Автомобиль / Силовая установка / Двигатель внутреннего сгорания / Механическая часть двигателя / Кривошипно-шатунный механизм / Коленчатый вал

Коленчатый вал

Автор материала: Олег Тимошенко

Коленчатый вал - это основная вращающаяся деталь двигателя, которая через шатуны воспринимает усилия от поршней и преобразует их в крутящий момент, передаваемый на маховик и трансмиссию. От коленчатого вала также приводятся ГРМ, масляный насос и навесные агрегаты.

Вал вращается в коренных подшипниках скольжения (вкладышах) блока цилиндров и смазывается маслом под давлением. Его положение считывает датчик коленчатого вала, а крутильные колебания гасит демпфер или шкив коленчатого вала с демпфером.

Главное правило TESMA: состояние коленчатого вала определяют только измерением шеек, биения и осевого зазора. Шлифовка под ремонтный размер допустима только там, где ее предусматривает производитель двигателя.

Устройство коленчатого вала

коренные шейки - опоры вала в блоке;
шатунные шейки - места крепления шатунов;
щеки и противовесы - соединяют шейки и уравновешивают инерционные силы;
масляные каналы - подают масло от коренных к шатунным шейкам;
носок вала - под шестерню, шкив и сальник;
хвостовик с фланцем - под маховик и задний сальник;
упорные полукольца или упорный вкладыш - ограничивают осевое перемещение.

Неисправности коленчатого вала

износ и задиры шеек после масляного голодания - см. Износ коренных вкладышей и Износ шатунных вкладышей;
повышенный осевой зазор из-за износа упорных полуколец - особенно при неправильной работе сцепления;
биение (изгиб) вала после перегрева или разрушения вкладыша;
трещины и поломка вала - редко, обычно после длительной работы с дефектом или детонации;
повреждение шпоночного паза, носка или фланца;
утечки масла через сальники коленчатого вала.

Симптомы

глухой стук в двигателе на холостом ходу и под нагрузкой;
падение давления масла и загорание индикатора давления;
вибрация двигателя при поврежденном демпфере шкива;
перемещение вала вперед-назад при нажатии педали сцепления (осевой люфт);
ошибки датчика коленчатого вала при повреждении задающего диска.

Дефектовка после разборки

Осмотр шеек на задиры, следы перегрева и трещины.
Измерение диаметров шеек микрометром, овальности и конусности.
Проверка биения вала в призмах или центрах индикатором.
Измерение осевого зазора.
Контроль масляных зазоров на вкладышах по документации производителя.
Для нагруженных валов - проверка на трещины методами неразрушающего контроля.

Ремонт и замена

В зависимости от состояния вал шлифуют под ремонтные вкладыши, полируют или заменяют. После любого вмешательства проверяют чистоту масляных каналов, устанавливают новые вкладыши и упорные полукольца, а также выполняют замену вкладышей коленчатого вала по процедуре производителя. При капитальном ремонте вал оценивают вместе с блоком - см. Капитальный ремонт двигателя.

Когда эксплуатацию лучше прекратить

При нарастающем стуке и падении давления масла двигатель глушат немедленно. Работа с провернутым вкладышем разрушает шейки вала, шатун и блок цилиндров.

Как работает коленчатый вал

Каждая шатунная шейка смещена от оси вращения на радиус кривошипа, поэтому усилие шатуна создает крутящий момент. Порядок расположения шеек обеспечивает равномерное чередование рабочих ходов, а противовесы уравновешивают вращающиеся массы. Масло от главной магистрали блока поступает к коренным подшипникам и далее по сверлениям в валу - к шатунным шейкам. Перекрытие этих каналов или падение давления масла быстрее всего разрушает именно шатунные вкладыши.

Виды коленчатых валов

Кованые стальные - высокая прочность, применяются в нагруженных и дизельных двигателях.
Литые чугунные - распространены в серийных бензиновых двигателях.
С полными и неполными противовесами - влияет на вибрацию и нагрузку на коренные опоры.
С упрочненными шейками (азотирование, закалка ТВЧ) - ограничивают возможность шлифовки.

