Для чего служит коленвал в двигателе

Что это

Начнём с того, где находятся распредвалы и для чего нужен этот элемент. Раньше распредвал находился в нижней части двигателя, но затем конструкторы перешли на верхнее расположение. Так двигатели должны были работать лучше и эффективнее, что оказалось правдой. Распределительный вал выступает как основной элемент ГРМ, то есть газораспределительного механизма, в двигателях, работающих по принципу внутреннего сгорания. Всем известно, что двигатель выполняет свою работу за счёт сжигания топливовоздушной смеси, которая, предварительно смешиваясь, проникает в цилиндры. Это воздействует на рабочие поршни. Они перемещаются, и тем самым задают вращение коленвалу.

Теперь важно учесть один момент. Цилиндрам необходимо вовремя получать свежие порции смеси воздуха и топлива, плюс своевременно освобождать их от сгоревшей смеси

Это невозможно без слаженной и обязательно синхронной работы поршней, клапанов (впускных и выпускных), которые очищают и наполняют цилиндры. Все эти задачи по управлению данными элементами выполняет компонент газораспределительного механизма, который получил название распределительный вал. Тесно взаимодействуя с коленчатым валом, этот компонент ГРМ отвечает за фазы газораспределения. То есть вовремя открывает клапаны, а также закрывает их. Теперь касательно того, где располагается необходимый автомобильному двигателю распределительный вал. Как уже отмечалось ранее, находится он в двигателе. Но это полностью не позволяет получить ответ. Находящийся в моторе элемент стоит непосредственно напротив впускных клапанов.

Если же говорить о том, как выглядит автомобильный распредвал, то по сути это стержень, на котором размещено определённое количество так называемых кулачков. Эти кулачки имеют неправильную форму и осуществляют вращение по оси вала. Их количество зависит от количества впускных клапанов на силовой установке. В двух сторон кулачков также находятся опорные шейки, которые позволяют удерживаться в подшипниках. Во многом работоспособность и износ детали зависит от эффективности работы масляных каналов. Чтобы масло поступало в распредвал, предусмотрено сквозное отверстие с выводами, которые идут на кулачки и опорные подшипники.

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.

Форма коленчатого вала

Форма коленчатого вала зависит от количества и расположения цилиндров, их порядка работы и тактов, которые выполняются цилиндропоршневой группой. В зависимости от этих факторов коленвал может быть с разным количеством шатунных шеек. Есть моторы, в которых на одну шейку воздействует нагрузка от нескольких шатунов. Примером таких агрегатов служат ДВС V-образной формы.

Даная деталь должна изготавливаться так, чтобы в процессе вращение на высоких оборотах была максимально минимизирована вибрация. В зависимости от количества шатунов и порядка образования вспышек в коленвалах могут использоваться противовесы, но также существуют и модификации без этих элементов.

Все коленчатые валы делятся на две категории:

• Полноопорные коленвалы. Количество коренных шеек увеличено на оду по сравнению с шатунными. Это обусловлено тем, что по бокам каждой шатунной шейки стоят опоры, которые также служат осью кривошипно-шатунного механизма. Такие коленвалы используются чаще всего, так как производитель может использовать облегченный материал, что влияет на КПД двигателя.
• Неполноопорные коленвалы. В таких деталях коренных шеек меньше, чем шатунных. Такие детали изготавливаются из более прочных металлов, чтобы в процессе вращения они не деформировались и не сломались. Однако такая конструкция приводит к увеличению веса самого вала. В основном такие коленчатые валы использовались в низкооборотных моторах прошлого столетия.

Полноопорная модификация показала себя более легкой и надежной, поэтому ее используют в современных ДВС.

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.

Что такое коленчатый вал?

Вал коленчатый — деталь кривошипно-шатунного механизма (КШМ) поршневого двигателя внутреннего сгорания всех типов; вал коленчатой конструкции, обеспечивающий преобразование возвратно-поступательного движения поршней и шатунов во вращательное движение связанных с ним деталей силового агрегата и трансмиссии.

