Автомобіль / Силова установка / Двигун внутрішнього згоряння / Механічна частина двигуна / Кривошипно-шатунний механізм / Колінчастий вал

Колінчастий вал

Автор матеріалу: Олег Тимошенко

Колінчастий вал - це основна обертова деталь двигуна, яка через шатуни сприймає зусилля від поршнів і перетворює їх на крутний момент, що передається на маховик і трансмісію. Від колінчастого вала також приводяться ГРМ, масляний насос і допоміжні агрегати.

Вал обертається в корінних підшипниках ковзання (вкладишах) блока циліндрів і змащується оливою під тиском. Його положення зчитує датчик колінчастого валу, а крутильні коливання гасить демпфер або шків колінчастого валу із демпфером.

Головне правило TESMA: стан колінчастого вала визначають лише вимірюванням шийок, биття і осьового зазору. Шліфування під ремонтний розмір допустиме тільки там, де його передбачає виробник двигуна.

Будова колінчастого вала

корінні шийки - опори вала в блоці;
шатунні шийки - місця кріплення шатунів;
щоки і противаги - з'єднують шийки і врівноважують інерційні сили;
масляні канали - подають оливу від корінних до шатунних шийок;
носок вала - під шестерню, шків і сальник;
хвостовик із фланцем - під маховик і задній сальник;
упорні напівкільця або упорний вкладиш - обмежують осьове переміщення.

Несправності колінчастого вала

знос і задири шийок після масляного голодування - див. Знос корінних вкладишів і Знос шатунних вкладишів;
підвищений осьовий зазор через знос упорних напівкілець - особливо при неправильній роботі зчеплення;
биття (вигин) вала після перегріву або руйнування вкладиша;
тріщини і поломка вала - рідко, зазвичай після тривалої роботи з дефектом або детонації;
пошкодження шпонкового паза, носка або фланця;
витоки оливи через сальники колінчастого вала.

Симптоми

глухий стук у двигуні на холостому ходу і під навантаженням;
падіння тиску оливи і загоряння індикатора тиску;
вібрація двигуна при пошкодженому демпфері шківа;
переміщення вала вперед-назад при натисканні педалі зчеплення (осьовий люфт);
помилки датчика колінчастого вала при пошкодженні задавального диска.

Дефектування після розбирання

Огляд шийок на задири, сліди перегріву і тріщини.
Вимірювання діаметрів шийок мікрометром, овальності і конусності.
Перевірка биття вала в призмах або центрах індикатором.
Вимірювання осьового зазору.
Контроль масляних зазорів на вкладишах за документацією виробника.
Для навантажених валів - перевірка на тріщини методами неруйнівного контролю.

Ремонт і заміна

Залежно від стану вал шліфують під ремонтні вкладиші, полірують або замінюють. Після будь-якого втручання перевіряють чистоту масляних каналів, установлюють нові вкладиші і упорні напівкільця, а також виконують заміну вкладишів колінчастого вала за процедурою виробника. При капітальному ремонті вал оцінюють разом із блоком - див. Капітальний ремонт двигуна.

Коли експлуатацію краще припинити

При стуку, що наростає, і падінні тиску оливи двигун глушать негайно. Робота з провернутим вкладишем руйнує шийки вала, шатун і блок циліндрів.

Як працює колінчастий вал

Кожна шатунна шийка зміщена від осі обертання на радіус кривошипа, тому зусилля шатуна створює крутний момент. Порядок розташування шийок забезпечує рівномірне чергування робочих ходів, а противаги врівноважують обертові маси. Олива від головної магістралі блока надходить до корінних підшипників і далі по свердлінням у валу - до шатунних шийок. Перекриття цих каналів або падіння тиску оливи найшвидше руйнує саме шатунні вкладиші.

Види колінчастих валів

Ковані сталеві - висока міцність, застосовуються в навантажених і дизельних двигунах.
Литі чавунні - поширені в серійних бензинових двигунах.
З повними і неповними противагами - впливає на вібрацію і навантаження на корінні опори.
Зі зміцненими шийками (азотування, загартування СВЧ) - обмежують можливість шліфування.

