Что такое коленчатый вал Назначение и особенности конструкции

Что такое коленчатый вал (коленвал) двигателя в автомобиле, его конструкция и предназначение

Коленчатый вал или, как его называют опытные водители и автослесари, коленвал – важная функциональная деталь автомобильного двигателя, которая имеет строгую индивидуальную форму в зависимости от модели. В данной статье мы рассмотрим, что такое коленчатый вал двигателя, какие функции он выполняет и к чему приводит эксплуатация машины с неисправным валом.

Что такое коленвал

Коленчатый вал – это механическая деталь автомобильного двигателя, которая является промежуточным звеном-преобразователем тепловой энергии сгораемого топлива в механическую энергию вращения колёс. По внешнему виду он представляет собой вал из стального сплава со множеством шатунных шеек, которые между собой соединены коленной шейкой. Число шеек-колен соответствует числу цилиндров в двигателе, их расположению, форме. Шейки соединены с поршнями через шатуны, которые, двигаясь возвратно-поступательно, приводят вал в движение.

Если в коленчатом вале шатунные шейки находятся с двух сторон от коленной шейки, он называется полноопорным. Если же они расположены только с одной стороны – неполноопорным.

Коленвал производится из углеродистой или легированной стали с повышенной износостойкостью (для спорткаров, люкс-моделей и автомобилей с повышенной мощностью) или модифицированного чугуна (для стандартных серийных моделей) с помощью литья или прессования. Для легирования стали применяются молибден, хром и иные металлы, существенное увеличивающие прочность сплава.

В большинстве двигателей коленчатый вал располагается в нижней части, над картером, в оппозитных – выше, по центру мотора.

Для чего нужен коленчатый вал

Двигатели внутреннего сгорания работают за счёт функционирования поршневого блока. Его принцип действия заключается в следующем:

  • во время сгорания топливной смеси в цилиндре воздух расширяется с создаёт давление;
  • под действие давления поршень выталкивается, совершая поступательное движение;
  • благодаря соединению с шатунными шейками поступательное движение превращается во вращательное;
  • энергия вращения, переданная на коленчатый вал, передаётся колёсам автомобиля, и он приводится в движение.

Таким образом, коленвал – это преобразователь одного вида механического движения в другой. Как известно, поршни в ДВС двигаются несимметрично. В то время, как одни из них совершают поступательные движения (выталкиваются из цилиндра), другие – возвратное (затягиваются обратно). Конструкция коленчатых валов разрабатывается с предельной точностью, поэтому во время работы все цилиндры сохраняют общее вращение вала. Поэтому коленца имеют разные оси вращения.

Из чего состоит коленчатый вал

Конструкция коленчатого вала: 1. Носок коленчатого вала; 2. Посадочное место звездочки (шестерни) привода распределительного вала; 3. Отверстие подвода масла к коренной шейке; 4. Противовес; 5. Щека; 6. Шатунные шейки; 7. Фланец маховика; 8. Отверстие подвода масла к шатунной шейке; 9. Противовесы; 10. Коренные шейки; 11. Коренная шейка упорного подшипника.

Рабочие компоненты коленвала:

  • Коренная шейка – валовая опора, которая служит осью вращения самого вала. Она лежит в подшипнике, который встроен в картер.
  • Шатунные шейки – опоры, связанные с поршневыми шатунами. Во время работы они смещаются относительно оси вала по круговой траектории.
  • Щёки – вспомогательные детали, связывающие шатунные и коренные шейки. Они также предотвращают разрушение вала из-за резонансной нагрузки.
  • Хвостовик – задняя часть, соединённая с шестерной отбора или маховиком для передачи мощности на движение.
  • Носок – передняя часть вала, которая посредством шкива или зубчатого колеса передаёт мощность приводу газораспределительного блока и других вспомогательных механизмов.
  • Противовесы – детали, необходимые для распределения нагрузки и уравновешивания массы шатунов и поршней.

Для уплотнения носка и хвостовика используются защитные сальники. Это предотвращает просачивание масла в местах выхода частей маховика за границы блока цилиндров. Вращательное движение обеспечивается тонкими стальными подшипниками скольжения. Чтобы ось вращения вала не смещалась, на одну из коренных шеек ставится упорный подшипник.

