Что такое коленвал и как он работает

Для чего нужен коленвал

Одна из самых серьезных проблем механики — преобразование возвратно-поступательного движения во вращательное и наоборот. Решили ее еще в третьем веке до н.э., но созданная тогда конструкция используется и сейчас — это кривошипно-шатунный механизм. Именно он позволяет преобразовать толкающую силу сгорающих в цилиндрах газов во вращение колес.

Традиционный двигатель внутреннего сгорания является поршневым. Работает он по такой схеме:

• в цилиндр подается топливно-воздушная смесь, которая воспламеняется и увеличивается в объеме
• возникает избыточное давление, которое толкает поршень и совершает поступательное движение
• это движение при помощи шатуна передается на кривошип коленвала и вращает вал
• сам вал приводит в действие то, что к нему присоединено — колеса автомобиля, пропеллер самолета или винт корабля.

Кроме главной функции, коленвал имеет еще множество вспомогательных, а именно:

• аккумулирование крутящего момента — на заднем конце коленвала закрепляют массивный маховик

• участие в запуске двигателя — маховик через зубчатый венец раскручивают стартером

• привод механизма газораспределения через цепь или ремень

• привод остальных вспомогательных агрегатов — водяного насоса, генератора, насоса ГУР и компрессора кондиционера.

Читайте также: Рейтинг самых надежных двигателей в мире

Где находится коленвал

Даже опытный автомобилист вряд ли видел коленвал своего автомобиля. Он скрыт внутри мотора и посмотреть на него может только «счастливчик», запоровший двигатель неправильной эксплуатацией. Показывать будет моторист, и осмотр дополнится внушительным ценником за ремонт или замену испорченного вала.

Если же говорить серьезно, коленчатый вал располагается в нижней части картера двигателя и закреплен в подшипниках скольжения (вкладышах). Снизу он прикрыт поддоном картера, в котором залито моторное масло. В оппозитных двигателях (особая компоновка двигателя, где цилиндры расположены горизонтально в стороны друг от друга) коленчатый вал располагается по центру ДВС, снизу его тоже прикрывает поддон.

Читайте также: Номер двигателя: зачем нужен и проверяют ли его при постановке на учет

Как устроен коленвал

Как правило, коленчатый вал многоцилиндрового ДВС состоит из следующих элементов:

• Коренные шейки — цилиндрические детали вала, находящиеся на оси его вращения. Именно в них вращается вал в блоке цилиндров.

• Шатунные шейки — цилиндрические детали вала, смещенные относительно его оси вращения и коренных шеек. На них закрепляются шатуны с поршнями. В рядных двигателях число шатунных шеек равно числу поршней и цилиндров. В Y-образных на одну шатунную шейку крепится два шатуна. Диаметр шатунных шеек обычно меньше, чем у коренных.

• «Щеки» — округлые или эллиптические диски, соединяющие коренные и шатунные шейки. Включают в себя противовесы, которые уравновешивают шатун с поршнем и повышают момент инерции коленвала.

• «Носок» — передняя часть коленвала, куда надевается звездочка ГРМ и шкив привода вспомогательных систем. Также тут часто монтируется гаситель крутильных колебаний. Во время работы двигателя на валу возникают крутильные колебания вала, которые гаситель сводит к минимуму, снижая риск его повреждения.

• Хвостовик (фланец маховика) — задняя часть коленвала, на которую крепится маховик с корзиной сцепления или гидротрансформатором АКПП.

Также каждый коленвал имеет дополнительные детали:

• Масляные каналы — сверления, соединяющие коренные и шатунные шейки. Масло под давлением подается из блока через коренные шейки к шатунным полостям.

• Подшипники скольжения. Коленчатый вал вращается в подшипниках скольжения, вставленных в специальные гнезда картера двигателя. Шатун на шейке тоже вращается в таком же подшипнике. Подшипники скольжения коленвала обычно называют вкладышами. Они производятся из стальной ленты с антифрикционным сплавом, сделанным на основе алюминия или бронзы.

