Неисправности коленчатого вала двигателя

Коленчатый вал: повреждение, симптомы, ремонт и расходы

Повреждение коленчатого вала встречается редко в современных автомобилях, но тем не менее все же происходит время от времени. Стоит ли в этом случае ремонтировать автомобиль (стоит ли игра свеч)? Какими затратами обернется ремонт коленвала? Отвечаем на наиболее важные вопросы.

Коленчатый вал – важный элемент двигателя внутреннего сгорания. Это та деталь, которая превращает кинетическую энергию, получаемую при сгорании топлива в двигателе, в механическую. Также коленвал служит связующим звеном между двигателем и коробкой передач, которая в свою очередь распределяет крутящий момент на колеса. К сожалению, если коленвал выходит из строя из-за дефекта, дорогостоящего ремонта не избежать.

Двигатель — одна из самых важных, если не важнейшая часть автомобиля. Его выход из строя влечет за собой ремонт, который стоит очень дорого. Целесообразно следить за его состоянием и помнить о замене рабочих жидкостей или фильтров. Как долго двигатель будет работать без ремонта, в значительной степени зависит от режима его эксплуатации. Возможным симптомов неисправности автомобиля может стать стук в двигателе. Такие звуки могут возникать по разным причинам. Какие-то из них устраняются относительно просто, другие требуют серьезного ремонта. Стук коленчатого вала относится к ряду серьезных неисправностей, поэтому стоит знать причины его возникновения.

Коленчатый вал является частью системы поршневого двигателя, которая отвечает за преобразование возвратно-поступательных движений поршней во вращательное движение. Иногда его еще называют коленвалом. Большинство коленчатых валов изготовлены из стали, реже из специального чугуна (сфероидальный или перлитный чугун).

Форма коленвала во многом зависит от расположения и количества цилиндров, а также от последовательности зажигания. В случае коленчатого вала, используемого в двигателях внутреннего сгорания, используются специальные углубления, в которые масло перекачивается под давлением. Это смазывает вал, а также основные его шейки. Конструкция немного отличается в случае двухтактного двигателя — здесь коленчатый вал разделен таким образом, что можно устанавливать подшипники качения на главные и коленчатые шейки.

Нагрузки на коленчатый вал

Он должен справляться с огромной нагрузкой, которой подвергается во время работы двигателя. Вал передает силы, создаваемые при сжигании топливной смеси в цилиндрах, которые могут достигать пяти тонн на поршень. Кроме того, он должен измерить силу инерции. Кроме того, существуют такие факторы, как высокая скорость, температура и значительные центробежные силы. Все эти факторы влияют на прочность коленчатого вала.

Повреждения коленчатого вала происходят крайне редко, но все же случаются. В этом случае необходимо произвести ремонт или замену коленчатого вала двигателя на новый. Вал относительно прост в своей конструкции, но изготовлен из специальных материалов, поэтому стоимость покупки очень высока.

Причины повреждения коленчатого вала

Основными причинами повреждения коленчатого вала могут быть проблемы со смазкой его отдельных компонентов. Если масло не обеспечивает надлежащую смазку, компоненты сильно трясутся друг о друга, изнашиваются и вызывают провисания, что со временем приводит к характерному стуку и в конечном итоге выходу из строя. Поэтому коленчатые валы требуют использования соответствующего моторного масла в соответствии с рекомендациями производителя автомобиля. Только в этом случае будет образовываться смазочная пленка и компоненты будут иметь достаточное проскальзывание, а трение, возникающее в результате работы деталей, будет эффективно снижено.

Стук коленчатого вала

Коленвал можно считать поврежденным, если он имеет люфт. Если при большой нагрузке двигателя слышны глухие стуки, исходящие из нижней части силового агрегата, от масляного поддона, то это может означать, что между коленчатыми валами и шатунами или на его подшипниках есть зазор. В обоих случаях требуется вмешательство механика и быстрый ремонт. Это необходимо сделать как можно скорее, потому что игнорирование такой проблемы может привести к повреждению двигателя.

