Що таке колінвал в автомобілі і як він працює

Колінвал в автомобілі

Колінвал це деталь в моторі автомобіля, що приводить в рух поршневий групою. Він передає крутний момент на маховик, який в свою чергу обертає шестерні трансмісії. Далі обертання передається на півосі ведучих коліс.

Всі автомобілі, під капотом яких встановлені двигун внутрішнього згорання, оснащуються таким механізмом. Ця деталь створюється спеціально під марку двигуна, а не під модель автомобіля. В процесі експлуатації колінчастий вал притирається до особливостей будови ДВС, в якому він встановлений. Тому при його заміні мотористи завжди звертають увагу на вироблення тертьових елементів і на те, чому вона з'явилася.

Як виглядає колінвал, де він знаходиться і які бувають несправності?

Історія колінчастого валу

Як окремий виріб колінчастий вал не з'явився відразу. Спочатку з'явилася технологія кривошипу, яка застосовувалася у різних галузях сільського господарства, а також у промисловості. Наприклад, кривошип з ручним приводом користувалися ще в період 202-220 рр.н.е. (за часів династії Хань).

Відмінною особливістю таких виробів була відсутність функції перетворення зворотно-поступальних рухів у обертальні або назад. Різні вироби, виконані у формі кривошипу, використовувалися в Римській імперії (II-VI століття н.е.). Деякі племена центральної та північної Іспанії (кельтібери) користувалися навісними ручними млинами, які працювали за принципом кривошипу.

У різних народах ця технологія вдосконалювалася та використовувалася у різних пристроях. Багато хто з них використовувалися в механізмах обертання коліс. Приблизно в 15 столітті текстильна промисловість почала використовувати барабани з конструкцією кривошипу, на які намотувалися мотки пряжі.

Але сам собою кривошип не забезпечує обертання. Тому його треба поєднати з іншим елементом, який забезпечував би перетворення зворотно-поступальних рухів у обертання. Арабський інженер Аль-Джазарі (жив у період з 1136 по 1206) винайшов повноцінний колінчастий вал, який за допомогою шатунів був здатний виконувати подібні перетворення. Цей механізм він використав у своїх машинах для підйому води.

На основі цього пристрою поступово розроблялися різні механізми. Наприклад, сучасник Леонардо да Вінчі, Корнеліс Корнелісзун побудував пілораму, яка працювала від вітряка. У ній колінчастий вал виконають зворотну функцію порівняно з колінвалом ДВС. Під дією вітру обертався вал, який за допомогою шатунів та кривошипів перетворював обертальні рухи у зворотно-поступальні та рухав пилку.

У міру розвитку промисловості колінчасті вали набували дедалі більшої популярності за рахунок універсальності їх застосування. На сьогоднішній день найефективніший двигун працює на основі перетворення зворотно-поступальних рухів у обертальні, що можливе завдяки коленвалу.

Для чого потрібен колінчастий вал

Як відомо, в більшості класичних двигунів внутрішнього згоряння (про те, як можуть працювати інші ДВС, читайте в іншій статті) Відбувається процес перетворення зворотно-поступальних рухів в обертальний рух. У блоці циліндрів встановлені поршні з шатунами. Коли суміш повітря і палива потрапляє в циліндр і запалюється від іскри, вивільняється велика енергія. Розширюються гази тиснуть на поршень, переміщаючи його до нижньої мертвої точки.

Всі циліндри посаджені на шатуни, які в свою чергу закріплені на шатунних шийках колінчастого вала. Завдяки тому, що момент спрацьовування всіх циліндрів різний, на кривошипно-шатунний механізм виявляється рівномірний вплив (частота коливань залежить від кількості циліндрів в моторі). Це призводить колінвал до постійному обертанню. Обертальний рух далі передається на маховик, а від нього через зчеплення на коробку передач і потім на провідні колеса.

Отже, колінчастий вал призначений для перетворення різного роду рухів. Ця деталь завжди створюється гранично точно, так як від симетричності і точно вивірений куті нахилу кривошипів відносно один одного залежить чистота обертання первинного валу в КПП.

