Колінвал - основа поршневого двигуна

Про колінвал чули, звісно, ​​всі. Але, мабуть, не кожен автолюбитель чітко уявляє, що це таке і для чого він потрібен. А деякі навіть до ладу не знають, як він виглядає і де знаходиться. Тим часом, це найважливіша деталь, без якої неможлива нормальна робота поршневого двигуна внутрішнього згоряння (ДВЗ). 

Деталь ця, слід зазначити, досить важка і дорога, а її заміна — справа дуже клопітна. Тому інженери не залишають спроб створити альтернативні полегшені ДВС, в яких можна було б обійтися без колінвалу. Однак існуючі варіанти, наприклад, двигун Фролова, ще надто сирі, тому про реальне використання подібного агрегату говорити поки що дуже рано.

Призначення

Колінчастий вал є складовою ключового вузла ДВС - кривошипно-шатунного механізму (КШМ). До складу механізму входять також шатуни та деталі циліндро-поршневої групи. 

При згорянні повітряно-паливної суміші в циліндрі двигуна утворюється сильно стислий газ, який у фазі робочого ходу виштовхує поршень до нижньої мертвої точки. 

Шатун одним кінцем за допомогою поршневого пальця з'єднаний з поршнем, а іншим з шатунною шийкою колінвала. Можливість з'єднання з шийкою забезпечує знімна деталь шатуна, що називається кришкою. Так як шатунна шийка зміщена щодо поздовжньої осі валу, то коли шатун штовхає її, вал повертається. Виходить щось, що нагадує обертання ногами педалей велосипеда. Таким чином зворотно-поступальні рухи поршнів перетворюється на обертання коленвала. 

На одному з кінців колінчастого валу – хвостовику – монтується маховик, до якого притискається. Через нього крутний момент передається первинному валу коробки передач і далі через трансмісію - на колеса. Крім того, масивний маховик за рахунок своєї інерційності забезпечує рівномірність обертання коленвала у проміжках між робочими тактами поршнів. 

На іншому кінці валу - його називають шкарпетку - розміщують шестерню для , за допомогою якого обертання передається розподільчому валу, а той, у свою чергу, управляє роботою газорозподільного механізму. Цей же привід у багатьох випадках запускає ще водяну помпу. Тут зазвичай знаходяться шківи приводу допоміжних агрегатів - насоса ГУР (), генератора, кондиціонера. 

Конструкція

Кожен конкретний колінчастий вал може мати конструктивні особливості. Проте, можна виділити загальні для всіх елементи.

Ті ділянки, що знаходяться на основній поздовжній осі валу, називаються корінними шийками (10). На них колінвал спирається при встановленні в картер двигуна. Для монтажу використовуються підшипники ковзання (вкладиші).

Шатунні шийки (6) розташовуються паралельно основний осі, але зміщені щодо неї. Коли обертання корінних шийок відбувається строго по основній осі, шатунні шийки рухаються по колу. Це ті коліна, завдяки яким деталь отримала свою назву. Вони служать для приєднання шатунів і через них приймають зворотно-поступальні рухи поршнів. Тут також використовуються підшипники ковзання. Кількість шатунних шийок дорівнює кількості циліндрів у двигуні. Хоча у V-подібних моторах на одну корінну шийку часто спирається два шатуни.

Щоб компенсувати відцентрові сили, що виникають при обертанні шатунних шийок, вони здебільшого, хоча й завжди, є противаги (4 і 9). Вони можуть розташовуватися з обох боків шийки або лише з одного. Наявність противаг дозволяє уникнути деформації валу, яка може викликати неправильну роботу двигуна. Непоодинокі випадки, коли вигин колінчастого валу призводить навіть до його заклинювання.

Так звані щоки (5) з'єднують між собою корінні та шатунні шийки. Вони також виконують роль додаткових противаг. Чим більше висота щік, тим далі від основної осі знаходяться шатунні шийки, а отже, вище момент, що крутить, але нижче максимальна кількість обертів, яке здатний розвинути двигун.

На хвостовику колінвала знаходиться фланець (7), до якого кріпиться маховик.

На протилежному кінці є посадкове місце (2) для шестерні приводу розподільного валу (ременя ГРМ).

У деяких випадках на одному з кінців колінвала є готова шестерня для приводу допоміжних агрегатів.

Колінвал монтується в картері двигуна на посадочні поверхні з використанням корінних підшипників, які згори фіксуються кришками. Завзяті кільця біля корінних шийок не дають валу зміщуватися вздовж осі. З боку шкарпетки та хвостовика валу в картері двигуна є сальники. 

Для подачі мастила до корінних та шатунних шийок у них є спеціальні масляні отвори. Через ці канали отримують мастило так звані вкладиші (підшипники ковзання), які розміщуються на шийках.