Именно коленчатый вал составляет основу КШМ любого поршневого мотора внутреннего сгорания, на него возложен целый ряд функций:

• Преобразование возвратно-поступательного движения во вращательное, которое обеспечивает привод всех остальных агрегатов;
• Обеспечение центровки и правильного положения деталей поршневой группы в цилиндрах;
• Смазка шарнирных соединений кривошипно-шатунного механизма — подача масла на коренные и шатунные шейки, а через них по шатунам к поршням. Также вращение вала приводит к образованию масляного тумана в картере;
• Привод навесных агрегатов двигателя и трансмиссии — передача крутящего момента на моховик и далее на коробку передач, привод газораспределительного механизма, водяного насоса, генератора, вентилятора, компрессора и т.д.

От состояния и условий работы коленвала во многом зависят не только параметры всего силового агрегата, но и сама возможность его функционирования

Поэтому коленчатому валу уделяется самое серьезное внимание, а при его неисправностях без промедлений выполняется ремонт или полная замена. Но прежде, чем приобретать новый коленвал, следует разобраться в конструкции, характеристиках и особенностях этой детали мотора

Коленчатый вал это конструкция, короче много раз изогнутая железяка

Коленвал представляет собой расположенные на одной оси коренные шейки, соединенные щеками и шатунные шейки, количество которых определяется числом цилиндров. При помощи шатунов шейки коленвала соединены с поршнями.

Рекомендуем: Регулировка фар своими руками

В зависимости от того как расположены коренные шейки, коленвал бывает:

• полноопорный – если коренные шейки располагаются по обе стороны от шатунной шейки;
• неполноопорный – если коренные шейки располагаются только с одной стороны от шатунной шейки.

Большинство современных автомобильных двигателей оснащены полноопорными коленчатыми валами.

Основные элементы КВ

К основным элементам относятся:

• Коренная шейка – это главная часть узла, которая находится на коренных подшипниках (вкладышах), расположенных в картере;
• Шатунная шейка – соединяет коленчатый вал с шатунами. Смазываются шатунные механизмы через специальные масляные каналы. Шатунные шейки смещены в стороны;
• Щеки коленвала – соединяют коренные и шатунные шейки;
• Противовесы – уравновешивают вес поршней и шатунов;
• Передняя, фронтальная часть или носок – элемент механизма, оснащенный зубчатым колесом (шкивом) и шестерней, а в отдельных случаях еще и гасителем колебаний. Он контролирует мощность привода газораспределительного механизма (ГРМ) и других устройств;
• Задняя часть (хвостовик) – элемент механизма, соединенный с маховиком с помощью маслоотражающего гребня и маслосгонной резьбы, выполняет отбор мощности.

Тыльная и фронтальная стороны коленчатого вала уплотняются защитными сальниками, которые не допускают протекания масла в местах, где маховик выходит за пределы блока цилиндров.

Движение коленвала гарантируют подшипники скольжения, которые представляют собой тончайшие стальные вкладыши, со специальным антифрикционным слоем. Чтобы не допустить осевое смещение, существует упорный подшипник, устанавливаемый на коренную шейку (крайнюю или среднюю).

Материалы для изготовления

Коленчатый вал это трудяга, который подвергается действию сильных, быстроизменяющихся нагрузок. Показатели его надёжности определяются конструктивными особенностями и материалами, из которого он сделан.

У этого элемента двигателя, обычно, цельная структура. Так что материалы для его изготовления должны использоваться максимально прочные, потому что от этого зависит стабильная работа системы. Лучшие материалы ‒ углеродистая и легированная сталь и высокопрочный чугун.

Коленчатые валы изготавливают методом литья, ковки из стали, а затем их вытачивают. Заготовки производят горячей штамповкой или литьем.

Материал и технология производства зависит от класса и типа автомобиля.

1. Для серийных моделей коленвалы производятся методом литья из чугуна. Это уменьшает себестоимость.
2. Для дорогих спортивных моделей берут кованные стальные коленвалы. Такой вариант обладает рядом преимуществ по размерам, весу и показателям прочности, и все чаще используются в автомобилестроении.
3. Для супердорогих двигателей изделие вытачивается из цельных стальных болванок. При этом приличная часть материала остается в отходах.

Конструктивные особенности

Теперь вы знаете, что кроме серийных, есть и спортивные коленвалы. Они дают возможность ускорить ход поршня в крайней точке сжатия, благодаря специальной форме шатунных шеек. У стандартного вала они круглые, а у спортивного ‒ немного вытянутые, за счет этого характеристики двигателя изменяются.