Матеріали, з яких виготовлений колінчастий вал

Для виготовлення колінчастих валів використовується сталь або високоміцний чавун. Причина в тому, що деталь піддається великому навантаженні (великий крутний момент). Тому дана деталь повинна відрізнятися високою міцністю і жорсткістю.

Для виготовлення чавунних модифікацій використовується лиття, а сталевих - кування. Для додання ідеальної форми використовуються токарні верстати, які управляються електронними програмами. Після того як виріб отримає потрібну форму, його шліфують, а щоб воно було міцніше, його піддають обробці за допомогою високих температур.

будова клонували

Колінчастий вал встановлюється в нижню частину двигуна безпосередньо над масляним картером і складається з:

• корінний шийки - опорна частина деталі, на якій встановлюється корінний підшипник картера двигуна;
• шатунной шийки - упори для шатунів;
• щік - з'єднують все шатунні шийки з корінними;
• носка - вихідна частина клонували, на якій закріплений шків приводу газорозподільного механізму (ГРМ);
• хвостовика - протилежна частина вала, до якої кріпиться маховик, що приводить в рух шестерні коробки передач, до нього ж приєднується і стартер;
• противаг - служать для збереження балансу під час зворотно-поступальних рухів поршневої групи і знімають навантаження відцентрової сили.

Віссю клонували є корінні шийки, а шатунні завжди по черзі зміщені в протилежному напрямку один від одного. У цих елементах зроблені отвори для подачі масла на підшипники.

Кривошип колінчастого вала це вузол, що складається з двох щік і однієї шатунной шийки.

Раніше в автомобілі встановлювали збірні модифікації кривошипів. Сьогодні всі двигуни оснащені цільними КОЛІНВАЛИ. Вони виготовляються з високоміцної сталі шляхом кування, а потім обробки на токарних верстатах. Менш дорогі варіанти виготовляються з чавуну за допомогою лиття.

Ось приклад створення сталевого клонували:

3 Виточування клонували Повна автоматизація процесу

Для чого потрібен датчик коленвала

ДПКВ - це датчик, який визначає положення коленвала в певний момент. Цей сенсор завжди встановлюється в автомобілях з електронним запалюванням. Детальніше про електронний або безконтактному запалюванні читайте тут.

Щоб в потрібний момент в циліндр подавалася повітряно-паливна суміш, а також вчасно вона запалала, потрібно визначити, коли кожен циліндр виконує відповідний такт. Сигнали, що надходять від датчика, використовуються в різних системах електронного управління автомобілем. Якщо ця деталь не буде працювати, силовий агрегат неможливо буде запустити.

Існує три різновиди датчиків:

• Індуктивний (магнітний). Навколо датчика утворюється магнітне поле, в яке потрапляє точка синхронізації. Синхронізаційних мітка дозволяє електронного блоку управління посилати потрібні імпульси на виконавчі механізми.
• Датчик холу. Має схожий принцип дії, тільки магнітне поле датчика переривається за допомогою екрану, закріпленого на валу.
• Оптичний. Для синхронізації електроніки і обертання коленвала теж використовується зубчастий диск. Тільки замість магнітного поля використовується світловий потік, який потрапляє на приймач від світлодіода. Імпульс, що йде на ЕБУ, формується в момент переривання світлового потоку.

Додатково про пристрій, принцип роботи і несправності датчика положення коленвала читайте в окремому огляді.

Форма колінчастого вала

Форма колінчастого вала залежить від кількості і розташування циліндрів, їх порядку роботи і тактів, які виконуються цилиндропоршневой групою. Залежно від цих чинників колінвал може бути з різною кількістю шатунних шийок. Є мотори, в яких на одну шийку впливає навантаження від декількох шатунів. Прикладом таких агрегатів служать ДВС V-подібної форми.

Даная деталь повинна виготовлятися так, щоб в процесі обертання на високих оборотах була максимально мінімізована вібрація. Залежно від кількості шатунів і порядку утворення спалахів в КОЛІНВАЛИ можуть використовуватися противаги, але також існують і модифікації без цих елементів.

