Устройство коленвала
Коленчатый вал — ключевой узел кривошипно-шатунного механизма двигателя внутреннего сгорания. Благодаря коленвалу возвратно-поступательные движения поршней преобразуются в механическое вращение.
Суть коленвала — это кривошип, который совершает вращательные движения вокруг одной неподвижной оси. Удвоенный радиус кривошипа равен длине хода поршня.
Шатунные шейки расположены под такими углами, что цилиндры работают попарно, но немного опережают друг друга. По такому принципу устроен коленчатый вал.
Кривошипно-шатунный механизм
Обратите внимание
Изготавливают коленвалы из высокопрочных сталей или чугуна методом литья, ковки, механической обработки. По причине высокой степени сжатия к коленвалу дизельного двигателя предъявляют более высокие требования по прочности.
В остальном коленвал дизеля по строению не отличается от вала бензинового двигателя.
Коленчатый вал из стали, особенно выточенный на станке, имеет высокую стоимость, поэтому чугунные коленвалы получили более широкое распространение.
Изготовление коленвала из стали на токарно-фрейзерном станке
Коленчатый вал состоит из плоских проточенных пластин с противовесами (так называемых «щек»), которые соединены между собой «шейками». Противовесы необходимы, чтобы гасить возвратно-поступательные движения поршней и стабилизировать вращение вала.
Кривошипно-шатунный механизм с дополнительным блоком балансиров
В V-образных и W-образных двигателях шатуны из противоположных цилиндров давят на соединенные между собой шейки. Это позволяет обеспечить более равномерную работу двигателя, уменьшить его габариты. В рядных двигателях каждый шатун закреплен на отдельной шейке с балансирами.
Кривошипно-шатунный механизм рядного четырехцилиндрового двигателя со стандартными шейками и балансирамиКоленчатый вал двигателя V6 c раздвоенной смежной шатунной шейкой
Шейки коленвала имеют цилиндрическую форму с шлифованной поверхностью. По оси вала располагаются коренные шейки, по оси шатунов — «шатунные шейки». Трущиеся пары коленвала, как правило, устанавливаются на подшипниках скольжения. Для предотвращения продольных смещений вала предусмотрены опорные подшипники, их также называют полукольца коленвала.
Коленчатый вал расположен в блоке цилиндров в ответных посадочных местах «постели коленвала». На коленчатом валу расположен хвостовик для крепежа звездочки привода ГРМ, шкива генератора и водяной помпы. На обратной части вала закреплен фланец для крепежа маховика.
Важно
Во фланце устанавливается подшипник качения, в него заходит первичный вал КПП. Внутри коленчатых валов расположены каналы для принудительной смазки вкладышей шеек, шатунов и цилиндропоршневой группы. Конструктивное исполнение коленчатых валов зависит от компоновки цилиндров, их количества.
На коленвал могут устанавливаться ведущие шестерни для различного оборудования, например, маслонасоса.
Устройство коленвала
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
Коленвал автомобильного двигателя – его устройство и основные функции
— Функции и принцип работы коленвала
— Устройство и элементы конструкции коленвала
— Основные неисправности коленвала
Функции и принцип работы коленвала
Коленчатый вал (коленвал) – одна из главных деталей практически всех двигателей внутреннего сгорания. Поршни, которые перемещаются в цилиндрах двигателя, совершают лишь поступательные движения «вперед/назад».
Чтобы преобразовать возвратно-поступательное движение поршней во вращательное (кручение колес), используется деталь сложной формы с несколькими изгибами (коленами) – коленчатый вал, к которому крепятся шатуны поршней.
Автомобильные двигатели – четырехтактные.
Соответственно, каждый из поршней, и каждая из связанных с ними шеек коленвала в определенный момент времени находится в одном из 4 положений: впрыск топлива, сжатие топливо-воздушной смеси, рабочий ход поршня, выпуск отработанных газов. Поршни через шатуны толкают шейки коленвала и проворачивают его, а их последовательная работа обеспечивает плавность вращения.
По сути дела, коленчатый вал полностью принимает на себя кинетическую энергию двигателя, преобразует ее во вращение и передает энергию дальше коробке передач, карданному валу, генератору, помпе и прочим основным и вспомогательным механизмам и узлам автомобильного двигателя. Будучи столь энерго-нагруженной деталью двигателя, коленчатый вал испытывает во время работы огромные перегрузки. Соответственно для его изготовления используются лишь особо прочные сплавы стали и чугуна с добавлением хрома и молибдена.
Большое значение имеет и технология изготовления коленчатого вала. Для обычных массовых автомобилей коленвалы обычно изготавливаются дешевым методом чугунного литья.
Двигатели спортивных автомобилей могут оснащаться коваными коленвалами из стальных сплавов – они легче и делают двигатели более динамичными.
Коленвалы для двигателей супер-каров вытачиваются из цельной стальной заготовки – это наиболее дорогой и трудоемкий способ.
Устройство и элементы конструкции коленвала двигателя автомобиля
Коленвал автомобильного двигателя обычно находится под блоком цилиндров, в масляной ванне внутри картера двигателя – так обеспечивается его постоянная смазка. Исключение составляют оппозитные двигатели (например, автомобилей Subaru, Porsche) с противоположным горизонтальным расположением цилиндров – в них коленвал находится в центре двигателя – между рядами цилиндров.
Количество колен, их взаимное расположение и конфигурация коленчатого вала конкретного двигателя зависит от количества цилиндров в нем и порядка их работы. Основными элементами конструкции всех автомобильных коленвалов являются:
- Коренные (опорные шейки) – находятся на главной оси коленвала и выполняют опорные функции.
