шестерни коробки передач.
- Кривошип конструкционно включает в себя одну шатунную шейку и две щеки.
- Сальники, установленные спереди и сзади коленвала, предотвращают утечку моторного масла.
- Подшипники скольжения – это тонкие стальные листы со слоем смазки, которые позволяют всем частям механизма свободно вращаться.
- Упорный подшипник предотвращает осевое смещение и устанавливается на средней или крайней коренной шейке.
- Также конструкция включает фланцы, вкладыши, упорные полукольца, шестерни и шкив.
Число коренных и шатунных шеек зависит от количества цилиндров двигателя и их расположения. Кроме того, на данный параметр влияет последовательность работы цилиндров.
Сейчас в двигателях используют цельные элементы вместо устаревших сборных кривошипов. Эти элементы состоят из прочной стали. При производстве используют метод ковки и выполняется токарная обработка деталей. Есть более дорогие компоненты, которые изготавливают из чугуна (методом литья).
Коленвал можно сравнить с педалями велосипеда. Механизм работы тот же, но у него больше шатунов.
Когда топливно-воздушная смесь сгорает, образующиеся газы создают давление, которое воздействует на поршни и заставляет их двигаться. Механическая энергия, получаемая от них, передается дальше через шатун, соединенный с шейкой коленчатого вала и подшипником. Так поступательное движение поршня преобразуется во вращение коленвала.
После того как поршень прокручивается на 180 градусов, шатунная шейка начинает двигаться в обратном направлении, и поршень возвращается в исходное положение. Этот процесс повторяется непрерывно. Получаемая вращательная энергия используется для движения колес.
Коленчатые валы бывают двух типов:
- Полноопорные имеют коренные шейки с обеих сторон от шатунной. Это делает валы легкими и эффективными, так как они лучше поддерживают кривошипно-шатунный механизм и увеличивают КПД двигателя.
- Неполноопорные имеют коренные шейки только с одной стороны. Это делает валы более массивными. Но детали изготовлены из прочных сплавов, что помогает избежать поломки и деформации. Ранее эти валы часто использовали на ТС с низкооборотными двигателями.
Коленчатые валы
Датчик коленчатого вала двигателя
Бензиновые и дизельные двигатели с электронной системой управления оснащены датчиком положения коленвала (ДПКВ). Этот элемент играет ключевую роль в синхронизации работы систем зажигания и впрыска топлива. Если ДПКВ выходит из строя, это может привести к проблемам с запуском двигателя или его остановке в процессе работы.
Датчик коленвала устанавливают в разных местах: у его шкива, в блоке двигателя или в корпусе КПП. В зависимости от принципа работы датчики положения коленвала бывают таких типов:
- Магнитные – используют эффект электромагнитной индукции и не нуждаются во внешнем источнике питания.
- Датчики Холла измеряют напряженность магнитного поля, предоставляя более точные данные. Однако для таких устройств нужен внешний источник питания.
- В оптических датчиках специальное устройство закрывает светодиодный источник света, что позволяет определять положение коленвала.
ДПКВ может выйти из строя по разным причинам. Среди них – механические повреждения, которые могут возникнуть во время ремонта в моторном отсеке. Кроме того, поломка может произойти, если датчик блокируется посторонними предметами. Неправильная герметизация его контактов может привести к окислению, что также вызывает неисправности.
Распознать поломку датчика коленвала можно по следующим признакам:
- Двигатель заводится с трудом, особенно в сырую погоду.
- Обороты ДВС непредсказуемо меняются во время остановки и движения.
- При больших нагрузках происходит детонация в цилиндрах, что сопровождается вибрацией двигателя.
- Мощность ДВС значительно снижается.
- Стартер работает, но двигатель не заводится, а стрелка тахометра не двигается.
- ДВС может неожиданно заглохнуть.
- На панели приборов мигает индикатор “Check engine”.
Неисправности коленчатого вала
Задиры шатунных шеек кривошипа
Данная неисправность является самой часто встречаемой. Шатун и шейка коленвала испытывают большие нагрузки, поэтому именно эти детали быстрее всего изнашиваются. Задиры могут мешать движению подшипников, что приводит к перегреву детали. Из-за его неравномерности возникает деформация коленвала. В результате нарушается работа всего механизма.