Все колінчаті вали поділяються на дві категорії:

• Полноопорние коленвали. Кількість корінних шийок збільшено на оду в порівнянні з шатунними. Це обумовлено тим, що з боків кожної шатунной шийки стоять опори, які також служать віссю кривошипно-шатунного механізму. Такі коленвали використовуються найчастіше, тому що виробник може використовувати полегшений матеріал, що впливає на ККД двигуна.
• Неполноопорние коленвали. У таких деталях корінних шийок менше, ніж шатунних. Такі деталі виготовляються з міцніших металів, щоб в процесі обертання вони не деформувалися і не зламалися. Однак така конструкція призводить до збільшення ваги самого вала. В основному такі колінчаті вали використовувалися в низькооборотних моторах минулого століття.

Полноопорная модифікація показала себе більш легкої і надійної, тому її використовують в сучасних ДВС.

Як працює колінчастий вал в двигуні автомобіля

Для чого потрібен колінвал? Без нього неможливо рух машини. Працює деталь за принципом обертання педалей велосипеда. Тільки в автомобільних моторах використовується більше шатунів.

Колінвал працює наступним чином. В циліндрі двигуна запалюється повітряно-паливна суміш. Новоутворена енергія виштовхує поршень. При цьому наводиться в рух шатун, приєднаний до кривошипа колінчастого вала. Ця деталь чинить постійний обертальний рух навколо осі коленвала.

У цей момент інша деталь, розташована на протилежній частині осі, рухається в зворотному напрямку і опускає наступний поршень в циліндр. Циклічні руху цих елементів призводить до рівного обертанню коленвала.

Так зворотно-поступальний рух перетворюється в обертальний. Крутний момент передається на шків приводу ГРМ. Від обертання коленвала залежить робота всіх механізмів двигуна - водяної помпи, масляного насоса, генератора та іншого навісного обладнання.

Залежно від модифікації двигуна кривошипів може налічуватися від одного до 12 (по одному на циліндр).

Детально про принцип роботи кривошипно-шатунного механізму і різновиди їх модифікацій дивіться у відео:

Мастило клонували і шатунних шийок, принцип роботи та особливості різних конструкцій

Можливі проблеми клонували і їх рішення

Хоча колінвал виготовляється з міцного металу, через постійні навантажень він може вийти з ладу. Дана деталь випробовує механічні навантаження від поршневої групи (часом тиск на один кривошип може досягати десяти тонн). Крім цього під час роботи мотора температура всередині нього піднімається до декількох сотень градусів.

Ось деякі причини поломок складової частини кривошипно-шатунного механізму.

Задираки шатунних шийок кривошипа

Знос шатунних шийок - поширена несправність, так як в цьому вузлі утворюється сила тертя при великому тиску. В результаті таких навантажень на металі з'являються вироблення, які ускладнюють вільний хід підшипників. Через це колінвал нерівномірно нагрівається і згодом може деформуватися.

Ігнорування даної проблеми може загрожувати не тільки сильними вібраціями в моторі. Перегрів механізму призводить до його руйнування і за ланцюговою реакцією - всього двигуна.

Проблема усувається шляхом шліфування шатунних шийок. При цьому їх діаметр зменшується. Щоб розмір цих елементів був однаковим на всіх кривошипів, дану процедуру слід виконувати виключно на професійних токарних верстатах.

Так як після процедури технічні зазори деталі стають більше, після обробки на них встановлюється спеціальний вкладиш, що компенсує простір, що утворився.

Задираки з'являються через низького рівня масла в картері двигуна. Також на виникнення несправності впливає якість мастила. Якщо не міняти масло вчасно, воно загусає, від чого масляний насос не здатний створити потрібний тиск в системі. Своєчасне ТО дозволить кривошипно-шатунного механізму працювати тривалий термін.

Зріз шпонки кривошипа

Шпонка кривошипного механізму дозволяє передати крутний момент з валу на приводний шків. Ці два елементи оснащені пазами, в які вставляється спеціальний клин. Через неякісний матеріалу і великого навантаження цю деталь в рідкісних випадках може обрізати (наприклад, при заклинювання двигуна).

Якщо пази шківа і КШМ не розбите, то досить просто замінити цю шпонку. У старих моторах така процедура може не принести бажаного результату через люфту на з'єднанні. Тому єдиним виходом із ситуації буде заміна цих деталей на нові.