- Шатунные шейки – смещены относительно оси вала, к ним крепятся шатуны поршней, через них передается усилие от поршней к коленвалу.
- Щеки – специальные пластины, соединяющие коренные и шатунные шейки.
- Противовесы (балансиры) – сглаживают колебания коленчатого вала
- Передняя выходная часть вала (носок) – часть коленвала, выступающая за пределы картера. На нем крепится шкив коленвала, который через специальные ремни ГРМ заставляет работать газораспределительный механизм двигателя в головке блока цилиндров и навесное оборудование двигателя (генератор, помпу и др.)
- Задняя выходная часть вала (хвостовик) – на нее крепится маховик отбора основной мощности двигателя, через него энергия вращения передается от двигателя коробке передач.
- Сальники коленвала – предотвращают утечку масла из картера через носок и хвостовик коленвала.
- Подшипники коленвала – обеспечивают его легкое вращение и предотвращают его осевые колебания
- Подшипники хвостовика и носка коленвала
Основные неисправности коленвала
Неисправности в кривошипно-шатунной группе двигателя автомобиля, важной частью которой является коленчатый вал, как правило, дают о себе знать в виде лишних вибраций, стука и шумов при работе двигателя, повышенного расхода топлива и моторного масла.
При надлежащем уходе за автомобилем: правильной его эксплуатации (не допускать перегрева и низкого уровня масла), своевременной замене моторного масла и антифриза, коленчатый вал должен прослужить весь срок службы автомобиля.
Тем не менее, бывают ситуации, когда коленчатый вал или отдельные детали его конструкции нуждаются в обслуживании или замене.
- Течь сальников коленвала – подлежат замене
- Износ подшипников коленвала – подлежат замене
- Нарушение целостности конструкции (трещины, сколы, изгибы) самого коленвала, его шеек, щек или противовесов из-за низкого качества сплава (редко, но бывает) – коленвал подлежит замене
- Задиры и царапины на шейках коленвала – проблема решается шлифовкой и полировкой шеек или заменой коленвала
- Износ подшипников хвостовика и носка коленвала – подлежат замене
- Деформация посадочного места шкива коленвала – рекомендуется замена коленвала
Так как для ремонта и обслуживания коленчатого вала практически во всех случаях необходимо вынимать и разбирать двигатель, этот вид ремонта стоит доверять только квалифицированным СТО и автомеханикам. Подобные ремонтные работы требуют четкого соблюдения технических регламентов и применения специфических инструментов.
Коленчатый вал двигателя (коленвал): работа, устройство, вращение
Коленчатый вал или, как часто говорят автомобилисты, «коленвал» – это одна из самых значительных (и не только по размеру) и ответственных деталей современного двигателя. Он располагается в нижней части блока цилиндров, снизу его закрывает картер – поддон двигателя, заполненный моторным маслом.
Как выглядит
Как видно на фото, этот элемент имеет довольно сложную форму. Его основными составными частями являются:
- коренные шейки;
- шатунные шейки;
- щеки;
- противовесы.
Коренные (опорные) шейки служат для опоры коленвала в так называемых «постелях». В них крепятся не смещающиеся в процессе работы подшипники, обеспечивающие вращение. Поскольку на коренные шейки приходятся более значительные нагрузки, их диаметр больше, чем у шатунных.
Шатунные шейки (колена) – это опорные поверхности шатунов. С учетом порядка работы цилиндров колена смещаются относительно оси вращения на определенные углы.
Если коленчатый вал сконструирован так, что по обе стороны от каждой шатунной шейки находятся опорные, то он называется полноопорным, в противном случае – неполноопорным. В современных автомобильных двигателях наибольшее распространение имеют именно полноопорные коленвалы.
Колена соединены между собой щеками. Противовесы, являющиеся продолжениями щек в сторону противоположную колену, уравновешивают центробежные силы, возникающие при вращении. Внутри коленвала имеется масляные каналы, при помощи которых происходит смазка шатунных шеек.
Из каких материалов и как изготавливается
Материал и технология производства зависят от класса и назначения автомобиля:
Место перехода щек в шейки является самым нагруженным, так как здесь концентрируются максимальные напряжения. Для того чтобы разгрузить соединение, его выполняют с полукруглым переходом (галтелью).
Как правило, галтели делают двойными с промежуточным технологическим пояском.
Такое конструктивное решение позволяет сохранить максимальное значение активной площади шеек – поверхности, находящей под вкладышами.
Как раз по причине возникновения высоких нагрузок в соединениях, не нашел широкого применения коленчатый вал составной конструкции, в котором отдельные части соединены между собой крепежом.
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).
Совет
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.
Коленчатый вал ― что это такое и принцип работы
Каждый элемент, входящий в состав двигателя внутреннего сгорания, является неотъемлемой частью системы, от которой зависит качество работы целого механизма. Одним из самых дорогих и значимых элементов конструкции ДВЗ является коленчатый вал.
Он выполнят важнейшую функцию, которая заключается в содействии превращению поступательно-возвратной динамики поршней в крутящий момент.
Кроме того, данный механизм реагирует на переменные воздействия газового давления, возникающие время от времени, и на воздействие инерционных сил находящихся в движении масс.
Автомобильный коленчатый вал представляет собой целостную систему, поэтому его можно назвать деталью. Производится данная деталь из высококачественной прочной стали. Способ производства ― ковка. Иногда в качестве основного материала производства выступает чугун, в данном случае изготовление осуществляется методом литья. На дизельных, а также турбированных ДВЗ используют самые стойкие и прочные коленчатые валы из стали.