Связанные детали, которые оценивают вместе с валом

коренные вкладыши и упорные полукольца;
шатунные вкладыши;
передний и задний сальники;
шкив и демпфер крутильных колебаний;
шестерня привода ГРМ и задающий диск датчика;
маховик и его крепление.

Порядок диагностики без разборки

Прослушивание двигателя на разных оборотах и с отключением цилиндров.
Измерение давления масла манометром на холодном и прогретом двигателе.
Осмотр масла и масляного фильтра на стружку (сталь, бронза, алюминий).
Проверка осевого люфта вала - перемещение шкива вперед-назад при нажатии педали сцепления.
Осмотр демпфера шкива на расслоение резины и биение.
Проверка сигнала датчика коленчатого вала осциллографом при ошибках синхронизации.
Поиск утечек масла через передний и задний сальники.

Практические случаи

Жалоба: вибрация на холостом ходу и шум спереди двигателя. Проверка: демпфер шкива с расслоенной резиной. Вывод: замена шкива, вал исправен.
Жалоба: стук и падение давления масла после пропущенной замены масла. Проверка: бронзовая стружка, задиры на шатунных шейках. Вывод: шлифовка вала под ремонтные вкладыши и промывка каналов.
Жалоба: стук при нажатии сцепления. Проверка: большой осевой люфт, изношены упорные полукольца. Вывод: замена полуколец и проверка привода сцепления.

Типичные ошибки

шлифовка вала без проверки на трещины;
шлифовка упрочненного вала, для которого производитель не предусматривает ремонтных размеров;
непрочищенные масляные каналы после шлифовки;
замена вкладышей без измерения масляного зазора;
повторное использование болтов крышек коренных опор, если они одноразовые;
игнорирование демпфера шкива при вибрациях;
игнорирование состояния маховика и сцепления при осевом люфте;
неправильная установка сальников и их повреждение при монтаже.

Если при ремонте двигателя демонтируют коробку передач, стоит оценить маховик и сцепление. Сервис remont-mahovikov.com.ua занимается дефектовкой и ремонтом маховиков, а также переклепкой ремонтопригодных дисков сцепления.

Измерения при дефектовке

Параметр	Инструмент	Что означает отклонение
диаметр коренных и шатунных шеек	микрометр, в двух плоскостях и нескольких сечениях	износ, овальность, конусность
биение средних коренных шеек	призмы, индикатор	изгиб вала
масляный зазор во вкладышах	калиброванная пластиковая проволока или нутромер	износ вкладышей и падение давления масла
осевой люфт	индикатор или щуп	износ упорных полуколец, проблемы сцепления
состояние поверхности шеек	осмотр, касание	задиры, следы перегрева, трещины
трещины	магнитопорошковая дефектоскопия	вал не подлежит ремонту

Номинальные и ремонтные размеры шеек, допустимые биения и зазоры берут только из документации производителя двигателя.

Шлифовка и ремонтные размеры

Если шейки изношены равномерно и вал не имеет трещин, его шлифуют под ремонтный размер вкладышей. Важно сохранить радиусы галтелей (переходов шейки в щеку): острый переход после шлифовки - концентратор напряжений и место будущей трещины. Часть современных валов имеет поверхностную закалку или азотирование, поэтому шлифовка возможна только в пределах закаленного слоя, а для некоторых двигателей ремонтные размеры вообще не предусмотрены - тогда вал заменяют. После шлифовки масляные каналы тщательно промывают, а вал при необходимости балансируют.

Сборка после ремонта

Новые вкладыши из комплекта коренных и шатунных подшипников соответствующего размера.
Контроль масляного зазора на каждой шейке.
Затяжка крышек коренных опор в определенной последовательности, с моментами и углами производителя; одноразовые болты - новые.
Проверка легкости проворачивания вала после каждой затянутой опоры.
Контроль осевого люфта.
Новые сальники коленчатого вала.
Перед первым пуском - прокачка масла до появления давления.