Читайте также: Как самостоятельно помыть двигатель: семь пунктов, которые спасут от поломок

Производство коленчатых валов

Коленчатый вал воспринимает крутящий момент, передающийся относительно неравномерно, поэтому должен иметь достаточный запас прочности. Так, при производстве коленчатых валов соблюдаются следующие условия:

• Используют только высокопрочные материалы. Сталь применяется углеродистая, хромомарганцевая, хромоникельмолибденовая. Марки стали не ниже 45, 45Х, 45Г2, 50Г. Метод производства — ковка в закрытых штампах. Или чугун, модифицированный магнием, где метод производства — прецизионное литье.

• Применяют термическую обработку — закалка с последующей нормализацией.

• Обрабатывают химико–термическим методом шейки для повышения твердости верхнего слоя: закалка ТВЧ, цементация, азотирование.

• Выполняют динамическую балансировку (для автомобильных двигателей — в сборе с маховиком).

Читайте также: Как правильно оформить замену двигателя: пошаговая инструкция

Неисправности коленвала

Первое место по неисправностям коленчатого вала уверенно занимает износ коренных и шатунных шеек. Это самые нагруженные элементы коленвала. На это есть две причины:

• Большой пробег автомобиля. Это естественный износ, и подробно рассматривать его нет смысла.
• Износ из-за некачественной или недостаточной смазки. Если владелец экономит на качественном масле, меняет его от случая к случаю, коренные и шатунные вкладыши «отвечают» ему повышенным износом.

Если же владелец еще и не следит за уровнем масла и ездит с «моргающим» индикатором его давления, наступает следующая после износа неисправность коленвала и вкладышей — задиры коренных и шатунных шеек и вкладышей. Из-за недостаточной смазки происходит перегрев трущихся поверхностей, и соприкасающиеся металлы начинают плавиться. Появляются своеобразные «язычки» металла, то есть задиры. Они могут быть как на вкладышах, так и на коленвале.

Условия работы вкладышей ухудшаются настолько, что наступают очередные неисправности:

• Проворот вкладыша. Задир на вкладыше приводит к нарушению условий смазки и скольжения, и вкладыш буквально «приваривается» к шейке коленвала. Специальный выступ на торце вкладыша срезается, и он начинает вращаться вместе с коленвалом. Сопровождается это громким стуком и тряской двигателя. Существует два варианта развития событий, и оба ведут к серьезному ремонту двигателя. Если провернулся шатунный вкладыш, то обычно ломается шатун, и его обломки могут пробить стенку картера. Если же проворачивается коренной, то происходит последняя неисправность коленвала.

• Поломка коленвала. Как правило, коленвал ломается в месте соединения шейки со щекой, поскольку это самая нагруженная зона. Это ведет к капитальному ремонту двигателя. Причиной поломки могут быть и описанное выше масляное голодание с проворотом вкладыша, и заводской брак при изготовлении коленвала.

В первых двух случаях возможен ремонт коленвала методом шлифовки шеек с заменой вкладышей. В случае поломки поможет только замена на новый.

Читайте также: Моторные масла: список лучших

Как продлить срок службы коленвала

Чтобы снизить вероятность износа и поломок коленвала, нужно правильно выбрать моторное масло и следить за его состоянием.

Какие есть рекомендации по маслу:

• Оно должно быть качественным и рекомендованным изготовителем.

• Менять масло надо в срок или при пробеге, указанном в инструкции производителя. В тяжелых условиях эксплуатации интервал между заменами может быть сокращен.

• Обязательно менять масляный фильтр вместе с моторной жидкостью.

• Регулярно следить за уровнем масла в двигателе. Не допускать показателя ниже отметки «min» на масляном щупе.

• Не допускать движения с большой нагрузкой на холодном двигателе.

• Не перегревать двигатель.

• Не допускать движения с резкими переменными нагрузками на двигатель (в «рваном» ритме).

Если соблюдать эти правила, коленчатый вал и сам автомобиль прослужат гораздо дольше.

Читайте также: Что заменить в машине сразу после покупки

Автор: Александр Анучин