Видео о том, как делают коленвал:
Устройство коленчатого вала
На фотографии показана схема коленчатого вала
В состав системы рассматриваемой детали двигателя входят коренные и шатунные шейки, которые объединены друг с другом щеками. Что касается количества шеек, то число коренных, как правило, превышает шатунные на одну единицу. Такие валы имеют название полноопорные. Шатунные шейки отличаются меньшим диаметром по сравнению с коренными. В направлении, обратном расположению шатунной шейки, устанавливается противовес. Этот элемент способствует равновесию поршней и шатунов. Его функционирование очень важно, так как оно гарантирует плавность работу всего двигателя.
Шатунные шейки располагаются между двумя щеками. Их наименование ― колено. Колена устанавливаются исходя из количества, способа работы и места расположения цилиндров, а также от динамики двигателя.
Главная задача колен ― поддержка равновесия ДВЗ, равномерное воспламенение, сведение к минимуму колебаний и изгибающих моментов. Кроме того, важной функцией шатунной шейки является опора для шатуна.
В системе устройства коленвала самую большую степень загруженности имеет участок, где шейка вала переходит к щеке. Для того, чтобы концентрация напряжения находилась на низком уровне, данный переход устанавливается с галтелью (радиус закругления). Система галтелей способствует удлинению коленчатого вала.
Подшипники скольжения, являющиеся составной частью вала, способствуют вращательным движениям вала в опорах и шатунов в шейках. Подшипники представляют собой вкладыши с тонкими стенками. Их производят из высококачественной стальной ленты, на поверхность которой наносят антифрикционный раствор.
Чтобы не происходило вращение вкладышей около шейки, устанавливается выступ, фиксирующий их расположение в опоре. А для того, чтобы избежать осевой динамики коленчатого вала, применяется подшипник скольжения. Его устанавливают на коренной шейке (крайней или внутренней средней).
Система смазки ДВЗ включает и шатунные и коренные шейки. Их смазка осуществляется под давлением. Общая магистраль снабжения маслом элементов двигателя производит его подвод к каждой опоре шейки. После этого происходит подача масла к шатунным шейкам.
Мощность с коленчатого вала отбирается с его хвостовика (заднего хода). На конце передней части вала устанавливаются места, на которых укрепляется шестерня привода вала, шкив и гаситель крутильных колебаний.
Обратите внимание
В общем виде они представляют собой два диска, соединенными материалом с высокой степенью упругости (резина, пружинная часть, жидкий силикон).
Эти вещества способны поглощать вибрации вала, осуществляя трение внутри него.
Как устроен коленчатый вал и как он устанавливается? :
Коленчатый вал – это неотъемлемая функциональная часть двигателя внутреннего сгорания. Именно эта деталь преобразует возвратно-поступательные движения поршневой группы в крутящий момент, который передается на колеса. А состоит он из 6 деталей – щёк, шатунных и коренных шеек, хвостика, фланца и противовесов.
Сколько может служить данная деталь?
Вообще данного механизма может хватать и на 500 тысяч километров (больше, чем у всех остальных агрегатов двигателя). После этого автомобилю требуется ремонт коленчатого вала.
Но если мотор будет небрежно эксплуатироваться, коленвал можно угробить и за 100 тысяч километров. Определить необходимость грядущего ремонта данного механизма можно и самостоятельно. Для этого достаточно выявить степень износа коренной и шатунной шеек.
Если их состояние критичное, производится шлифовка коленчатого вала, после которой деталь снова может быть пригодна к эксплуатации. Делается вся работа исключительно на профессиональном оборудовании, поскольку она требует высокой точности и соблюдения всех требований.
Самостоятельно можно лишь установить коленчатый вал на автомобиль, сэкономив при этом деньги на услугах СТО.
Как установить деталь? Способ номер 1
Для начала нам нужно открутить пробки и вычистить отложения, образовавшиеся в шатунных шейках. Для этого нам понадобится применить специальные крючки. После этого можно протереть внутренности тряпкой, смоченной в бензине. Затем закручиваем пробки. Герметик при этом использовать не обязательно.
После этого промываем все полости тем же бензином. Затем прокручиваем коленчатый вал, дабы устранить образовавшуюся жидкость. Теперь можно переходить к установке. Сначала фиксируем данную деталь. Для этого включаем 4 передачу и выжимаем ножной тормоз. Затем блокируем зубчатый венец маховика.
Важно
Не стоит применять для фиксации стержень, продетый в блокировочное отверстие шкива. Если коленчатый вал находится в разукомплектованном состоянии, нужно собрать его в одно целое. Для этого устанавливаем шестерню привода, упорную шайбу и опорные кольца на место, при этом смазываем их машинным маслом.
После монтируем шпонку распредвала и шестерню привода. И напоследок смазываем сальник.
Способ номер 2
Если этот способ кажется вам трудным, можете попробовать более простой метод установки коленчатого вала.
Все, установка завершена!
Заключение
Напоследок немного полезной информации. Для того чтобы коленчатый вал прослужил как можно дольше, можно произвести хромирование шеек, благодаря чему они станут более прочными и износостойкими.
Коленвал
Коленчатый вал двигателя (коленвал) – деталь, которая принимает и затем преобразует усилие от шатуна в крутящий момент.
Коленчатый вал испытывает периодические нагрузки, которые возникают от сил давления газов в результате сгорания топливно-воздушной смеси в камере сгорания, которые далее передаются на него через связку шатуна и поршня.
Дополнительными силами воздействия на коленчатый вал является инерция, которая возникает в результате движения и вращения масс.
Материалом изготовления коленчатого вала становится сталь или высокопрочный чугун. Коленвал имеет коренные и шатунные шейки, которые соединяются щеками. Указанные щеки отвечают за то, чтобы сбалансировать механизм.
