Коленвал или коленчатый вал – это стальная деталь, которая помогает преобразовывать тепловую энергию сгораемого горючего в механическую, которая нужна для вращения колёс. Простыми словами — коленвал похож на сильно изогнутую стальную железяку в виде вала. Основные детали вала — шатунные шейки, соединённых с коленной шейкой.
Коленчатый вал относится к кривошипно-шатунному механизму (КШМ). Вал устанавливают прямо под блоком цилиндров.
Коленвал – важная деталь любой машины, имеющая определённую форму. Она зависит от модели мотора. При движении автомобиля элемент будет как бы притираться к двигателю. При диагностике и ремонте коленвала мотористы всегда смотрят, как ходят трущиеся элементы и по издаваемому звуку могут определить проблему. Что держит коленвал в двигателе, зависит от типа машины.
В статье расскажу всё про коленвал – что это такое, как выглядит, как устроен этот механизм, его назначение, поломки и пути их устранения. Обещаю, вам понравится!
Что такое коленвал
Коленвалом называют такую деталь (либо узел деталей, если вал составной), которая работает за счёт работы элементов поршневой группы.
Вал передаёт крутящий момент на маховик, вращающий шестерни трансмиссии.
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.
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.
Внимание! Какая деталь соединяет коленчатый вал двигателя с поршнем? Это палец, который при помощи шатуна соединяется с шейкой.
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:
- 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.
- 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.
Для справки! Кто изобрёл важный элемент двигателя? Это был арабский учёный Исмаил ибн аль-Раззаз аль-Джазари, который жил в Турции в 12 веке. Его ещё называют как Да Винчи исламского мира, потому что он описал конструкцию почти пятидесяти механизмов, таких как человекоподобные роботы, водяные часы, музыкальные аппараты, фонтаны, клапанные насосы и кодовые замки.
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.
Внимание! Коленвал производят из легированной или углеродистой стали, модифицированного чугуна при использовании методики штамповки и литья.
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.
Назначение
Главная цель коленчатого вала – преобразование вращательно-поступательных перемещений поршней двигателя внутреннего сгорания в крутящий момент, передаваемый трансмиссией на колёса автомобиля. Главная функция коленвала – превращение поступательного движения во вращательное.
Основной технической характеристикой коленчатого вала цепочки является радиус кривошипа. Это расстояние от осей коренных шеек к шатунным. Коренных шеек выступающих в роли опор, обычно бывает 4, но бывает, встречаются и три. В 6-цилиндровом ДВС коренных шеек целых семь.
Удвоенный радиус представляет собой длину движения поршня, определяющую объем цилиндров. При изменении величины радиуса кривошипа и стабильном диаметре цилиндра, изменится объем последнего. Такую зависимость мотористы часто используют для проведения регулировки, когда надо изменить технические характеристики движка в каком-либо определённом направлении.
Конструктивно коленвал соединяет коренные и шатунные шейки благодаря так называемым «щёкам». Шатунные шейки имеют меньший диаметр, чем у коренных. У щеки есть продолжение, которое является противовесом. Благодаря ему шатунный и поршневой вес находятся в балансе, и силовой агрегат работает без рывков. Оба конца механизма уплотнены во избежание потери смазочной жидкости.
При установлении соотношения длины хода поршня и диаметра цилиндра, мотор можно сделать длинноходным или короткоходным. Последний вариант повышает мощность за счёт прироста числа оборотов. Длинноходные варианты признаны экономичными. Они обеспечивают повышенный крутящий момент при небольших оборотах.
Внимание! Изменение параметров коленчатого вала от исходных (заданных производителем) приводит к полной перемене всех параметров мотора. Это может отразиться на работе целостной системы.
Схема — из чего состоит
Коленчатый вал размещается в нижней части автомобильного мотора под масляным картером. Этот конструктивный и функциональный элемент имеет своё строение. Части коленвала:
- коренная шейка – это опорная часть механизма, так называемая ось вращения. Эта деталь находится в подшипнике, который в свою очередь встраивается в картер двигателя;
- шатунные шейки – это колено коленчатого вала, упоры для шатунов. Они при работе коленвала смещаются по отношению к оси по траектории в форме круга;
- носок коленчатого вала – это выходная часть коленвала, на ней зафиксирован шкив или зубчатое колесо привода газораспределительного механизма (ГРМ), а также дополнительных механизмов. Носок передают энергию приводу ГРМ;
- щека коленчатого вала – обеспечивает соединение шатунных шеек с коренными. Они имеют защитную функцию и не дают коленвалу выйти из строя при самых максимальных нагрузках;
- фланец;
- упорные полукольца;
- вкладыши;
- шестерня;
- шкив;
- противовесы – обеспечивает сохранение баланса во время возвратно-поступательных движений элементов поршневой группы и нейтрализует нагрузку центробежной силы. Помогают уравновесить вес поршней и шатунов;
- хвостовик коленчатого вала – задняя часть механизма, к которому прикреплён маховик. Он приводит в движение шестерни коробки передач.