Во время работы самые большие напряжения концентрируются в месте соединения шеек и щёк. Для разгрузки его делают с галтелью – полукруглым переходом с промежуточным технологическим поясом. По причине экстремальных нагрузок в месте перехода щёк в шейки в своё время производители отказались от составных коленвалов, детали которых соединялись крепежом.

Читайте также: Что такое маховик в автомобиле и для чего он нужен.

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.

Читайте также:  Как подобрать режим фрезерования MoscowShpindel

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.

Читайте также: Признаки неисправности датчика положения коленвала.

Что такое коленвал в автомобиле и как он работает

Коленвал в автомобиле

Коленвал это деталь в моторе автомобиля, приводящаяся в движение поршневой группой. Он передает крутящий момент на маховик, который в свою очередь вращает шестерни трансмиссии. Далее вращение передается на полуоси ведущих колес.

Все автомобили, под капотом которых установлены двигатели внутреннего сгорания, оснащаются таким механизмом. Эта деталь создается специально под марку двигателя, а не под модель автомобиля. В процессе эксплуатации коленчатый вал притирается к особенностям строения ДВС, в котором он установлен. Поэтому при его замене мотористы всегда обращают внимание на выработку трущихся элементов и на то, почему она появилась.

Как выглядит коленвал, где он находится и какие бывают неисправности?

Строение коленвала

Коленчатый вал устанавливается в нижнюю часть двигателя непосредственно над масляным картером и состоит из:

  • коренной шейки – опорная часть детали, на которой устанавливается коренной подшипник картера мотора;
  • шатунной шейки – упоры для шатунов;
  • щек – соединяют все шатунные шейки с коренными;
  • носка – выходная часть коленвала, на которой закреплен шкив привода газораспределительного механизма (ГРМ);
  • хвостовика – противоположная часть вала, к которой крепится маховик, приводящий в движение шестерни коробки передач, к нему же подсоединяется и стартер;
  • противовесов – служат для сохранения баланса во время возвратно-поступательных движений поршневой группы и снимают нагрузки центробежной силы.

Осью коленвала являются коренные шейки, а шатунные всегда поочередно смещены в противоположном направлении друг от друга. В этих элементах сделаны отверстия для подачи масла на подшипники.

Кривошип коленчатого вала это узел, состоящий из двух щек и одной шатунной шейки.

Раньше в автомобили устанавливали сборные модификации кривошипов. Сегодня все двигатели оснащены цельными коленвалами. Они изготавливаются из высокопрочной стали путем ковки, а затем обработки на токарных станках. Менее дорогие варианты изготавливаются из чугуна при помощи литья.

Вот пример создания стального коленвала:

Как работает коленчатый вал в двигателе автомобиля

Для чего нужен коленвал? Без него невозможно движение машины. Работает деталь по принципу вращения педалей велосипеда. Только в автомобильных моторах используется больше шатунов.

Коленвал работает следующим образом. В цилиндре мотора воспламеняется воздушно-топливная смесь. Образовавшаяся энергия выталкивает поршень. При этом приводится в движение шатун, подсоединенный к кривошипу коленчатого вала. Эта деталь совершает постоянное вращательное движение вокруг оси коленвала.

В этот момент другая деталь, расположенная на противоположной части оси, движется в обратном направлении и опускает следующий поршень в цилиндр. Цикличные движения этих элементов приводит к ровному вращению коленвала.

Так возвратно-поступательное движение преобразуется во вращательное. Крутящий момент передается на шкив привода ГРМ. От вращения коленвала зависит работа всех механизмов двигателя – водяной помпы, масляного насоса, генератора и другого навесного оборудования.

В зависимости от модификации двигателя кривошипов может насчитываться от одного до 12 (по одному на цилиндр).

Подробно о принципе работы кривошипно-шатунного механизма и разновидности их модификаций смотрите в видео:

Возможные проблемы коленвала и их решение

Хотя коленвал изготавливается из прочного металла, из-за постоянных нагрузок он может выйти из строя. Данная деталь испытывает механические нагрузки от поршневой группы (порой давление на один кривошип может достигать десяти тонн). Помимо этого во время работы мотора температура внутри него поднимается до нескольких сотен градусов.

Вот некоторые причины поломок составной части кривошипно-шатунного механизма.