Противовесом является продолжение щеки, которое находится в противоположном от шатунной шейки направлении. Противовес создан для того, чтобы уравнять вес шатунов и поршней.
Так достигается необходимая плавность в процессе работы ДВС.
Коренные и шатунные шейки осуществляют вращение в специальных подшипниках скольжения, которые представляют собой разъемные тонкостенные вкладыши, изготовленные из стальной ленты, на которую дополнительно нанесен антифрикционный слой.
Шатунные шейки представляют собой опорную поверхность для каждого отдельного шатуна. Наибольшую нагрузку в конструкции коленвала испытывает место перехода от коренной или шатунной шейки к щеке.
Для предотвращения того, чтобы коленчатый вал двигателя перемещался по оси, применяется упорный подшипник скольжения. Указанный подшипник устанавливают на средней или крайней коренной шейке коленвала.
Шейки и щеки коленчатого вала имеют высверленные внутри отверстия. Данные отверстия необходимы для подачи моторного масла, которое поступает под давлением к каждой отдельной шейке коленвала. Так реализован индивидуальный подвод смазки к каждой опоре коренной шейки от общей магистрали системы смазки. Моторное масло по каналам в щеках попадает к шатунным шейкам.
Мощность с коленчатого вала снимается с его заднего конца. Данный участок называется хвостовиком. Именно в этой части закреплен маховик, через который крутящий момент двигателя передается на коробку передач (КПП).
Передний конец коленчатого вала называется носком коленвала, где располагаются места установки следующих элементов:
Совет
Коленвал испытывает постоянное воздействие, которое можно сравнить с тем, что его условно закручивает и раскручивает с определенной периодичностью. Результатом становится появление колебаний. По этой причине значительное число ДВС на носке коленвала имеют такой элемент, который получил название гаситель крутильных колебаний.
Данное решение конструктивно представляет собой два диска и упругий эластичный материал для их соединения, которым может быть резина, вязкая силиконовая или масляная жидкость, пружинное соединение и т.п. Основной задачей гасителя крутильных колебаний становится активное поглощение вибраций коленчатого вала, которое достигается благодаря наличию внутреннего трения.
Коленвал – что это? Устройство коленчатого вала. Фото, видео
Наверное каждый автолюбитель задавался вопросом: что такое коленвал, что он из себя представляет? В данной статье мы дадим ответ на это вопрос.
Усилия, передаваемые поршнями через шатуны, воспринимает коленчатый вал. Затем они преобразуются в крутящий момент. Главные требования к коленчатому валу – это жёсткость и прочность.
Материалом изготовления коленчатого вала является сталь и высокопрочный чугун. Стальные валы куют, а чугунные выливают в изготовленные формы. Поверхности шатунных и коренных шеек обрабатывают термически, придают им прочность, а затем шлифуют.
На коленчатом валу имеется несколько шатунных и коренных шеек. Они соединены между собой щёчками, которые имеют продолжение в противоположную от шейки сторону и создают противовес.
В конструкции двигателей некоторых грузовых автомобилей имеются противовесы, крепящиеся к коленчатому валу при помощи болтов. Диаметр коренных шеек всегда больше шатунных.
Если посмотреть на коленчатый вал с его торца, и Вы увидите, как шатунные шейки перекрывают коренные, то это означает, что у него очень жёсткая конструкция. Двигатель, в котором поршень имеет короткий ход, сделать перекрытие шеек проще.
Коленчатый вал называется полноопорным, если слева и справа от шатунной шейки расположены коренные шейки. При отсутствии с обеих сторон коренных шеек, такой вал называют неполноопорным. Его масса будет увеличенной, он может выдерживать сильные закручивающие и изгибающие нагрузки, а конструкция при этом более жёсткая.
Обратите внимание
Наибольшее распространение получили полноопорные коленчатые валы. Разборные коленчатые валы в современных двигателях внутреннего сгорания применяют редко. Сопряжение от щёчки к шейке делают по радиусу, потому что в этом месте большое количество напряжений. Образование трещин и дальнейшее разрушение в этом месте в такой конструкции сведены почти на ноль.
Тонкостенные, разъёмные вкладыши используются как подшипники скольжения в шатунных и коренных шейках. Их изготавливают из тонкой стали, на поверхность которой наносят антифрикционный сплав (баббит).
С помощью особого выступа они устанавливаются в специальные канавки, что не даёт им проворачиваться в опорах коленчатого вала. Упорные подшипники скольжения удерживают коленчатый вал от осевого смещения.
Технологические отверстия (масляные каналы) просверлены внутри шеек и щёчек коленчатого вала. Моторное масло поступает всё время под давлением, потому что незначительная продолжительность работы коленчатого вала без масла приведёт к его поломке. Он не выдержит нагрузки и заклинит.
Маховик крепится к его задней части. Он выводит кривошипо – шатунный механизм из мёртвых точек, запасает и отдаёт энергию на разных тактах, а также снижает неравномерность работы двигателя в целом. Маховик изготавливают из чугуна, и он имеет форму диска. Масса у него большая.
Зубчатый венец напрессован на наружную поверхность маховика. При помощи него электрический стартер при пуске передаёт движение на коленчатый вал. Если на двигателе внутреннего сгорания три и больше поршня, то рабочий ход одновременно начинается в двух или большем количестве цилиндров.
Масса маховика на таких двигателях мала, а крутящий момент плавный.
Видео – изготовление коленвала
Крутильные колебания – это непрекращающееся раскручивание и закручивание коленчатого вала. Если произойдёт совпадение частот внешних сил и крутильных колебаний, то последствием этого станет резонанс, который приведёт к поломке коленчатого вала. На старых автомобилях в двигателях коленчатые валы ломались в месте сопряжения коренной шейки со щёчкой.