Как правило, причин стуков коленвала не много, к ним можно отнести:

1. Отсутствие смазки в масляной системе силового агрегата.
2. Износ кривошипно-шатунного механизма.
3. Выработка на шатунных и коренных шейках вала.

Если стук появляется по этим причинам, в большинстве случаев необходим капитальный ремонт двигателя. Такой вид деятельности, в частности это касается современных ДВС, стоит доверить профессионалам. В случае старых (более простых по конструкции) двигателей, возможен «гаражный ремонт», но лучше воспользоваться услугами специалиста. Это даст уверенность в эффективности проведенных работ и надежности силового агрегата автомобиля.

Материал и технология изготовления заготовок коленчатых валов [ править | править код ]

Материал и технология изготовления зачастую тесно увязаны между собой. В данном случае, стальные валы (с целью достижения наивысшей прочности и вязкости) получают ковкой, чугунные (материал ковке не поддаётся) — литьём.

Стальные коленчатые валы [ править | править код ]

Коленчатые валы изготовляют из углеродистых, хромомарганцевых, хромоникельмолибденовых и других сталей, а также из специальных высокопрочных чугунов. Наибольшее применение находят стали марок 45, 45Х, 45Г2, 50Г, а для тяжело нагруженных коленчатых валов дизелей — 40ХНМА, 18ХНВА и др [2] . Преимуществом стальных валов является наивысшая прочность, возможность получения высокой твёрдости шеек азотированием, чугунные валы — дешевле [1] .

Выбор стали определяется поверхностной твёрдостью шеек, которую нужно получить. Твёрдость около 60 HRC (необходимая для применения роликовых подшипников) может быть получена, как правило, только химико-термической обработкой (цементация, азотирование, цианирование). Для этих целей годятся, как правило, малоуглеродистые хромоникелевые или хромоникельмолибденовые стали (12ХН3А, 18ХНВА, 20ХНМА, причём для валов средних и крупных размеров требуется большее легирование дорогостоящим молибденом. Однако в последнее время для этого стали употреблять дешёвые стали регламентированной прокаливаемости, позволяющие получить высокую твёрдость при сохранении вязкости сердцевины. Меньшая твёрдость, достаточная для надёжной работы подшипников скольжения, может быть получена закалкой ТВЧ как среднеуглеродистых сталей, так и серого или высокпрочного чугуна (45..55 HRC) [1] .

Заготовки стальных коленчатых валов средних размеров в крупносерийном и массовом производстве изготовляют ковкой в закрытых штампах на молотах или прессах, при этом процесс получения заготовки проходит несколько операций. После предварительной и окончательной ковки коленчатого вала в штампах производят обрезку облоя на обрезном прессе и горячую правку в штампе под молотом [ источник не указан 564 дня ] .

В связи с высокими требованиями механической прочности вала большое значение имеет расположение волокон материала при получении заготовки во избежание их перерезания при последующей механической обработке. Для этого применяют штампы со специальными гибочными ручьями. После штамповки перед механической обработкой, заготовки валов подвергают термической обработке — нормализация — и затем очистке от окалины травлением или обработкой на дробеметной машине [ источник не указан 564 дня ] .

Крупноразмерные коленчатые валы, такие как судовые, а также коленвалы двигателей с туннельным картером являются разборными, и соединяются на болтах. Коленвалы могут устанавливаться не только на подшипниках скольжения, но и на роликовых (шатунные и коренные), шариковых (коренные в маломощных моторах). В этих случаях и к точности изготовления, и к твёрдости предъявляются более высокие требования. Такие валы поэтому всегда изготовляют стальными [ источник не указан 564 дня ] .

Чугунные коленчатые валы [ править | править код ]

Литые коленчатые валы изготовляют обычно из высокопрочного чугуна, модифицированного магнием. Полученные методом прецизионного литья (в оболочковых формах) валы по сравнению со «штампованными» имеют ряд преимуществ, в том числе высокий коэффициент использования металла и хорошее демпфирование крутильных колебаний, позволяющее часто отказаться от внешнего демпфера на переднем носке вала. В литых заготовках можно получить и ряд внутренних полостей при отливке [3] .