Пов'язані деталі, які оцінюють разом із валом

корінні вкладиші і упорні напівкільця;
шатунні вкладиші;
передній і задній сальники;
шків і демпфер крутильних коливань;
шестерня привода ГРМ і задавальний диск датчика;
маховик і його кріплення.

Порядок діагностики без розбирання

Прослуховування двигуна на різних обертах і з відключенням циліндрів.
Вимірювання тиску масла манометром на холодному і прогрітому двигуні.
Огляд оливи і масляного фільтра на стружку (сталь, бронза, алюміній).
Перевірка осьового люфту вала - переміщення шківа вперед-назад при натисканні педалі зчеплення.
Огляд демпфера шківа на розшарування гуми і биття.
Перевірка сигналу датчика колінчастого вала осцилографом при помилках синхронізації.
Пошук витоків оливи через передній і задній сальники.

Практичні випадки

Скарга: вібрація на холостому ходу і шум спереду двигуна. Перевірка: демпфер шківа з розшарованою гумою. Висновок: заміна шківа, вал справний.
Скарга: стук і падіння тиску оливи після пропущеної заміни оливи. Перевірка: бронзова стружка, задири на шатунних шийках. Висновок: шліфування вала під ремонтні вкладиші і промивання каналів.
Скарга: стук при натисканні зчеплення. Перевірка: великий осьовий люфт, зношені упорні напівкільця. Висновок: заміна напівкілець і перевірка привода зчеплення.

Типові помилки

шліфування вала без перевірки на тріщини;
шліфування зміцненого вала, для якого виробник не передбачає ремонтних розмірів;
непрочищені масляні канали після шліфування;
заміна вкладишів без вимірювання масляного зазору;
повторне використання болтів кришок корінних опор, якщо вони одноразові;
ігнорування демпфера шківа при вібраціях;
ігнорування стану маховика і зчеплення при осьовому люфті;
неправильне встановлення сальників і їх пошкодження під час монтажу.

Якщо під час ремонту двигуна демонтують коробку передач, варто оцінити маховик і зчеплення. Сервіс remont-mahovikov.com.ua займається дефектуванням і ремонтом маховиків, а також переклепуванням ремонтопридатних дисків зчеплення.

Вимірювання при дефектуванні

Параметр	Інструмент	Що означає відхилення
діаметр корінних і шатунних шийок	мікрометр, у двох площинах і кількох перерізах	знос, овальність, конусність
биття середніх корінних шийок	призми, індикатор	вигин вала
масляний зазор у вкладишах	калібрований пластиковий дріт або нутромір	знос вкладишів і падіння тиску масла
осьовий люфт	індикатор або щуп	знос упорних напівкілець, проблеми зчеплення
стан поверхні шийок	огляд, дотик	задири, сліди перегріву, тріщини
тріщини	магнітопорошкова дефектоскопія	вал не підлягає ремонту

Номінальні і ремонтні розміри шийок, допустимі биття і зазори беруть лише з документації виробника двигуна.

Шліфування і ремонтні розміри

Якщо шийки зношені рівномірно і вал не має тріщин, його шліфують під ремонтний розмір вкладишів. Важливо зберегти радіуси галтелей (переходів шийки в щоку): гострий перехід після шліфування - концентратор напружень і місце майбутньої тріщини. Частина сучасних валів має поверхневе загартування або азотування, тому шліфування можливе лише в межах загартованого шару, а для деяких двигунів ремонтні розміри взагалі не передбачені - тоді вал замінюють. Після шліфування масляні канали ретельно промивають, а вал за потреби балансують.

Збирання після ремонту

Нові вкладиші з комплекту корінних і шатунних підшипників відповідного розміру.
Контроль масляного зазору на кожній шийці.
Затягування кришок корінних опор у визначеній послідовності, з моментами і кутами виробника; одноразові болти - нові.
Перевірка легкості провертання вала після кожної затягнутої опори.
Контроль осьового люфту.
Нові сальники колінчастого вала.
Перед першим пуском - прокачування масла до появи тиску.