Чтобы исправить эту проблему, шатунную шейку шлифуют, что позволяет уменьшить диаметр детали. После этого на нее устанавливают ремонтный вкладыш большего размера, чтобы восстановить зеркало поверхности и зазор. Толщина вставки определяется глубиной задира. Для расточки коленвала нужна высокая точность работ, их выполняют только на профессиональном оборудовании опытными специалистами. В домашних условиях это сделать не получится.
Если не обратить внимание на задиры и не исправить проблему, то вкладыши могут перегреться и даже расплавиться. Такие ситуации редки, но последствия могут быть очень серьезными. Из-за поломки коленвал часто не подлежит ремонту; есть риск выхода из строя других элементов ДВС.
Важнейший фактор, который приводит к образованию задиров – это недостаток масла. Как правило, это происходит из-за низкого давления масла в системе, при использовании смазочного материала низкого качества. Чтобы избежать этих проблем, контролируйте состояние системы смазки и регулярно меняйте масло, следуя рекомендациям производителя ТС.
Неисправности коленчатого вала
Срез шпонки кривошипа
Это редкая, но серьезная проблема. Если шпонка сломалась, ремонт лучше доверить профессионалу. Когда повреждены места крепления кривошипа или шкива коленвала, то сложность ремонта повысится. В некоторых случаях приходится покупать новые детали.
Износ отверстий фланца
В этом случае меняется их диаметр, а к ним крепится маховик. Чтобы решить проблему, отверстия фланца и маховика растачивают. Для этого потребуется специальное оборудование. Кроме того, необходимо использовать болты нужной толщины.
Течь из-под сальников коленвала
Это происходит, когда они начинают пропускать моторное масло. Один сальник находится спереди, где шкив крепится к коленвалу, а другой сзади, где последний соединяется с КПП. Они практически всегда изнашиваются в одинаковой степени. Если протечка наблюдается в одном из них, нужно заменить оба. Отремонтировать не получится.
Замена сальника коленвала требует выполнения сложных операций, которые лучше доверить специалистам автосервиса. Услуги профессионалов стоят денег, но экономят вам время и нервы.
Многие водители предпочитают не обращать внимания на небольшие утечки масла из-под сальников коленвала, полагая, что можно просто долить его. Однако проблема заключается не в количестве вытекшего смазочного материала. А в том, что даже небольшая течь может являться признаком серьезной поломки.
Если смазывающая жидкость из переднего сальника попадает на ремень ГРМ, это способно привести к разрушению резины. В случае разрыва ремня могут сломаться клапаны, что нередко вызывает серьёзные повреждения ДВС.
Если масло вытекает через задний сальник коленвала, жидкость способна попасть на сцепление, что негативно сказывается на фрикционных свойствах муфт. В результате ухудшается динамика ТС, повышается расход топлива и масла.
Часто задаваемые вопросы о коленчатом вале
Как осуществляется производство коленвала?
Заготовки для них изготавливают методом штамповки или литья. Кованые коленвалы, имеющие повышенную прочность, создаются из легированной или углеродистой стали. Серийные модели ТС, как правило, оснащают изготовленными из высокопрочного чугуна путем литья.
Как правильно смазывать коленчатый вал?
В нем есть внутренние каналы, проходящие через шейки и щёки, которые обеспечивают подачу масла к трущимся поверхностям и деталям. Чтобы жидкость поступала к подшипникам, оно подается под давлением.
Как обеспечить правильную эксплуатацию коленвала?
Чтобы избежать серьёзных проблем, важно вовремя предпринимать профилактические меры:
- регулярно меняйте моторное масло на то, которое рекомендовано производителем;
- используйте качественные масляные фильтры и меняйте их вместе с жидкостью;
- проверяйте двигатель на наличие утечек масла из-под сальников;
- избегайте перегрева ДВС;
- контролируйте состояние прокладки головки блока цилиндров, чтобы предотвратить попадание охлаждающей жидкости и топлива в масло.
В данной статье мы рассмотрели устройство и назначение коленчатого вала. Поскольку ремонт и обслуживание этой детали почти всегда требуют снятия и разборки двигателя, лучше доверить работу профессионалам на СТО. Для ее проведения нужно точно соблюдать технические нормы и использовать специальное оборудование.