Припуск на обработку шеек чугунных валов составляет не более 2,5 мм на сторону при отклонениях по 5-7-му классам точности. Меньшее колебание припуска и меньшая начальная неуравновешенность благоприятно сказываются на эксплуатации инструмента и «оборудования», особенно в автоматизированном производстве [ источник не указан 564 дня ] .

Правку валов производят после нормализации в горячем состоянии в штампе на прессе после выемки заготовки из печи без дополнительного подогрева.

Масляные отверстия в коленвалах соединяют обычно соседние коренную и шатунную шейку, и выполняются сверлением. Отверстия в щёках при этом зачеканиваются либо закрываются пробками на резьбе.

Признаки неисправности датчика коленвала

Есть типовые симптомы, как проявляется неисправность датчика коленвала:

• снижение мощности двигателя, он «не тянет», в том числе при езде в гору и/или при загруженной машине;
• обороты двигателя «плавают», причем во всех режимах, автомобиль дергается как во время движения, так и на холостом ходу;
• возрастает расход топлива;
• «провал» при нажатии на педаль газа, машина не набирает обороты;
• детонации двигателя на высоких оборотах работы двигателя;
• появилась ошибка код P0336, что свидетельствует о нарушении диапазона / производительности датчика положения коленчатого вала.

Тут стоит сделать ремарку, и упомянуть о том, что перечисленные выше признаки неисправности датчика ДПКВ являются самыми частыми, и могут также указывать на поломку некоторых других автомобильных датчиков, диагностику которых тоже, возможно, придется сделать. Тем более, что датчик коленвала — достаточно надежная деталь и выходит из строя достаточно редко.

Признаки неисправности коленчатого вала

Есть несколько признаков, по которым прямо или косвенно можно судить о неисправности коленчатого вала:

• во время работы двигателя на низких оборотах горит контрольная лампочка давления масла;
• при работе в режиме средних и высоких оборотов отчетливо прослушивается металлический стук, частота которого увеличивается при повышении количества оборотов;
• заклинивание двигателя.

В первых двух случаях причиной неисправности является выработка шатунных или коренных шеек кривошипа. Увеличенный зазор между поверхностью шейки и вкладышем и является причиной падения давления масла. При критически большом зазоре возможно биение вала, которое и вызывает стуки (двигатель «стучит»). Третий случай наиболее сложный. Лишь небольшая часть коленвалов с заклинивших двигателей поддается ремонту. В большинстве случаев потребуется замена коленвала.

Механизм работы и признаки неисправности

Как и было упомянуто ранее, одним из главных симптомов неполадки ДПКВ будет остановка двигателя. Это следствие того, что проблемы в его функционировании не приводят к тому, что система питания не подает горючее вовремя, а система зажигания не поджигает смесь из топлива и воздуха в нужный отрезок времени. Но почему это происходит?

Для начала уточним, где находится датчик положения коленвала. Между шкивом генератора и маховиком. Именно оттуда он отправляет сигналы в ЭБУ, давая информацию о местоположении коленвала в конкретный отрезок времени, помимо этого он дават представление о частоте и направлении вращения.

Теперь, когда мы усвоили азы и имеем некоторое представление о расположении и механизмах работы данного устройства, давайте перейдем к одному из основных вопросов.

Признаки неисправности датчика коленвала

• При любых температурных колебаниях как в сторону тепла, так и холода двигатель перестает заводиться;
• При средней и высокой нагрузке раздается характерный металлический звон, это, в свою очередь, признак детонации;
• Затрудненный пуск двигателя, неустойчивая работа в состоянии холостого хода, может сразу глохнуть;
• Двигатель теряет стандартную мощность;
• В ходе движения начинают скакать и произвольно меняться обороты.

Важно иметь в виду, что любой из этих “симптомов” может являться следствием и другими неполадками, не связанными с ДПКВ. Чтобы понять, в нем ли причина, есть два варианта. Убедиться, что причине не заключается в других неполадках либо провести диагностику самостоятельно. Последнее, теперь, когда мы знаем, где находится датчик коленчатого вала, это не составит труда.