В конструкции коленвал имеется кривошип коленвала. Это узел, в который входит 1 шатунная шейка и 2 щеки. Отмечу, что раньше кривошипы были в сборе. Сейчас применяют только цельные коленчатые валы.
Ось коленвала выглядит в форме коренной шейки. Шатунные шейки всегда попеременно смещаются в противоположную сторону друг от друга. Внутри элементов есть отверстия, через которые моторное масло передаётся на подшипники. Кривошип представлен в формате отдельного узла, включающего две щеки и шатунную шейку.
Раньше в машины устанавливали исключительно сборные конструкции кривошипа. Сейчас все двигатели оснащаются цельными элементами. Их производят из стали высокой прочности при помощи ковки. Далее они проходят тщательную обработку на токарных станках. Более дорогие разновидности производятся из чугуна с помощью литья.
Заднюю и переднюю часть коленчатого вала уплотняют сальниками, обеспечивающими защиту от протекания масла. Выпускающие части маховиков могут выходить за пределы блоков цилиндров.
Вращение всех деталей вала создают подшипники скольжения. Они представлены в форме тонких стальных пластов (по-другому их называют вкладыши) с тонким слоем смазки. Для профилактики осевого смещения используется упорный подшипник, который располагается на коренной крайней или средней шейке. Теперь вы назовёте составляющие коленчатого вала без труда.
Отмечу, что для 4-цилиндровых моторов (применяют на большинстве серийных автомобилей) применяют плоский коленвал, когда щёки с шейками располагаются в одной плоскости. Это особенно заметно, когда смотришь на вал в «фас». Перейдём к описанию принципа работы коленвала.
Как работает коленчатый вал двигателя?
Несмотря на сложное строение, принцип работы устройства очень простой. Работа этого механизма схожа с работой педалей обычного велосипеда. Только в двигателях автомобилей применяется больше шатунов.
Поршни в моторе двигаются неравномерно. Когда одни поршни спускаются вниз, другие поднимаются вверх. Это увеличивает плавность хода и стабильность нагрузки. Коленвал как бы сдерживает движение поршней и заставляет их вернуться в прежнее положение, чтобы топливно-воздушная смесь смогла сжаться.
Вот как работает коленвал:
- В камере внутреннего сгорания происходит процесс сгорания поступающего внутрь горючего с выделением газов. При расширении они оказывают давление на поршни,
- Поршень выталкивается и производит поступательное действие.
- Элементы передают механическую энергию за счёт сообщения с поршнями, соединёнными посредством втулки.
- Шатун соединяется с шейкой коленвала и подшипником, потому каждое поступательное поршневое движение преобразуется во вращение вала.
- После того как случается поворот на 180 градусов, шатунная шейка следует в обратном направлении и происходит возвратное движение поршня.
- Циклы непрерывно повторяются.
- Вращательная энергия заставляет колёса автомобиля двигаться.
Посмотрите хорошее и понятное видео про коленвал:
Неисправности и их решение
Из чего сделан коленвал? Для его изготовления применяют металлы и сплавы повышенной прочности. Казалось бы, риск поломки исключён или минимален, но это не совсем так. Со временем из-за постоянных экстремальных нагрузок появляется износ, и даже стальной элемент способен выйти из строя.
Деталь постоянно сталкивается с механическими нагрузками от поршневой группы, поступающее давление измеряется в нескольких тоннах. Добавляет нагрузку инерционные силы в элементах коленвала. Помимо этого, при работе двигателя внутреннего сгорания температура коленвала стремительно возрастает и достигает нескольких сотен градусов.
Если вовремя обслуживать автомобиль, то коленчатый вал может без поломок прослужить до 300 тыс. км пробега. Ну а если на станцию техобслуживания ездить редко, то могут возникнуть разные неисправности. Какие основные неисправности коленчатого вала и как их исправить?
Задиры шатунных шеек кривошипа
Износ шатунной шейки встречается довольно часто потому что именно в области данного узла образуется максимальная сила трения при наибольшем давлении. Под воздействием перечисленных условий, в местах приложения нагрузки образуются выработки, создающие препятствия для естественного и свободного хода подшипника. Коленвал может неравномерно прогреваться после пуска мотора и в результате деформироваться.
Внимание! Рассматривать такую проблему как незначительную – не следует, потому что повышается уровень вибрации внутри мотора. Сам механизм набирает температуру, происходит его стремительное разрушение по цепочке (расплавляются вкладыши) и в итоге может пострадать двигатель авто.