Количество оборотов и высокая жёсткость современных коленчатых валов не подвержены пагубному влиянию резонансных частот. Однако на двигателях имеются гасители крутильных колебаний, снижающие виброактивность коленчатых валов.
Шкив коленчатого вала делят на две части, заливают их резиной, центруют, и после этого за счёт внутреннего трения он будет поглощать вибрацию.
В настоящее время огромную популярность приобрели двухмассовые маховики, выполняющие роль гасителей крутильных колебаний.
Также на двигатели внутреннего сгорания устанавливают новейшие тороидные стартер – генераторы, позволяющие ему работать при максимальных нагрузках, при помощи электронного блока управления снижать вибрации и колебания, а также бесшумно производить запуск.
Как устроен и работает кривошипно-шатунный механизм двигателя
Двигатели внутреннего сгорания, используемые на автомобилях, функционируют за счет преобразования энергии, выделяемой при горении горючей смеси, в механическое действие – вращение. Это преобразование обеспечивается кривошипно-шатунным механизмом (КШМ), который является одним из ключевых в конструкции двигателя автомобиля.
Кривошипно-шатунный механизм двигателя состоит из трех основных деталей:
Все эти компоненты размещаются в блоке цилиндров.
ЦПГ
Назначение ЦПГ — преобразование выделяемой при горении энергии в механическое действие – поступательное движение. Состоит ЦПГ из гильзы – неподвижной детали, посаженной в блок в блок цилиндров, и поршня, который перемещается внутри этой гильзы.
После подачи внутрь гильзы топливовоздушной смеси, она воспламеняется (от внешнего источника в бензиновых моторах и за счет высокого давления в дизелях). Воспламенение сопровождается сильным повышением давления внутри гильзы.
А поскольку поршень это подвижный элемент, то возникшее давление приводит к его перемещению (по сути, газы выталкивают его из гильзы). Получается, что выделяемая при горение энергия преобразуется в поступательное движение поршня.
Для нормального сгорания смеси должны создаваться определенные условия – максимально возможная герметичность пространства перед поршнем, именуемое камерой сгорания (где происходит горение), источник воспламенения (в бензиновых моторах), подача горючей смеси и отвод продуктов горения.
Герметичность пространства обеспечивается головкой блока, которая закрывает один торец гильзы и поршневыми кольцами, посаженными на поршень. Эти кольца тоже относятся к деталям ЦПГ.
ШАТУН
Следующий компонент КШМ – шатун. Он предназначен для связки поршня ЦПГ и коленчатого вала и передает механических действий между ними.
Шатун представляет собой шток двутавровой формы поперечного сечения, что обеспечивает детали высокую устойчивость на изгиб. На концах штока имеются головки, благодаря которым шатун соединяется с поршнем и коленчатым валом.
Важно
По сути, головки шатуна представляют собой проушины, через которые проходят валы обеспечивающие шарнирное (подвижное) соединение всех деталей. В месте соединения шатуна с поршнем, в качестве вала выступает поршневой палец (относится к ЦПГ), который проходит через бобышки поршня и головку шатуна. Поскольку поршневой палец извлекается, то верхняя головка шатуна – неразъемная.
В месте соединения шатуна с коленвалом, в качестве вала выступают шатунные шейки последнего. Нижняя головка имеет разъемную конструкцию, что и позволяет закреплять шатун на коленчатом валу (снимаемая часть называется крышкой).
Коленчатый вал
Назначение коленчатого вала — это обеспечение второго этапа преобразования энергии. Коленвал превращает поступательное движение поршня в свое вращение. Этот элемент кривошипно-шатунного механизма имеет сложную геометрию.
Состоит коленвал из шеек – коротких цилиндрических валов, соединенных в единую конструкцию. В коленвале используется два типа шеек – коренные и шатунные. Первые расположены на одной оси, они являются опорными и предназначены для подвижного закрепления коленчатого вала в блоке цилиндров.
В блоке цилиндров коленчатый вал фиксируется специальными крышками. Для снижения трения в местах соединения коренных шеек с блоком цилиндров и шатунных с шатуном, используются подшипники трения.
Шатунные шейки расположены на определенном боковом удалении от коренных и к ним нижней головкой крепится шатун.
Коренные и шатунные шейки между собой соединяются щеками. В коленчатых валах дизелей к щекам дополнительно крепятся противовесы, предназначенные для снижения колебательных движений вала.
Шатунные шейки вместе с щеками образуют так называемый кривошип, имеющий П-образную форму, который и преобразует поступательного движения во вращение коленчатого вала. За счет удаленного расположения шатунных шеек при вращении вала они движутся по кругу, а коренные — вращаются относительно своей оси.
Количество шатунных шеек соответствует количеству цилиндров мотора, коренных же всегда на одну больше, что обеспечивает каждому кривошипу две опорных точки.
На одном из концов коленчатого вала имеется фланец для крепления маховика – массивного элемента в виде диска.
Совет
Основное его назначение: накапливание кинетической энергии за счет которой осуществляется обратная работа механизма – преобразование вращения в движение поршня.
На втором конце вала расположены посадочные места под шестерни привода других систем и механизмов, а также отверстие для фиксации шкива привода навесного оборудования мотора.
Принцип работы механизма
Принцип работы кривошипно-шатунного механизма рассмотрим упрощенно на примере одноцилиндрового мотора. Такой двигатель включает в себя:
- коленчатый вал с двумя коренными шейками и одним кривошипом;
- шатун;
- и комплект деталей ЦПГ, включающий в себя гильзу, поршень, поршневые кольца и палец.