Демпфер крутильных колебаний

Коленчатый вал не абсолютно жесткий: под импульсами сгорания он закручивается и раскручивается с определенной собственной частотой. Чтобы эти крутильные колебания не разрушали вал, на переднем конце устанавливают демпфер - часто он совмещен со шкивом коленчатого вала. Резиновый слой демпфера стареет и расслаивается; тогда растет вибрация, шум привода и риск усталостных трещин вала. Поэтому осмотр демпфера - часть диагностики при вибрациях и обязательный пункт при капитальном ремонте.

Датчик коленчатого вала

Положение и скорость вала считывает датчик коленчатого вала по задающему диску (зубчатому колесу или магнитному кольцу). Поврежденный диск, осевой люфт вала или загрязнение датчика стружкой дают пропуски сигнала, нестабильный холостой ход, остановку двигателя. При ремонте вала диск осматривают, а после замены вала или диска в некоторых системах нужна адаптация.

Цена промедления

Стук коренных или шатунных вкладышей - самый опасный симптом нижней части двигателя. На ранней стадии ремонт ограничивается шлифовкой вала и новыми вкладышами. Если продолжать движение, вкладыш проворачивается, шейка перегревается, вал может получить трещину, а шатун - оборваться. Тогда ремонт часто превышает стоимость капитального ремонта или контрактного двигателя.

Осевой люфт коленчатого вала и упорные полукольца

Коленчатый вал удерживается от осевого перемещения упорными полукольцами или упорным коренным вкладышем с буртиками. Небольшой осевой зазор нужен для теплового расширения и образования масляной пленки, но чрезмерный люфт - признак износа, который может привести к серьезным повреждениям блока цилиндров.

Что увеличивает осевую нагрузку

длительное удержание педали сцепления нажатой, например на светофоре;
неисправное или неправильно отрегулированное сцепление;
износ или повреждение деталей автоматической коробки, давящих на вал;
неправильная установка коробки передач после ремонта;
недостаточная смазка из-за низкого давления масла.

Состояние	Признаки	Последствия
люфт в пределах нормы	нет симптомов	нормальная работа
люфт увеличен	стук при нажатии педали сцепления, изменение звука	ускоренный износ полуколец, ошибки датчика коленвала
полукольцо выпало или разрушено	сильный стук, движение шкива вперед-назад	повреждение постели в блоке, ремонт блока или его замена

Осевой люфт проверяют индикатором часового типа, упирая его в торец вала или шкива и перемещая вал вперед-назад монтажкой. Допустимое значение задает производитель. Увеличенный люфт можно заметить и без индикатора: если шкив заметно двигается при нажатии педали сцепления, это уже повод для ремонта.

Отдельно учитывают влияние люфта на датчик коленчатого вала. Смещение задающего диска меняет зазор до датчика, и появляются пропуски сигнала, ошибки или нестабильная работа.

Затягивание с ремонтом опасно: если полукольцо выпадет, вал начнет тереться щекой о блок и разрушит постель коренного подшипника.

Сальники коленчатого вала и утечки масла

Коленчатый вал уплотняют два сальника: передний, со стороны привода ГРМ и навесного оборудования, и задний, со стороны маховика. Их утечка - одна из самых частых причин потери масла. Передний сальник заменяется относительно просто, а задний требует снятия коробки передач, поэтому важно правильно определить источник до начала работ.

Признак	Вероятный источник
масло на шкиве и ремне навесного оборудования	передний сальник или крышка ГРМ
масло в картере сцепления, следы между двигателем и коробкой	задний сальник, прокладка поддона или коробка
утечка усиливается на высоких оборотах	повышенное давление картерных газов
сальник течет после замены	износ шейки вала, перекос, биение

Частой причиной утечки через сальники является не сам сальник, а повышенное давление в картере из-за неисправной вентиляции картера или износа колец. Новый сальник в такой ситуации быстро начнет течь снова. Поэтому перед заменой проверяют вентиляцию и состояние двигателя.