Поздравляю вас, господа. Теперь вы в курсе, что коленчатый вал это не только тяжелая железяка, но и незаменимая деталь, от которой зависит комфортная езда, ресурс двигателя и его узлов.

А ещё она обеспечивает многие устройств автомобиля крутящим моментом: трансмиссию, генератор, карданы, и так далее до колес.

Конечно рассказывать об этом своей любимой девушке не обязательно, а вот друзьям автомобилистам через социальные сети сообщите. Пусть тоже читают наш блог – будет много интересного.

Для чего необходим

При помощи кривошипно-шатунного механизма двигателя возвратно-поступательное движение поршней цилиндров двигателя переходит во вращательное движение и передается через трансмиссию к колесам автомобиля. Коленчатый вал как раз и нужен для того чтобы выполнить такое превращение. При работе каждый из поршней четырехтактного двигателя постоянно находится в одном из тактов:

• впуск;
• сжатие;
• рабочий ход;
• выпуск.

В фазе рабочего хода поршень толкает связанный с ним шатун, а тот, в свою очередь, смещает коленчатый вал. Так реализуется вращение. Следующий по порядку работы цилиндров двигателя поршень в это время сжимает горючую смесь и после ее воспламенения толкает свой шатун, в результате чего коленчатый вал непрерывно вращается.

Маховик

К заднему, если смотреть со стороны расположения ремней/цепей механизма газораспределения, концу коленвала через фланец при помощи болтов крепится маховик – массивный чугунный диск с напрессованным зубчатым венцом (см. фото). Для того чтобы маховик не смещался и не нарушалась балансировка, предусмотрены центровочные штифты или специальные болты, расположенные несимметрично. Для предотвращения утечек масла на фланец маховика устанавливается дополнительное уплотнение (сальник).

Маховик накапливает энергию, необходимую для поддержания равномерного вращения в промежутках между воспламенениями горючей смеси в цилиндрах и выводит поршни из мертвых точек (крайних верхних и нижних положений поршня в цилиндре). Зубчатый венец маховика связан с шестерней стартера. При пуске двигателя маховик проворачивается стартером, придавая валу начальное вращение. Наконец, именно через маховик на узлы и агрегаты трансмиссии передается вращательное движение.

Носок

В передней части коленвала, называемой «носком», устанавливается шкив или шестерня привода газораспределительного механизма, элементов системы охлаждения и других агрегатов (см. фото). Носок уплотняется кольцевой манжетой (сальником). Кроме того, с внешней стороны носка в крышке двигателя устанавливается пылеотражатель, препятствующий проникновению загрязнений в картер.

Источник

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.

Принцип работы

Как уже выяснилось, распределительный вал обладает специальной формой расположенных на нём кулачков, подшипниками, а также собственной смазочной системой. При этом он работает совместно с коленчатым валом. И тут многие интересуются, сколько оборотов делает распредвал, а сколько их совершает коленвал. Если коленчатый вал совершает определённое количество оборотов, вращения у распределительного вала в 2 раза меньше. Распредвал, делая, предположим, 4 оборота, оказывается медленнее коленвала ровно в 2 раза.

• Чтобы осуществлять эти вращения, на разных двигателях используются передачи зубчатого, ременного и цепного типа;
• Форма кулачков обеспечивает создание тех самых фаз газораспределения, то есть открытие клапанов происходит в нужный момент для эффективной работы двигателя;
• Если изменить форму кулачка, производительность мотора можно повысить;
• Используя толкатели или работая напрямую через гидрокомпенсаторы, кулак нажимает на клапан и открывает его. Открытый клапан затем постепенно и плавно закрывается;
• Форма кулачка специально адаптирована под геометрию толкателя клапана;
• На валу кулаки расположены под определённым углом, что и формирует соответствующие фазы. В зависимости от мотора, угол может несколько отличаться;
• Если двигатель предусматривает наличие электронного блока управления, вал дополнительно оснащается специальным датчиком. Контроллер следит за положением распредвала, за счёт чего синхронизируется подача топлива и работа клапанов.

В итоге распредвал оказывается крайне важным компонентом любого двигателя внутреннего сгорания.

Неисправности коленчатых валов

Рассмотрим типичные неисправности коленчатых валов:

• течи сальников коленчатого вала;
• «масляное голодание» рабочих поверхностей;
• механические повреждения коленчатых валов;
• естественный физический износ;
• ненормальный повышенный физический износ.