Знос отворів фланця

На хвостовику колінчастого вала закріплений фланець з декількома отворами для під'єднання маховика. Згодом ці гнізда можуть розбиватися. Такі несправності відносяться до категорії усталостного зносу.

В результаті роботи механізму під великими навантаженнями в металевих деталях утворюються мікротріщини, через які утворюються поодинокі чи групові поглиблення на з'єднаннях.

Несправність усувається шляхом розсвердлювання отворів під більший діаметр болтів. Цю маніпуляцію слід виконати як з фланцем, так і з маховиком.

Текти з-під сальника

На корінних шийках валу встановлюється два сальника (по одному з кожного боку). Вони запобігають витіканню масла з-під корінних підшипників. Якщо мастило потрапляє на приводні ремені ГРМ, це значно знижує їх ресурс.

Текти сальників може з'явитися з таких причин.

1. Вібрації колінчастого вала. В цьому випадку зношується внутрішня частина сальника, і вона нещільно прилягає до шийки.
2. Тривалий простій на морозі. Якщо машина довго стоїть на вулиці, сальник пересихає і втрачає свою еластичність. А через мороз він дубєєт.
3. Якість матеріалу. Бюджетні деталі завжди мають низький робочий ресурс.
4. Помилка в установці. Більшість механіків виробляють монтаж за допомогою молоточка, акуратно набиваючи сальник на вал. Щоб деталь функціонувала довше, виробник рекомендує використовувати призначений для даної процедури інструмент (оправлення для підшипників і сальників).

Найчастіше сальники зношуються одночасно. Однак якщо виникла необхідність в заміні тільки одного - слід поміняти і другий.

Несправність датчика коленвала

Цей електромагнітний датчик встановлюється на двигун для синхронізації роботи системи інжектора і запалювання. Якщо він несправний, то мотор неможливо буде запустити.

Датчик коленвала визначає положення кривошипів в мертвій точці першого циліндра. На підставі цього параметра електронний блок управління автомобіля визначає момент упорскування палива в кожен циліндр і подачі іскри. Поки від датчика вступить імпульс, іскра не утворюється.

У разі виходу з ладу цього датчика проблема вирішується його заміною. Тільки підібрати слід ту модель, яка розроблена для даного типу двигунів, інакше параметри положення колінчастого вала не будуть відповідати реальності, і ДВС буде неправильно функціонувати.

Обслуговування колінчастого вала

В автомобілі немає таких деталей, які не потребували б в періодичній перевірці, обслуговуванні або заміні. Те ж стосується і колінчастих валів. Так як ця деталь постійно знаходиться під великим навантаженням, вона зношується (особливо швидко це відбувається, якщо мотор часто відчуває масляне голодування).

Щоб перевірити стан клонували, його необхідно демонтувати з блоку.

Зняття колінчастого вала виробляється в такій послідовності:

• Спочатку потрібно злити масло;
• Далі необхідно зняти мотор з машини, потім від нього від'єднуються всі його елементи;
• Корпус ДВС перевертається піддоном догори;
• В процесі розбору кріплення клонували необхідно запам'ятати розташування кришок корінних підшипників - вони різні;
• Демонтуються кришки опорних або корінних підшипників;
• Знімається заднє кільце ущільнювача, і деталь виймається з корпусу;
• Знімаються всі корінні вкладиші.

Далі перевіряємо колінвал - в якому він стані.

Ремонт та вартість пошкодженого колінчастого валу

Колінчастий вал – деталь, яку дуже складно відремонтувати. Причина в тому, що ця деталь працює за умов високих оборотів під великими навантаженнями. Тому ця деталь повинна мати ідеальну геометрію. Цього можна досягти лише при використанні високоточного обладнання.

Якщо колінчастий вал потрібно шліфувати через появу задир та інших пошкоджень, цю роботу повинен виконувати професійний майстер на спеціальному обладнанні. Щоб відновити зношений колінчастий вал крім шліфування потребує:

• Чищення каналів;
• Заміна підшипників;
• Термообробка;
• Балансування.