Второй причиной является износ шейки вала или ступицы шкива, на которой работает кромка. Если на поверхности есть канавка, новый сальник устанавливают со смещением, используют ремонтную втулку или заменяют шкив. Биение вала из-за износа коренных вкладышей также разрушает сальник.

При замене заднего сальника стоит оценить состояние сцепления и маховика: это экономит работу, если их понадобится менять в ближайшее время. Детали выбирают по каталогу, ведь сальники могут отличаться направлением насечки и материалом. Больше о детали - на странице сальник вала коленчатого.

После замены следят за местом стоянки и уровнем масла в течение нескольких недель.

Коленчатый вал: что можно проверить самостоятельно, а что - на сервисе

Коленчатый вал работает внутри двигателя, и его состояние невозможно оценить визуально. Однако владелец может заметить ряд признаков, которые указывают на проблемы с валом, вкладышами или смежными деталями. Чем раньше на них отреагировать, тем дешевле будет ремонт.

Действие	Владелец	Сервис
контроль уровня масла и пятен под автомобилем	да	да
реакция на лампу давления масла	да, немедленная остановка	да
фиксация вибрации на холостом ходу и под нагрузкой	да	да
фиксация стука при нажатии педали сцепления	да	да
считывание ошибок датчика коленчатого вала	нет	да
измерение давления масла и осевого люфта	нет	да
проверка демпфера и шкива	нет	да

Вибрация двигателя, усилившаяся со временем, может быть связана с демпфером крутильных колебаний, опорами двигателя или неравномерной работой цилиндров. Подробнее о разграничении причин - на странице вибрация двигателя.

Глухой стук снизу двигателя, появляющийся на прогретом двигателе и усиливающийся с нагрузкой, требует немедленной диагностики. Продолжение движения может привести к проворачиванию вкладышей и повреждению шеек вала.

Лучшая защита коленчатого вала - регулярная замена масла с правильным допуском, качественный фильтр и избегание высокой нагрузки на холодном двигателе.

Полезно также обращать внимание на то, как двигатель ведет себя во время пуска. Короткий металлический стук в первые секунды после длительной стоянки, исчезающий с появлением давления масла, может свидетельствовать об увеличенных зазорах во вкладышах или о проблеме с антидренажным клапаном фильтра. Эти наблюдения стоит записать и сообщить сервису вместе с информацией об используемом масле и фильтре.

Частые вопросы

Можно ли шлифовать коленчатый вал?

Да, если производитель предусматривает ремонтные размеры вкладышей и вал не имеет трещин. Для части современных двигателей ремонтные размеры не предусмотрены - тогда вал заменяют.

Можно ли поставить вкладыши ремонтного размера без шлифовки?

Нет. Ремонтные вкладыши толще и рассчитаны на шлифованный вал. Без шлифовки зазор будет отрицательным, и вал заклинит.

Что вызывает трещины коленчатого вала?

Перегрузка от гидроудара или детонации, неисправный демпфер шкива, неправильная шлифовка галтелей, масляное голодание с перегревом шейки.

Связанные страницы базы знаний TESMA

Признаки неисправности

Стук в двигателе

Типичные неисправности

Проверка

Диагностика шумов двигателя

Замена и обслуживание

Замена вкладышей коленчатого вала

Смежные детали

Что еще почитать по этой теме

Товарные группы TESMA

Вывод

Коленчатый вал преобразует усилия поршней в крутящий момент и работает на масляной пленке во вкладышах. Большинство его повреждений начинается с масляного голодания, поэтому давление и качество масла - ключ к ресурсу вала.

Правило TESMA: решение о шлифовке или замене вала принимают по измерениям, а не по внешнему виду.