Воспламенение горючей смеси выполняется когда объем камеры сгорания минимальный, а обеспечивается это при максимальном поднятии вверх поршня внутри гильзы (верхняя мертвая точка – ВМТ).
При таком положении кривошип тоже «смотрит» вверх.
При сгорании выделяемая энергия толкает вниз поршень, это движение передается через шатун на кривошип, и он начинает двигаться по кругу вниз, при этом коренные шейки вращаются вокруг своей оси.
При провороте кривошипа на 180 градусов поршень достигает нижней мертвой точки (НМТ). После ее достижения выполняется обратная работа механизма. За счет накопленной кинетической энергии маховик продолжает вращать коленвал, поэтому чему кривошип проворачивается и посредством шатуна толкает поршень вверх. Затем цикл полностью повторяется.
Если рассмотреть проще, то один полуоборот коленвала осуществляется за счет выделенной при сгорании энергии, а второй – благодаря кинетической энергии, накопленной маховиком. Затем процесс повторяется вновь.
Особенности работы двигателя. такты
Выше описана упрощенная схема работы КШМ. В действительности чтобы создать необходимые условия для нормального сгорания топливной смеси, требуется выполнение подготовительных этапов – заполнение камеры сгорания компонентами смеси, их сжатие и отвод продуктов горения.
Эти этапы получили название «такты мотора» и всего их четыре – впуск, сжатие, рабочий ход, выпуск. Из них только рабочий ход выполняет полезную функцию (именно при нем энергия преобразуется в движение), а остальные такты – подготовительные.
При этом выполнение каждого этапа сопровождается проворотом коленвала вокруг оси на 180 градусов.
Обратите внимание
Конструкторами разработано два типа двигателей – 2-х и 4-тактный. В первом варианте такты совмещены (рабочий ход с выпуском, а впуск – со сжатием), поэтому в таких моторах полный рабочий цикл выполняется за один полный оборот коленвала.
В 4-тактном двигателе каждый такт выполняется по отдельности, поэтому в таких моторах полный рабочий цикл выполняется за два оборота коленчатого вала, и только один полуоборот (на такте «рабочий ход») выполняется за счет выделенной при горении энергии, а остальные 1,5 оборота – благодаря энергии маховика.
Основные неисправности
Несмотря на то, что кривошипно-шатунный механизм работает в жестких условиях, эта составляющая двигателя достаточно надежная. При правильном проведении технического обслуживания, механизм работает долгий срок.
При правильной эксплуатации двигателя ремонт КШМ потребуется только из-за износа ряда составных деталей – поршневых колец, шеек коленчатого вала, подшипников скольжения.
Поломки составных компонентов КШМ происходят в основном из-за нарушения правил эксплуатации силовой установки (постоянная работа на повышенных оборотах, чрезмерные нагрузки), невыполнения ТО, использования неподходящих горюче-смазочных материалов.
Последствиями такого использования мотора могут быть:
- залегание и разрушение колец;
- прогорание поршня;
- трещины стенок гильзы цилиндра;
- изгиб шатуна;
- разрыв коленчатого вала;
- «наматывание» подшипников скольжения на шейки.
Такие поломки КШМ очень серьезны, зачастую поврежденные элементы ремонту не подлежат их нужно только менять.
В некоторых случаях поломки КШМ сопровождаются разрушениями иных элементов мотора, что приводит мотор в полную негодность без возможности восстановления.
Обслуживание кшм
Чтобы КШМ не стало причиной выхода из строя силового агрегата, достаточно выполнять ряд правил:
Не стоит забывать, что нормальное функционирование мотора зависит не только от КШМ, но и от смазки, охлаждения, питания, зажигания, ГРМ, которым также требуется своевременное обслуживание.
Коленвал: описание,устройство,назначение,снятие,шлифовка,неисправности
Коленвал – это один из главных элементов двигателя. Он является частью кривошипно-шатунного механизма. Она имеет сложное устройство. Что собой представляет данный механизм? Давайте рассмотрим.
Устройство и назначение
Коленчатый вал воспринимает усилия от поршня и преобразует их в механическую энергию. На этот механизм воздействуют силы вращения. Работает он постоянно под высокой нагрузкой.
Поэтому, чтобы деталь не вышла преждевременно из строя, коленчатые валы изготавливают из качественных, высокопрочных чугунных сплавов. Затем все детали закаляются током высокой частоты. Различают валы с двойным противовесом или вовсе без противовеса.
Располагается колневал двигателя непосредственно в корпусе мотора.
Что касается конструкции, то она в целом зависит от двигателя. Несмотря на некоторые различия, в конструкциях есть очень много общего. Коленвал — это комплекс из нескольких деталей.
В качестве опоры для этой конструкции используются коренные шейки – чаще встречаются модели с четырьмя шейками, но также есть и трехопорные. В шестицилиндровых моторах установлены валы, где таких опор 7. Для того чтобы коленчатый вал был уравновешен, применяют противовесы.
Если цилиндры имеют небольшой диаметр, тогда используют одинарные противовесы. За счет этих деталей обеспечивается максимально плавная работа силового агрегата
Для чего нужен коленвал?
Любой автомобильный двигатель является поршневым. Принцип его работы прост: в цилиндр подается топливно-воздушная смесь, которая воспламеняется и увеличивается в объеме.
Возникает избыточное давление, которое выталкивает поршень из цилиндра.
Поршень при этом совершает поступательное движение, которое нужно преобразовать во вращательное, чтобы передать его в коробку передач, а дальше – на полуоси или карданный вал.