Звичайно, такі роботи здатні виконати тільки висококласні фахівці, а вони за це візьмуть великі гроші (робота виконується на дорогому обладнанні). Але це лише вершина айсбергу. Перш ніж майстер приступить до ремонту коленвала, його потрібно зняти з двигуна, а потім грамотно встановити на місце. А це додаткові витрати на роботу моториста.

Ціна всіх цих робіт залежить від прайсу майстра. Це потрібно уточнювати у місцевості, де проводяться такі роботи.

Немає сенсу при повному розборі двигуна ремонтувати тільки коленвал, тому цю процедуру краще відразу поєднати з капітальним ремонтом ДВЗ. У деяких випадках простіше купити контрактний мотор (ввезений з іншої країни не під капотом авто і без пробігу територією цієї країни) та встановити замість старого.

Алгоритм перевірки колінчастого вала:

Щоб визначити, в якому стані деталь, її необхідно промити бензином, щоб видалити залишки масла з поверхні і з масляних каналів. Після промивання деталь продувається за допомогою компресора.

Далі перевірка проводиться в такій послідовності:

• Проводиться огляд деталі: чи немає на ній відколів, подряпин або тріщин, а також визначається, наскільки сильно вона зношена.
• Продуваються і прочищаються все масляні канали, щоб виявити можливу закупорку.
• При виявленні задір і подряпин на шатунних шийках деталь підлягає шліфуванню і подальшій поліровці.
• При виявленні пошкоджень на корінних підшипниках їх необхідно замінити на нові.
• Проводиться візуальний огляд маховика. Якщо на ньому є механічні пошкодження, деталь змінюється.
• Оглядається підшипник, встановлений на шкарпетці. У разі дефектів деталь випрессовивается, і запресовується нова.
• Перевіряється сальник кришки розподільних зірочок. Якщо у автомобіля великий пробіг, то сальник підлягає обов'язковій заміні.
• Проводиться заміна ущільнювача задній частині клонували.
• Перевіряються і в разі необхідності замінюються всі гумові ущільнювачі.

Після перевірки і відповідного обслуговування деталь повертається на своє місце, і мотор збирається в зворотному порядку. Після виконання процедури колінчастий вал повинен плавно обертатися, без великих зусиль або ривків.

шліфування коленвала

Незалежно від того, з якого матеріалу виготовлений колінвал, рано чи пізно на ньому утворюється вироблення. На самих ранніх етапах зносу, щоб продовжити робочий ресурс деталі, її шліфують. Так як колінчастий вал - деталь, яка повинна мати ідеальну форму, то процес шліфування й полірування повинен виконувати розуміє і досвідчений токар.

Всю роботу він зробить самостійно. Від автовласника залежить тільки покупка ремонтних шатунних вкладишів (вони товщі заводських). Ремонтні деталі відрізняються своєю товщиною, і бувають розміри 1,2 і 3. В залежності від того, скільки разів шліфувався колінвал або від ступеня його зносу, купуються відповідні деталі.

Більш докладно про функції ДПКВ і діагностики його несправностей дивіться у відео:

Датчики коленвала і распредвала: принцип роботи, несправності і способи діагностики. частина 11

Відео на тему

Додатково подивіться відео про те, як відновлюється колінчастий вал:

Відновлення шийок колінвалу наплавкою

Питання та відповіді:

Де у машини колінвал? Ця деталь знаходиться в корпусі двигуна під блоком циліндрів. До шийок кривошипно-шатунного механізму кріпляться шатуни з поршнями на протилежному боці.

Як по-іншому називається колінвал? Колінвал це скорочена назва. Повна назва деталі - колінчастий вал. Він має складну форму, невід'ємними елементами якого є так звані коліна. Інша назва - коліно.

Що приводить в дію колінчастий вал? Колінчастий вал з'єднується з маховиком, куди передається крутний момент. Дана деталь призначена для того, щоб перетворити зворотно-поступальні рухи під обертальні. У рух колінвал наводиться за рахунок почергового спрацьовування поршнів. У циліндрі запалюється повітряно-паливна суміш, яка витісняє поршень, приєднаний до кривошипа коленвала. Завдяки тому, що такі ж процеси відбуваються в сусідніх циліндрах, колінвал починає обертатися.