Виробництво

Для виготовлення колінчастих валів використовують високоміцні марки сталі та спеціальні види чавуну з додаванням магнію. Сталеві вали виробляються зазвичай методом штампування (кування) з подальшою термічною та механічною обробкою. Для забезпечення надходження мастила просвердлюються спеціальні масляні канали. На кінцевому етапі виробництва виробляється динамічна балансування деталі компенсації відцентрових моментів, що виникають під час обертання. Вал врівноважується і таким чином виключаються вібрації та биття у процесі обертання.

Вироби із чавуну виготовляють шляхом високоточного лиття. Чавунні литі вали дешевші, до того ж, такий спосіб виробництва полегшує створення отворів та внутрішніх порожнин.

У деяких випадках колінвал може мати розбірну конструкцію і складатися з кількох частин, але в автомобілебудуванні такі деталі практично не використовуються, якщо не брати до уваги мототехніки. 

Які проблеми можуть виникнути з колінвалом

Колінвал - одна з найбільш навантажених деталей автомобіля. Навантаження мають в основному механічний та тепловий характер. Крім того, свій негативний вплив мають агресивні речовини, наприклад, відпрацьовані гази. Тому, навіть незважаючи на високу міцність металу, з якого виготовляють колінчасті вали, вони схильні до природного зносу. 

Посиленому зношування сприяє зловживання високими оборотами двигуна, застосування невідповідного мастила та загалом зневага правил технічної експлуатації.

Зношуються вкладиші (особливо корінні підшипники), шатунні та корінні шийки. Можливе викривлення валу з відхиленням від осі. Оскільки допуски тут дуже малі, навіть невелика деформація може порушити нормальну роботу силового агрегату до заклинивания коленвала. 

Проблеми, пов'язані з вкладишами (“прикипання” до шийки та задираки шийок) становлять левову частку всіх несправностей колінвалів. Найчастіше вони виникають через дефіцит олії. Насамперед у таких випадках потрібно перевірити систему мастила - масляний насос, фільтр - і змінити олію.

Вібрація коленвала зазвичай спричинена поганим балансуванням. Іншою можливою причиною може бути нерівномірне згоряння суміші у циліндрах.

Іноді можуть з'явитися тріщини, які неминуче завершаться руйнуванням валу. До цього можуть призвести заводський шлюб, що дуже рідко, а також накопичена напруга металу або порушення балансування. Велика ймовірність, що причина появи тріщин - вплив деталей, що сполучаються. Вал, що тріснув, ремонту не підлягає.

Все це потрібно враховувати перед заміною чи ремонтом коленвала. Якщо не знайти і не усунути причини проблем, незабаром все доведеться повторити знову.

Вибір, заміна, ремонт

Щоб дістати колінвал, доведеться демонтувати двигун. Потім знімаються кришки корінних підшипників і шатунів, а також маховик і наполегливі кільця. Після чого колінвал виймається і провадиться його дефектування. Якщо деталь раніше ремонтувалася і вже вибрано всі ремонтні розміри, її доведеться замінити. Якщо ж ступінь зношеності дозволяє, вал очищають, приділяючи особливу увагу масляним отворам, а потім приступають до ремонту.

Зношеність і задираки на поверхні шийок усуваються шліфуванням під відповідний ремонтний розмір. Цей процес далеко не такий простий, як може здатися на перший погляд, і вимагає спеціального оснащення і відповідної кваліфікації майстра.

Хоча після такої обробки деталь підлягає обов'язковому повторному динамічному балансуванню, але найчастіше ремонт колінвалу обмежується лише шліфуванням. Внаслідок цього невідбалансований вал після такого ремонту може вібрувати, при цьому розбиваються посадкові місця, розхитуються сальники. Можливі й інші проблеми, які в результаті призводять до перевитрати пального, падіння потужності, нестабільну роботу агрегату в тих чи інших режимах. 

Нерідко вигнутий вал необхідно випрямити, але фахівці неохоче беруться до цієї роботи. Випрямлення та балансування - дуже трудомісткий і дорогий процес. До того ж, редагування коленвала пов'язане з ризиком його перелому. Тому в більшості випадків деформований колінчастий вал простіше та дешевше замінити на новий.

При заміні ставити потрібно таку саму деталь або допустимий аналог, інакше нових проблем не уникнути.

Придбання задешево колінвала, що був у вжитку — це свого роду кіт у мішку, який невідомо чим у результаті обернеться. У кращому разі він до певної міри зношений, у гіршому — має непомітні на око дефекти.

Купуючи новий у перевіреного продавця, ви можете бути впевнені у його якості. Інтернет-магазин Китаєць може запропонувати різні та інші вузли вашого автомобіля за помірними цінами.

Не забувайте також, що при встановленні нового колінвала обов'язково слід замінити шатунні та корінні вкладиші, а також сальники.

Після заміни колінвала двигун необхідно обкатати від двох до двох з половиною тисяч кілометрів у режимі, що щадить, і без різких змін оборотів.