Вот именно эту функцию и выполняет коленчатый вал – преобразовывает один тип механического движения в другой, а именно: поступательное во вращательное.
Материал, из которого изготавливаются коленчатые валы, это не простая сталь, поэтому и стоимость изделия так высока, по сравнению с ценой простой металлической болванки.
Сталь, из которой изготавливается вал, легируется хромом, молибденом и другими металлами, что придает изделию особую прочность.
Кроме того, немаловажен сам процесс изготовления, начиная от того, как расположены волокна заготовки, заканчивая методикой изготовления – прессованием или ковкой.
С тем, что делает вал, мы разобрались, но остался вопрос – где находится коленвал? Коленчатый вал расположен в нижней части двигателя, снизу он прикрыт картером, заполненным моторным маслом.
Важно
Вал закреплен в подшипниках, которые удерживают его и не дают смещаться, иногда для его усиления используются дополнительные упоры.
Но есть исключение – в оппозитных двигателях коленчатый вал располагается выше, по центру ДВС.
Снятие коленчатого вала производится в такой последовательности:
1. Демонтируется двигатель из автомобиля, а потом из него снимаются все элементы. 2. Двигатель переворачивается коленвалом к верху. Крышки коренных подшипников отличаются, поэтому необходимо запомнить их положение. 3.
Снимаются крышки коренных подшипников. 4. Поднимается коленвал, а заднее уплотнительное кольцо снимается. 5. Снимаются коренные вкладыши с крышек коренных подшипников и блока цилиндров.
После снятия производится проверка коленчатого вала.
Алгоритм проверки коленчатого вала:
1. Промыть бензином все составляющие и просушить деталь. 2. Тщательно осмотреть коленвал на наличие негативных следов от использования (трещины, сколы, сильный износ). Если же коленвал признан непригодным для дальнейшей эксплуатации, то придётся приобрести новый. 3.
Прочистить, промыть и продуть сжатым воздухом все каналы для масла, предварительно открутив пробки. 4. Если на шатунных шейках обнаружены задиры или царапины, то их необходимо отшлифовать и отполировать. После этого опять следует продуть воздухом масляные каналы. 5.
Осмотреть вкладыши коренных подшипников. Если на них есть дефекты, то их необходимо заменить на новые. 6. Осмотреть маховик и при обнаружении на нём дефектов, маховик стоит заменить. 7.
Осмотреть подшипник носка и, если на нём есть негативные следы эксплуатации, то его нужно выпрессовать и запрессовать новый.
8. Осмотреть сальник, который находится в крышке распределительных звёздочек и при необходимости заменить эту деталь. При большом пробеге автомобиля сальник меняют в обязательном порядке. 9. Сменить и обжать набивку заднего уплотнения коленвала. 10.
Проверить резиновые уплотнители, которые расположены в держателе набивки. Если они непригодны для дальнейшего использования, то их нужно заменить. После проверки коленчатый вал необходимо установить обратно.
Совет
Установка коленчатого вала производится в обратной последовательности к его снятию. Перед установкой нужно обязательно смазать все шейки и другие элементы коленвала моторным маслом. После установки следует проверить, что коленчатый вал вращается легко и плавно.
В противном случае придётся его опять снять и установить заново, добиваясь плавности хода.
Шлифовка коленвала
Коленвал — вещь очень дорогая, тем не менее из-за трения он со временем приходит в негодность. Чтобы не покупать новый, его шлифуют. Работу эту могут выполнять только высококлассные токари, у которых есть соответствующее оборудование. Вам же нужно будет приобрести комплект ремонтных шатунных и коренных вкладышей.
Вкладыши продаются практически в любом магазине запчастей и идут под обозначениями: Н (номинальный размер) — соответствуют параметрам нового кривошипа; Р (Р1, Р2, Р3) — ремонтные вкладыши их диаметр на несколько миллиметров больше. Исходя из размера ремонтных вкладышей, токарь-моторист точно измеряет диаметр шеек и подгоняет их под новые вкладыши.
Для каждой модели определен шаг ремонтных вкладышей.
Неисправности коленвала и как их решить?
Работа коленчатого вала устроена таким образом, что чаще всего он ломается, поскольку современен ухудшается смазывание деталей из за увеличения зазоров между вкладышем. Также проблемы а работой коленвала могут возникать по причине недостаточного давления в системе смазки или использование масла низкого качества.
Основные дефекты коленвала:
Главной проблемой коленчатого вала является задир шейки.
Такие неисправности могут привести к очень серьезным дефектам, вплоть до появления трещин на детали.
Чтобы устранить износ и задиры коленвала, потребуется отшлифовать шейки и довести их до состояния исправности.
При этом может возникнуть следующая проблема: задир будет способствовать нагреву всей поверхности шейки, как правило, температура поднимается до сотни градусов.
Та сторона шейки, которая воспринимает самую большую нагрузку, соответственно, разогреется до максимальной температуры, а это значит, что колено будет подвергаться деформации и кривошипные щеки окажутся сведенными.
Вращательная ось и колено будет изгибаться, вследствие чего нарушится ось коренных шеек и деталь искривится. В этом случае, чтобы отремонтировать коленвал, потребуется использовать ряд дополнительных процедур для исправления неполадок. Росточка коленчатого вала под следующий размер и установка новых вкладышей.
Итак, видим, что коленвал автомобиля является внутренней частью «сердца» и качество детали, а также должный уход значительно влияют на строк службы. Длительная работа коленчатого вала напрямую зависит от состояния коренных и шатунных шеек, вкладышей и качеством системы смазки.