Сальник коленвала требующий замены

Для коленчатых валов, как и для других деталей двигателя, наиболее опасно «масляное голодание». Причиной может быть поломка маслонасоса, забитый канал подачи масла, низкий уровень масла в двигателе. Это приводит к повышенному трению подшипников, нагреванию элементов. Дальнейшая эксплуатация двигателя в таком режиме приведет к его перегреву, полному заклиниванию и к капитальному ремонту. «Клин» на ходу может привести к критическим повреждениям вала или других узлов двигателя.

Вода и топливо попадая в масло меняют его хим. состав и степень вязкости. Причиной может быть значительный износ цилиндропоршневой группы, нарушенная структура прокладок, микротрещины в блоке двигателя или ГБЦ.

Повреждения шейки шатуна по причине отсутствия смазки

Со временем шейки и подшипники подвергаются износу, увеличивается допустимый зазор, появляется люфт коленвала, это приводит к возрастанию вибраций, двигатель начинает «стучать». Характерный стук двигателя — критичный сигнал. При его появлении необходимо прекратить движение и срочно обратиться в автосервис. Если коленчатый вал разбалансирован или смонтирован неправильно, может возникнуть повышенный ненормальный износ контактных поверхностей.

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. 

Как работает коленчатый вал двигателя

Итак, в камерах двигателя внутреннего сгорания, после воспламенения нагнетенного туда горючего, образуются газы, которые, расширяясь, толкают поршни. Те, в свою очередь, оказывают воздействие на присоединенные к ним шатуны через кинематическую пару (бронзовая втулка и палец, тончайший зазор между ними заполнен маслом, подающимся сквозь отверстие во втулке). Шатун нижней головкой через подшипник соединен с шейкой колена, расположенного на валу, и каждое движение поршня, таким образом, проворачивает весь коленчатый вал двигателя.

Чтобы крутящий момент был передан на трансмиссию без ослабления, каждую коренную шейку охватывает специальный подшипник коленвала, состоящий из двух половинок, установленных внутри крышек картера. В последнем предусмотрены ячейки для вращающихся колен, с отверстиями для шатунов в верхней части и поддоном для масла в нижней. Между ячейками, по числу опорных шеек, располагаются подшипники, у каждого вместо элементов качения с внутренней стороны имеется канавка для масла.

https://youtube.com/watch?v=Ue6cDpSOKu4

Плюсы от расточки коленвала

В процессе эксплуатации коленчатый вал подвергается большой нагрузке, что приводит к возникновению самых различных дефектов. Постоянное снижение уровня чистоты и образование на поверхности неровностей приводят к ухудшению работоспособности системы. Избавиться от них можно только методом расточки. Помимо того, что вам не придётся покупать полностью новый коленвал, к числу преимуществ данной процедуры входят следующие моменты:

• Обеспечивается идеальная чистота рабочих поверхностей. Использование специальных растворов и инструментов позволяет избавить деталь от инородных отложений.
• Исправление дефектов (бочкообразности), которые возникают из-за неравномерных усилий при работе механизмов. Это приводит к возникновению зазоров в сопрягающихся деталях.
• Устраняется овальность шеек, которая образуется из-за одностороннего усилия от шатуна и является побочным эффектом конструктивной особенности коленвала. Овальность возникает по истечении длительного эксплуатационного периода.
• Восстанавливается диаметр шеек. Уменьшение диаметра шеек происходит неравномерно и зависит от режима работы цилиндров.

Условия трения

Коэффициент трения в общем случае определяется двумя составляющими – механической и молекулярной. Первая обуславливается микронеровностями поверхности и их деформацией, а вторая  — силами молекулярного притяжения.

В системе «металлический шар – полимерное седло» преобладает механическая составляющая. По этой причине для снижения трения поверхность шара тщательно полируют, а это вызывает увеличение площади фактического контакта и увеличивает молекулярную составляющую. Таким образом, для шаровых кранов крайне важным условием является выбор конструкционных материалов шара, седла,  способы их механической обработки и выбор смазочного материала.

Многоцелевые пластичные смазки не обеспечивают эффективной эксплуатации при характерных для трубопроводной арматуры низких скоростях скольжения и относительно кратковременных и редких периодах движения. Для таких условий работы целесообразно применение специальных уплотнительных  смазок.