Методы диагностики

Само устройство находится внутри корпуса состоящего из пластика, он крепится на кронштейне и, ввиду труднодоступности места, имеет длинный провод. Но, прежде чем лезть непосредственно к нему, стоит принять во внимание, что сам ДПКВ ломается крайне редко. В большинстве случаев причиной будут ранее проведенные работы в пространстве под капотом, которые привели к механическим повреждениям, также причиной может быть наличие сторонних предметов промеж самого датчика положения коленвала и зубчатого шкива.

В ситуации, если зрительный осмотр не принес результатов, датчик снимают для осуществления проверки на предмет повреждения корпуса, контактной колодки или сердечника. Важно отметить, что нередко все проблемы устраняются обычной чисткой сердечников и контактов от грязи.

Что еще нужно знать о датчике коленчатого вала?

Вся самая основная информация уже была предоставлена в этой статье, единственное, что, пожалуй, стоит принять во внимание: если не удалось, на основе изложенных данных, найти и решить проблему, то дальнейшую диагностику стоит доверить профессионалам, чтобы самостоятельные попытки не привели к проблемам, чреватым очень большими затратами.

Функции датчика коленчатого вала

Как уже было сказано, одним из явных признаков неполадок ДПКВ является полная остановка двигателя. Так получается в результате того, что сбои в его работе не позволяют системе питания своевременно подавать горючее, а система зажигания не способна в заданный момент поджечь топливно-воздушную смесь. Теперь рассмотрим, почему так происходит.

Датчик коленвала посылает сигналы в ЭБУ, сигнализируя о положении коленчатого вала в определенный момент, а также сообщает о направлении вращения вала и указывает частоту вращения. Отметим, что на разных автомобилях как само устройство, так и некоторые функции ДПКВ могут отличаться. Это зависит от типа установленного элемента. Устройства могут быть:

• магнитными индуктивного типа;
• датчиками на эффекте Холла;
• оптическими датчиками;

Устройство коленвала

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.

На некоторых современных двигателях для дополнительной стабилизации применяются балансирные валы со смещенным центром тяжести и приводом от коленчатого вала. Они вращаются в разные стороны, помогая уравновешивать движения поршней.

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.

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. 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.

Как работает коленчатый вал в двигателе автомобиля

Чтобы понять принцип действия коленвала, можно вспомнить велосипед. При движении на этой технике вы перемещаете ногами педали вверх и вниз, а вал, на котором закреплена звездочка, вращается. Возвратно-поступательное движение педалей преобразуется во вращение вала.

Примерно так же устроен кривошипно-шатунный механизм двигателя, одной из деталей которого является коленвал. Только поршней с шатунами может быть не два, а четыре, шесть, восемь или даже двенадцать. Кстати, чем больше цилиндров в двигателе автомобиля, тем сложнее форма кривошипа.

Как проверить датчик положения коленвала

Работоспособность данного узла можно проанализировать несколькими способами. Нужно лишь запастись необходимыми приборами, снять датчик синхронизации с двигателя, осмотреть его и приступить непосредственно к проверке. Заметим, что при внешнем осмотре есть возможность установить те или иные повреждения контактной колодки, сердечника или корпуса ДПКВ. Иногда элементарная очистка сердечников и контактов от загрязнений решает все проблемы. Если явных дефектов агрегата не выявлено, следует начинать проверку «скрытых угроз».

Как прозвонить датчик коленвала омметром
Данный, честно скажем, элементарный вариант позволяет легко решить проблему того, как проверить датчик положения коленвала на исправность. Омметром нужно всего лишь произвести замер сопротивления обмотки ДПКВ. Для большинства транспортных средств нормальная его величина варьируется от 550 до 750 Ом.

Второй способ проверки
Он более сложный, предполагает применение:

• омметра и мегаомметра для измерения сопротивления (как указано ранее);
• измерителя индуктивности, нормальный показатель – от 200 до 400 мГн;
• цифрового вольтметра (допускается использовать и обычный прибор) и сетевого трансформатора.

Результат замеров дают однозначный ответ о том, исправен или неисправен датчик положения коленчатого вала.