ИЗ КАКИХ МАТЕРИАЛОВ И КАК ИЗГОТАВЛИВАЕТСЯ
Материал и технология производства зависят от класса и назначения автомобиля:
Место перехода щек в шейки является самым нагруженным, так как здесь концентрируются максимальные напряжения. Для того чтобы разгрузить соединение, его выполняют с полукруглым переходом (галтелью).
Как правило, галтели делают двойными с промежуточным технологическим пояском.
Такое конструктивное решение позволяет сохранить максимальное значение активной площади шеек – поверхности, находящей под вкладышами.
Как раз по причине возникновения высоких нагрузок в соединениях, не нашел широкого применения коленчатый вал составной конструкции, в котором отдельные части соединены между собой крепежом.
Процесс смазки коленчатого вала
Смазка коленвала обеспечивается за счет шатунных и коренных шеек. Важно помнить, что смазка коленчатого вала всегда происходит под давлением. Каждая коренная шейка обеспечена индивидуальным подводом масла от общей смазочной системы. Поступившее масло попадает на шатунные шейки по специальным каналам, расположенным в коренных шейках.
Устройство коленчатого вала скутера
Коленчатый вал большинства китайских, корейских, японских, европейских четырех и двухтактных скутеров представляет собой классический кривошип, который более чем за 100 лет со дня своего первого появления на свет претерпел лишь незначительные изменения.
В основе любого коленчатого вала лежит шатун. Шатун принимает на себя возвратно-поступательную нагрузку поршня и с помощью кривошипа — возвратно-поступательное движение поршня преобразуется в вращательное движение коленчатого вала. Таким образом осуществляется вращение двигателя.
Коленчатый вал четырехтактного скутера.
Коленчатый вал двухтактного скутера.
Устройство.
Палец нижней головки шатуна съемный. При большом желании и наличии пресса (увесистой кувалды) его без труда можно выпрессовывать.
Цапфа и щека выполнены заодно.
Обратите внимание
С цапф коленчатого вала осуществляется отбор мощности для привода разных систем и трансмиссии скутера. Цапфы коленчатого вала четырехтактного двигателя в этом плане более развитые. Оно и не удивительно: четырехтактный двигатель более сложный и оснащен дополнительными системами, которые от чего-то нужно приводить в движение.
С правой цапфы осуществляется привод генератора, масляного насоса и к ней же прикладывается усилие от обгонной муфты стартера. Чтобы механизмы не проворачивались на цапфе — они фиксируются шпонками.
На некоторых моделях двигателей — привод масляного насоса осуществляется цепью. На других — шестерней.
А это обгонная муфта, которая сидит непосредственно на цапфе. На этой модели двигателя муфта находится в картере. На других моделях муфта может находится под крышкой вариатора.
С другой цапфы обычно осуществляется отбор мощности для привода распределительного вала ГРМ и на ней же сидит вариатор.
Шатун объединяет собой две головки: нижнею и верхнею. Обе головки покоятся на подшипниках: верхняя головка покоится либо на подшипнике качения (2Т), либо на подшипнике скольжения (4Т), Нижняя покоится на подшипнике качения.
В нижней головке, возле основания шатуна есть небольшие пазы через которые во время работы двигателя выбрасывается моторное масло. Таким образом осуществляется смазка и дополнительное охлаждение деталей ЦПГ.
Сепаратор нижней головки шатуна четырехтактного двигателя. К слову сказать, сепаратор, а также нижняя головка шатуна и палец, который соединяет щеки — являются самыми быстроизнашиваемыми деталями коленчатого вала. И от их качества напрямую зависит сколько отходит коленчатый вал.
Сепаратор коленчатого вала двухтактного двигателя.
Важно
Сепаратор представляет собой обычный подшипник качения. Основными элементами которого являются иглы или ролики — без разницы. Для улучшения работы подшипника, снижения шума работы и обеспечения должной смазки трущихся деталей — иглы отделены друг от друга стенками корпуса в котором они заключены. Откуда собственно и пошло название: Separator — переводиться как отделять.
Система смазки нижней головки шатуна четырехтактного двигателя имеет не сказать, чтобы совершенную, но очень надежную и простую конструкцию.
На наружной стороне одной из щек коленчатого вале есть небольшая полость — образованная жестяной тарелкой запрессованной в щеку.
Во время работы двигателя — масляный насос через специальный канал в посадочном гнезде коренного подшипника нагнетает моторное масло в эту полость.
Под действием центробежной силы — масло устремляется в отверстие расположенное с торца пальца нижней головки шатуна. Отверстие расположенное в торце пальца нижней головки шатуна напрямую связано с отверстием расположенным посередине беговой дорожки игл сепаратора. Масло проходя под давлением через отверстие смазывает иглы сепаратора.
Масляный канал по которому поступает масло в полость обозначен стрелкой.
Масляный канал по которому масло поступает из полости к подшипнику нижней головки шатуна (сепаратору).
Через это отверстие непосредственно связанное с основным отверстием в торце пальца осуществляется принудительная смазка подшипника нижней головки шатуна.
За время эксплуатации в полости скапливается много грязи и стружки. Из этого следует, что полость помимо основной функции обеспечивает дополнительную очистку масла.
Совет
Во время работы двигателя — стружка и грязь отбрасывается центробежной силой к стенкам полости тем самым происходит очистка масла. Такой метод очистки масла применялся на старых двигателях в которых вместо современного бумажного фильтра стояла центрифуга, которая осуществляла очистку масла по похожему принципу.
В двухтактных двигателях нижний подшипник шатуна смазывается за счет попадания на него масла из топливной смеси.
Для обеспечения надежной смазки нижнего подшипника в теле шатуна двухтактного двигателя есть специальные каналы, через которые масло из топливной смеси попадает к подшипнику.