Задиры шатунных шеек кривошипа

Износ шатунных шеек – распространенная неисправность, так как в этом узле образуется сила трения при большом давлении. В результате таких нагрузок на металле появляются выработки, которые затрудняют свободный ход подшипников. Из-за этого коленвал неравномерно нагревается и впоследствии может деформироваться.

Игнорирование данной проблемы чревато не только сильными вибрациями в моторе. Перегрев механизма приводит к его разрушению и по цепной реакции – всего двигателя.

Читайте также:  Грузовые фургоны Sprinter, Crafter и Transit приняли участие в драг-рейсинге (видео) – Новости Центр

Проблема устраняется путем шлифовки шатунных шеек. При этом их диаметр уменьшается. Чтобы размер этих элементов был одинаковым на всех кривошипах, данную процедуру следует выполнять исключительно на профессиональных токарных станках.

Так как после процедуры технические зазоры детали становятся больше, после обработки на них устанавливается специальный вкладыш, компенсирующий образовавшееся пространство.

Задиры появляются из-за низкого уровня масла в картере двигателя. Также на возникновение неисправности влияет качество смазки. Если не менять масло вовремя, оно загустевает, от чего масляный насос не способен создать нужное давление в системе. Своевременное ТО позволит кривошипно-шатунному механизму работать длительный срок.

Срез шпонки кривошипа

Шпонка кривошипного механизма позволяет передать крутящий момент с вала на приводной шкив. Эти два элемента оснащены пазами, в которые вставляется специальный клин. Из-за некачественного материала и большой нагрузки эту деталь в редких случаях может обрезать (например, при заклинивании двигателя).

Если пазы шкива и КШМ не разбиты, то достаточно просто заменить эту шпонку. В старых моторах такая процедура может не принести желаемого результата из-за люфта на соединении. Поэтому единственным выходом из ситуации будет замена этих деталей на новые.

Износ отверстий фланца

На хвостовике коленчатого вала закреплен фланец с несколькими отверстиями для подсоединения маховика. Со временем эти гнезда могут разбиваться. Такие неисправности относятся к категории усталостного износа.

В результате работы механизма под большими нагрузками в металлических деталях образуются микротрещины, из-за которых образуются одиночные или групповые углубления на соединениях.

Неисправность устраняется путем рассверливания отверстий под больший диаметр болтов. Эту манипуляцию следует выполнить как с фланцем, так и с маховиком.

Течь из-под сальника

На коренных шейках вала устанавливается два сальника (по одному с каждой стороны). Они предотвращают вытекание масла из-под коренных подшипников. Если смазка попадает на приводные ремни газораспределительного механизма, это значительно снижает их ресурс.

Течь сальников может появиться по следующим причинам.

  1. Вибрации коленчатого вала. В этом случае изнашивается внутренняя часть сальника, и она неплотно прилегает к шейке.
  2. Длительный простой на морозе. Если машина долго стоит на улице, сальник пересыхает и теряет свою эластичность. А из-за мороза он дубеет.
  3. Качество материала. Бюджетные детали всегда имеют низкий рабочий ресурс.
  4. Ошибка в установке. Большинство механиков производят монтаж при помощи молоточка, аккуратно набивая сальник на вал. Чтобы деталь функционировала дольше, производитель рекомендует использовать предназначенный для данной процедуры инструмент (оправка для подшипников и сальников).

Чаще всего сальники изнашиваются одновременно. Однако если возникла необходимость в замене только одного – следует поменять и второй.

Неисправность датчика коленвала

Этот электромагнитный датчик устанавливается на двигатель для синхронизации работы системы инжектора и зажигания. Если он неисправен, то мотор невозможно будет запустить.

Датчик коленвала определяет положение кривошипов в мертвой точке первого цилиндра. На основании этого параметра электронный блок управления автомобиля определяет момент впрыска топлива в каждый цилиндр и подачи искры. Пока от датчика не поступит импульс, искра не образуется.

В случае выхода из строя этого датчика проблема решается его заменой. Только подобрать следует ту модель, которая разработана для данного типа двигателей, иначе параметры положения коленчатого вала не будут соответствовать реальности, и ДВС будет неправильно функционировать.