Демпфер крутильних коливань

Колінчастий вал не абсолютно жорсткий: під імпульсами згоряння він закручується і розкручується з певною власною частотою. Щоб ці крутильні коливання не руйнували вал, на передньому кінці встановлюють демпфер - часто він поєднаний зі шківом колінчастого вала. Гумовий шар демпфера старіє і розшаровується; тоді зростає вібрація, шум приводу і ризик втомних тріщин вала. Тому огляд демпфера - частина діагностики при вібраціях і обов'язковий пункт при капітальному ремонті.

Датчик колінчастого вала

Положення і швидкість вала зчитує датчик колінчастого вала по задавальному диску (зубчастому колесу або магнітному кільцю). Пошкоджений диск, осьовий люфт вала або забруднення датчика стружкою дають пропуски сигналу, нестабільний холостий хід, зупинку двигуна. При ремонті вала диск оглядають, а після заміни вала або диска в деяких системах потрібна адаптація.

Ціна зволікання

Стук корінних або шатунних вкладишів - найнебезпечніший симптом нижньої частини двигуна. На ранній стадії ремонт обмежується шліфуванням вала і новими вкладишами. Якщо продовжувати рух, вкладиш провертається, шийка перегрівається, вал може отримати тріщину, а шатун - обірватися. Тоді ремонт часто перевищує вартість капітального ремонту або контрактного двигуна.

Осьовий люфт колінчастого вала і упорні півкільця

Колінчастий вал утримується від осьового переміщення упорними півкільцями або упорним корінним вкладишем з буртиками. Невеликий осьовий зазор потрібен для теплового розширення і утворення масляної плівки, але надмірний люфт - ознака зносу, яка може призвести до серйозних пошкоджень блока циліндрів.

Що збільшує осьове навантаження

тривале утримання педалі зчеплення натиснутою, наприклад на світлофорі;
несправне або неправильно відрегульоване зчеплення;
знос або пошкодження деталей автоматичної коробки, що тиснуть на вал;
неправильна установка коробки передач після ремонту;
недостатнє змащення через низький тиск оливи.

Стан	Ознаки	Наслідки
люфт у межах норми	немає симптомів	нормальна робота
люфт збільшений	стук при натисканні педалі зчеплення, зміна звуку	прискорений знос півкілець, помилки датчика колінвала
півкільце випало або зруйноване	сильний стук, рух шківа вперед-назад	пошкодження постелі в блоці, ремонт блока або його заміна

Осьовий люфт перевіряють індикатором годинникового типу, впираючи його в торець вала або шківа і переміщуючи вал вперед-назад монтажкою. Допустиме значення задає виробник. Збільшений люфт можна помітити і без індикатора: якщо шків помітно рухається при натисканні педалі зчеплення, це вже привід для ремонту.

Окремо враховують вплив люфту на датчик колінчастого вала. Зміщення задаючого диска змінює зазор до датчика, і з'являються пропуски сигналу, помилки або нестабільна робота.

Затягування з ремонтом небезпечне: якщо півкільце випаде, вал почне тертися щокою об блок і зруйнує постіль корінного підшипника.

Сальники колінчастого вала і витоки оливи

Колінчастий вал ущільнюють два сальники: передній, з боку приводу ГРМ і навісного обладнання, і задній, з боку маховика. Їх витік - одна з найчастіших причин втрати оливи. Передній сальник замінюється відносно просто, а задній вимагає зняття коробки передач, тому важливо правильно визначити джерело до початку робіт.

Ознака	Ймовірне джерело
олива на шківі і ремені навісного обладнання	передній сальник або кришка ГРМ
олива в картері зчеплення, сліди між двигуном і коробкою	задній сальник, прокладка піддону або коробка
витік посилюється на високих обертах	підвищений тиск картерних газів
сальник тече після заміни	знос шийки вала, перекіс, биття

Частою причиною витоку через сальники є не сам сальник, а підвищений тиск у картері через несправну вентиляцію картера або знос кілець. Новий сальник у такій ситуації швидко почне текти знову. Тому перед заміною перевіряють вентиляцію і стан двигуна.