Убрать проблему поможет моторист, умеющий делать качественную шлифовку шатунных шеек. Процедура приведёт к существенному уменьшению их диаметра. Для получения одномерности всех кривошипов, манипуляцию выполняют на качественных токарных станках, поскольку точность требуется для размеров меньше, чем 1 мм. Экономить не следует, элемент следует доверять только профессионалу, а не обращаться к сомнительным мотористам.
После устранения основной проблемы диаметр технических зазоров детали заметно увеличится. После обработки на них стоит установить специальный вкладыш, призванный заполнить пустующее пространство.
Опытные автовладельцы знают – чтобы минимизировать вероятность появления проблемы, стоит постоянно контролировать уровень масла в баке и доливать его время от времени. Если смазки будет недостаточно, задиры появятся с большой вероятностью. Также мотористы рекомендуют смотреть на качество купленной смазки. Ездить на дешёвом или старом загустевшем масле – опасно, ремонт автомобиля потом может стоить гораздо дороже, чем стоимость важного расходника. Дополнительно может выйти из строя масляный насос.
Срез шпонки кривошипа
Что крутит коленвал и за что отвечает этот элемент, становится понятно при обнаружении этой проблемы. Именно шпонка механизма делает возможной передачу крутящего момента с вала на приводной шкив. Оба компонента имеют собственные пазы, в которых заключается специальный клин. При использовании материалов низкого качества в производстве, деталь обрезается. Это случается при заклинивании мотора. Ситуация – редкая.
Когда пазы шкива и КМН целы, можно сменить шпонку. В старых двигателях, манипуляция не даст результатов из-за образования большого люфта при соединении. Примитивный коленчатый вал не сможет работать как надо, потому ремонтники чаще всего советуют сразу менять детали на новые.
Износ отверстий фланца
На хвостике коленчатого вала крепится фланец с несколькими отверстиями, предназначенными для присоединения маховика. Со временем именно они разбиваются. Такое состояние называют износом усталости.
При работе элемента при больших нагрузках на металле образуются незаметные трещины, которые могут быть одиночными или групповыми. Последние чаще всего возникают в местах углубления детали.
Неисправность устраняется при рассверливании отверстий в результате установки болтов большего диаметра. Манипуляцию производят как с маховиками, так и с фланцами.
Течь из-под сальника
На коренных шейках вала есть два сальника. Они находятся с разных сторон. Основная цель элемента – предупредить протекание масла из-под подшипников. При попадании смазки на приводные ремни газораспределительного механизма их ресурс снижается, масло может разъесть резину. Это повышает расход горючего и масла, снижается управляемость автомобиля. А в итоге можно «попасть» на очень дорогой ремонт двигателя. Основные причины появления течи:
- вибрации вала – происходит преждевременный износ внутренней части элемента из-за его неплотного прилегания к шейке;
- длительное нахождение машины на улице зимой – сальник просто пересыхает, утрачивает собственную эластичность, дубеет от мороза;
- плохое качество детали – бюджетный элемент всегда имеет пониженный рабочий ресурс;
- попадание газов в картер, либо отсутствие вентиляции этой детали. Повышенное давление заставит протечь даже новенький сальник;
- неточности при установке – монтаж не должен производиться набивным методом с использованием молотка, чтобы деталь работала полноценно, для её монтажа надо применять специальную оправку.
На что влияет сальник понятно. Это прокладка, являющаяся расходником. Чаще всего происходит одновременный износ обеих элементов. Если произошёл износ одного, все равно лучше менять весь комплект. Износ следует проверять после пробега в 100-200 тыс. км.
Неисправность датчика коленвала
Это важный элемент цепочки, размещаемый на самом двигателе, он обеспечивает синхронную работу инжектора и зажигания. При возникновении неисправности, пуск мотора будет невозможным.
Электромагнитный датчик считывает много данных, которые передаются в бортовой компьютер, а он их регулирует. Главными данными являются впрыск горючего и зажигание. Пока импульс не поступит, бортовой компьютер не отдаст команду на выполнение.
Что указывает на проблемы с датчиком? Ухудшение запуска двигателя, у него нестабильная мощность, а также он может внезапно заглохнуть. На приборной панели горит надпись Check Engine.
Ремонт элемента невозможен, проблема устраняется только при помощи замены. Важно суметь подобрать правильную модель для установки на двигатель определённого типа, иначе мотор будет работать неправильно. При несоблюдении этого параметра, положение коленвала может не соответствовать действительности. ДВС не будет работать полноценно, это может привести к преждевременному износу отдельных элементов цепи.
Ответы на популярные вопросы
Определённые вопросы, связанные с элементом автомобиля, в том числе с коленвалом, владельцы задают чаще других. Чтобы не искать подобные сведения в разных источниках, вниманию читателя представлен блок с ответами.