Более подробно о функции ДПКВ и диагностики его неисправностей смотрите в видео:

Щеки коленвала предназначены для

Конструкция и размеры коленчатого вала зависят от числа и расположения цилиндров двигателя, числа коренных и шатунных шеек, размещения шатунов, равномерности чередования рабочих ходов и уравновешенности.

Коленчатые валы могут быть как целые, так и составные. Последние применяют в случае использования подшипников качения в качестве шатунных и коренных подшипников.

Коленчатый вал состоит из следующих элементов: переднего конца вала, шатунных и коренных шеек, противовесов и хвостовика.

На коленчатом валу обычно располагаются маховик, ведущая распределительная шестерня, шкив привода вентилятора, гаситель крутильных колебаний, маслоотражатели и другие второстепенные детали.

Общая длина кривошипа, а также размеры составляющих его элементов (коренная и шатунные шейки и щеки) зависят от минимального расстояния между осями двух соседних цилиндров.

В быстроходных дизелях и некоторых карбюраторных двигателях число коренных подшипников коленчатого вала на единицу больше числа колен. Карбюраторные двигатели часто имеют непол-ноопорные коленчатые валы. В «этом случае между двумя коренными подшипниками располагается по два колена, вследствие чего сокращается длина коленчатого вала и габаритные размеры двигателя.

Чтобы повысить жесткость таких коленчатых валов на изгиб, увеличивают диаметры шатунных и коренных шеек, уменьшают их длину и увеличивают толщину щек. В V-образных двигателях применяют полноопорные коленчатые валы.

Современные четырехцилиндровые карбюраторные двигатели с рядным расположением цилиндров обычно имеют три или пять коренных подшипников, а восьмицилиндровые V-образные двигатели — только пять коренных подшипников. Восьмицилиндровые дизели чаще делают с пятью коренными подшипниками. Шестицилиндровые карбюраторные двигатели могут иметь четыре и семь, а дизели — только семь коренных подшипников.

Читайте также:  Замена салонного фильтра на Ладе Калина – как поменять самому ▼ О Ладе ▼

В подавляющем большинстве случаев коленчатые валы изготовляют цельными.

Исходя из условия равномерности чередования вспышек угол между кривошипами вала четырехтактного однорядного двигателя должен быть равен 720°/£ (где i— число цилиндров). Угол между кривошипами двухтактного двигателя согласно тому же условию должен быть 360°/£. При определении порядка работы двигателя из всех возможных вариантов выбирают порядок, при котором вспышки совершаются поочередно в цилиндрах наиболее удаленных друг от друга. Такой порядок работы несколько улучшает условия, в которых находятся коренные подшипники, и препятствует проникновению отработавших газов из одного цилиндра в другой.

Ниже рассматриваются конструктивные элементы коленчатого вала.

Передний конец коленчатого вала имеет ступенчатую форму, что необходимо для установки на нем шкива привода вентилятора, маслоотражающего устройства, распределительной шестерни и в некоторых случаях гасителя крутильных колебаний, который обычно объединяют в один узел со шкивом вентилятора. Все устройства и детали, расположенные на переднем конце коленчатого вала, стягивают болтом, ввернутым в его торец, или гайкой, навернутой на конец коленчатого вала. При установке коленчатого вала в подшипниках качения на его переднем конце должно быть предусмотрено место для устройства, при помощи которого масло подается в коленчатый вал.

Коренные шейки коленчатого вала выполняют одинакового диаметра. Для фиксирования коленчатого вала от осевых перемещений служит одна из крайних или средняя шейка. Упорные подшипники у большинства двигателей (у дизелей в особенности) располагают со стороны маховика. В некоторых двигателях упорные подшипники устанавливают со стороны механизма газораспределения или у среднего коренного подшипника. При цепном приводе желательно упорный подшипник располагать со стороны переднего конца вала, так как при перекосах условия работы цепи ухудшаются.

Для смазки коренных шеек масло подается из общей масляноймагистрали,расположенной в блок-картере, по каналам в стенках верхней части картера со стороны малонагруженной половины вкладыша.

Щеки коленчатого вала могут быть различной формы: призматические овальные и круглые. У коленчатых валов автомобильных двигателей большей части щеки делают прямоугольной и овальной формы.

Если между опорами расположены два колена, то длина щек увеличивается,аформаихусложняется,чтоусложняетконструкцию вала в целом и увеличивают его массу. Для лучшего

использования материала не работающие, наиболее удаленные отоси коленчатого вала,части щек срезают. Жесткость щеки зависит от перекрытия коренных и шатунных шеек е =^* — R .Чем больше перекрытие шеек, тем больше жесткость и прочность щеки. При этом можно уменьшить толщину щеки без увеличения ее ширины. Величина перекрытия шеек зависит от отношения хода поршня к диаметру цилиндра и диаметра шеек.

Переходы (галтели) от щек к коренным и шатунным шейкам во избежание возникновения больших концентраций напряжения выполняют радиусом около (0,035—0,08) d. Для уменьшения опорной поверхности шейки галтель в некоторых конструкциях состоит из двух-трех сопряженных дуг различных радиусов гг, г2, г3 .

Утолщение щек без увеличения длины двигателя ведет с одной стороны к повышению жесткости кривошипа, и с другой — к уменьшению ширины подшипников. При этом ширина подшипника не должна быть меньше 0,25 d.

При наличии на коленчатом валу противовесов форма щек усложняется.

Противовесы служат для разгрузки коренных подшипников от центробежных сил и моментов, вызываемых этими силами. Первые возникают от неуравновешенных масс колена вала. Для уменьшения массы противовесы следует конструировать так, чтобы их центр тяжести располагался на возможно большем расстоянии от оси коленчатого вала. Масса противовеса составляет 70—80%суммарноймассывращающихсячастей.Противовесыо бычно отковывают или отливают как одно целое со щеками. Толщина противовеса не должна превышать толщины щеки, чтобы приремонте шейки коленчатоговаламожнобыло шлифовать.

В некоторых коленчатых валах сложной конструкции для упрощения их штамповки противовесы изготовляют отдельно. В этом случае противовесы к щекам крепятся специальными болтами 1 или шпильками 2 . Для фиксации головки болтов приваривают к противовесам.

Число и установочный угол противовесов определяют из динамического расчета.

В двигателях с кривошипно-камерной схемой газообмена противовесы, заполняя кривошипную камеру, уменьшают вредное пространство и способствуют созданию требуемого давления продувочного воздуха.

Шатунные шейки коленчатых валов обычно имеют меньший диаметр, чем коренные. При увеличении диаметра шатунной шейки увеличивается нижняя головка шатуна, что ведет к возрастанию вращающихся масс. При уменьшении длины шатунной шейки повышается удельная нагрузка, вследствие чего ухудшаются условия работы масляной пленки. Для уменьшения массы шатунные шейки часто высверливают.

Масло к шатунным шейкам подводится от коренных шеек по просверленным в валу каналам или запрессованным трубкам (в случае полых шеек).

Хвостовик (задний конец) коленчатого вала обычно имеет фланец для установки маховика. При наличии гидравлического сцепления роль маховика играет корпус сцепления. Задний конец коленчатого вала уплотняется с помощью отражательных колец вместе с фетровыми или резиновыми кольцами и винтовой нарезкой на валу, имеющей направление, обратное направлению вращения коленчатого вала.

Маховик крепится к фланцу коленчатого вала болтами. Отверстия под болты располагаются несимметрично, чем достигается установка маховика в строго определенном положении.

В торце фланца имеется отверстие для установки подшипника первичного вала коробки передач.

Ссылка на основную публикацию
Что такое вальветроник на бмв Ремонт авто — заказ запчастей
Вопрос про вальветроник и его адаптацию — BMW 3 series, л, года на DRIVE2; Про авто и мото В моем...
Что означает маркировка автомобильных ламп
Виды автомобильных ламп и их маркировка К автомобильным лампам сейчас выдвигается значительное количество требований, в частности к их эксплуатационным показателям...
Что означает название модели Рено Аркана
Renault Arkana - цена и характеристики, фотографии и обзор Рено Аркана (2020-2021) цены и комплектация. Технические характеристики «Arkana» и обзор...
Что такое веломобиль и как его сделать своими руками
Как сделать трехколесный велосипед своими руками чертежи; MOREREMONTA Устойчивую конструкцию трёхколёсного велосипеда выбирают не только родители маленьких детей, но также...
Adblock detector