Другою причиною є знос шийки вала або маточини шківа, на якій працює кромка. Якщо на поверхні є канавка, новий сальник встановлюють зі зміщенням, використовують ремонтну втулку або замінюють шків. Биття вала через знос корінних вкладишів також руйнує сальник.

Під час заміни заднього сальника варто оцінити стан зчеплення і маховика: це економить роботу, якщо їх знадобиться міняти найближчим часом. Деталі вибирають за каталогом, адже сальники можуть відрізнятися напрямком насічки і матеріалом. Більше про деталь - на сторінці сальник вала колінчастого.

Після заміни стежать за місцем стоянки і рівнем оливи протягом кількох тижнів.

Колінчастий вал: що можна перевірити самостійно, а що - на сервісі

Колінчастий вал працює всередині двигуна, і його стан неможливо оцінити візуально. Проте власник може помітити низку ознак, які вказують на проблеми з валом, вкладишами або суміжними деталями. Чим раніше на них зреагувати, тим дешевшим буде ремонт.

Дія	Власник	Сервіс
контроль рівня оливи і плям під автомобілем	так	так
реакція на лампу тиску оливи	так, негайна зупинка	так
фіксація вібрації на холостому ходу і під навантаженням	так	так
фіксація стуку при натисканні педалі зчеплення	так	так
зчитування помилок датчика колінчастого вала	ні	так
вимірювання тиску оливи і осьового люфту	ні	так
перевірка демпфера і шківа	ні	так

Вібрація двигуна, що посилилася з часом, може бути пов'язана з демпфером крутильних коливань, опорами двигуна або нерівномірною роботою циліндрів. Детальніше про розмежування причин - на сторінці вібрація двигуна.

Глухий стук знизу двигуна, що з'являється на прогрітому двигуні і посилюється з навантаженням, вимагає негайної діагностики. Продовження руху може призвести до провертання вкладишів і пошкодження шийок вала.

Найкращий захист колінчастого вала - регулярна заміна оливи з правильним допуском, якісний фільтр і уникнення високого навантаження на холодному двигуні.

Корисно також звертати увагу на те, як двигун поводиться під час пуску. Короткий металевий стук у перші секунди після тривалої стоянки, що зникає з появою тиску оливи, може свідчити про збільшені зазори у вкладишах або про проблему з антидренажним клапаном фільтра. Ці спостереження варто записати і повідомити сервісу разом з інформацією про використану оливу і фільтр.

Часті питання

Чи можна шліфувати колінчастий вал?

Так, якщо виробник передбачає ремонтні розміри вкладишів і вал не має тріщин. Для частини сучасних двигунів ремонтні розміри не передбачені - тоді вал замінюють.

Чи можна поставити вкладиші ремонтного розміру без шліфування?

Ні. Ремонтні вкладиші товщі й розраховані на шліфований вал. Без шліфування зазор буде від'ємним, і вал заклинить.

Що спричиняє тріщини колінчастого вала?

Перевантаження від гідроудару або детонації, несправний демпфер шківа, неправильне шліфування галтелей, масляне голодування з перегрівом шийки.

Пов'язані сторінки бази знань TESMA

Ознаки несправності

Стук у двигуні

Типові несправності

Перевірка

Діагностика шумів двигуна

Заміна і обслуговування

Заміна вкладишів колінчастого вала

Суміжні деталі

Що ще почитати на цю тему

Товарні групи TESMA

Висновок

Колінчастий вал перетворює зусилля поршнів на крутний момент і працює на масляній плівці у вкладишах. Більшість його пошкоджень починається з масляного голодування, тому тиск і якість оливи - ключ до ресурсу вала.

Правило TESMA: рішення про шліфування чи заміну вала приймають за вимірюваннями, а не за зовнішнім виглядом.