Чем отличается поршень от коленвала
Поршень двигателя выглядит в форме детали цилиндрической формы. Он совершает вращательно-поступательные движения внутри цилиндра и служит для преобразования изменения показателей давления газа, жидкости и пара в механическую работу. Изначально элемент производится из высокопрочного чугуна, но потом технологию переработали и решили применять алюминий. Если понять, какую работу выполняет поршень, ясно, чем он отличается от коленчатого вала.
Этот конструктивный и функциональный элемент обеспечивает передачу механических усилий на шатун, контролирует герметизацию камеры внутреннего сгорания и способствует своевременному отводу избытка тепловой энергии. Слаженная работа поршней двигателя с коленчатым валом важна при эксплуатации машины в сложных условиях.
Сколько весит коленвал
Вес коленвалов зависит от модели двигателя. Представить среднюю цифру очень сложно, потому целесообразно назвать массу элементов взятых с отдельных моделей машин:
- ВАЗ 2112 – 12 кг 780 г;
- ВАЗ 2108 – 10 кг 980 г;
- LADA Priora и Калина – 10 кг 920 г.
Эта информация позволяет сделать вывод о том, что в среднем вес коленвала находится в диапазоне 10-14 кг. Масса элемента используемого на двигателях грузового авто выше, более 18 кг.
Зачем нужен коленвал для проверки блока цилиндров
Сборку элементов шатунно-поршневой группы специалист начинает с проверки блока цилиндров. Связано это с тем, что именно он является основой всего двигателя, на нём находятся ключевые элементы, детали и узлы. Идеальный по геометрическим правилам цилиндр будет изнашиваться с увеличенной скоростью. Для проверки целостности системы, цилиндр перпендикулярно прикрепляют к оси постелей коленчатого вала. После этого оценивают величину пропуска.
Чем прикручивается коленвал к блоку цилиндров?
Перед установкой коленвала в блок вкладыши и коренные шейки смазываются маслом, желательно тем, которое применяется в данном двигателе. Упорные полукольца ставятся так, чтобы почти не было люфта. Далее болты крепления крышек коренных подшипников слегка затягиваются с правого ряда цилиндров мотора, а затем с левого. Затем болты закручиваются с более высоким усилием.
В каких подшипниках вращается коленчатый вал
Важнейшей деталью в двигателе является коренной подшипник. Он представлен в форме небольшого полукольца средней жёсткости со специальным покрытием. При долгой эксплуатации элемент изнашивается. По сути – это подшипник скольжения, обеспечивающий возможность вращения самого коленвала, которое происходит при сгорании топливной массы внутри камеры.
Сколько коленвалов в двигателе
Коленвал у автомобиля всегда один. Взаимодействие с коробкой двигателя обеспечивается за счёт разных узлов сцепления. Они могут быть механическими и автоматическими.
Почему коленчатый вал называется коленчатым
Действительно, связь названия элемента с человеческой анатомией волнует многих. Но, наименование объяснить довольно легко. Слово произошло от «голенастый». Те самые голени выступают в качестве шатунов и плотно сидят на шарнирах. Так произошло название «коленчастый», а потом его упростили.
Как делается коленвал
Заготовки коленчатого вала получают за счёт применения метода свободной ковки, штамповки и отливки. Из-за сложности конфигурации, полученные заготовки на этом этапе лишь отдалённо напоминают окончательные формы. Далее при обработке удаляется большая часть металла. После ковки заготовки подвергают полноценной термической обработке. Она необходима для улучшения структуры металла, устраняет напряжение и упрощает его дальнейшую черновую обработку. Для обычных автомобилей деталь отливается из чугуна, для мощных и быстрых машин – из кованой стали, а в самых дорогих коленвал вытачивают из цельного куска стали.
Рекомендую посмотреть интересное видео, как в Германии изготавливают коленвалы:
Что одевается на коленвал
Для избежания течи масла при замене сальника мотористы пользуются ремонтными втулками. Это детали в форме гладких тонкостенных гильз, которые одеваются на коленвал и восстанавливает поверхность под сальник.
Коленчатый вал – важная деталь, обеспечивающая работу двигателя машины, без его правильного функционирования, движение невозможно. Конструкция вала разная, зависит от марки мотора. По сути, коленвал это стальной элемент, содержащий множество шатунных шеек, сообщающихся друг с другом при помощи коленной шейки.
Количество элементов конструкции определяется в зависимости от числа цилиндров двигателя в соответствии с их формой и размещением под капотом автомобиля. Шейки соединены между собой при помощи шатунов, обеспечивающих поступательно-вращательное движение для пуска мотора. Устройство может выйти из строя, в таких случаях необходима его регулировка.
И напоследок видео про двухтонный коленвал, который крутится одной рукой: