Коленчатый вал, или же коленвал, является в двигателе одним из наиболее ответственных и самых дорогостоящих конструктивных деталей. Он «конвертирует» возвратно-поступательное действие поршней на выходе в крутящий момент. Коленвалом воспринимаются так называемые переменные нагрузки от сил давления периодического характера, полученных от сгоревших в цилиндрах газов, плюс силы инерции масс движущихся и вращающихся толка.
Коленвал двигателя, практически во всех случаях, является цельным, единым конструктивным элементом, и в силу этого его правильнее будет называть деталью. Это один из древнейших ДВС, который появился впервые вместе с ним, и до сих пор служит во всех типах двигателей верой и правдой (кроме роторно-поршневых и других эксклюзивных видов). Вал получают из стали методом ковки или чугуна способом литья. На (турбо)дизельных и турбированных бензиновых двигателях применяются более прочные коленчатые валы из специальной стали.
Конструкция коленчатого вала
Конструкция коленвала включает в себе две так называемые шейки – коренные и шатунные. Их количество зависит от чисел цилиндров, которые соединены щёками между собой. Коренные шейки в отличие от шатунных шеек обладают большим диаметром. Как правило, коренных шеек на одну штуку больше. Вал с данным типом компоновки называется полноопорным. Противовес представляет собой продолжение щеки в направлении противоположном от шатунной шейки. В функции противовесов входит уравновешивать вес и вибрации шатунов и поршней, и своей работой они гарантируют тихую и плавную работу мотора.
Шатунная шейка, или ещё как называется - колено, располагается между двумя щеками. Расположение колена прямо зависит от количества, типа, то есть от расположения и порядка работы цилиндров в двигателе, и тактности последнего. Колена должно так располагаться, чтобы не только обеспечивать уравновешенную работу двигателя, но и равномерность воспламенения, и свести такие паразитные явления для работающих устройств, как изгибающие моменты, вибрации разного рода и крутильные колебания к минимуму. Современные двигатели отлично справляются с этим задачами.
Шатунная шейка выступает в роли опорной поверхностью для каждого конкретного шатуна. Коленвал V-образных моторов собирается с удлинёнными шатунными шейками - на них и базируется два шатуна для каждого из рядов цилиндров – правого и левого. На некоторых валах «V-образников» спаренные шатунные шейки относительно друг друга сдвинуты на угол 18° - это гарантирует равномерность воспламенения. Данная технология известна под названием Split-pin.
В конструкции коленчатого наиболее нагруженной частью вала является часть, то есть место перехода от коренной, шатунной шейки к щеке. Чтобы снизить концентрации напряжения на механизм, переход от шейки к щеке сделан с галтелью - радиусом закругления. В силу свих особенностей галтели в совокупности удлиняют коленвал, так что, чтобы уменьшить длины они выполняются с углублениями в щёку или шейку.
Плавное, сбалансированное и быстрое вращение коленвала в опорах, а в шатунных шейках шатунов обеспечивают подшипники скольжения. В роли подшипников выступают разъёмные вкладыши с тонкими стенами, которые изготавливаются из специальной стальной ленты с нанесенным слоем антифрикционной смазки. Вылетам и проворачиванию вокруг шейки вкладышей препятствует выступ, посредством которого они фиксируются в опоре. Чтобы предотвращать перемещения коленвала в осевом направлении, производители применяют упорный подшипник скольжения. Его устанавливают на средней коренной шейке, или крайней.
О схеме системы смазки
В систему смазки двигателя включены две шейки - коренные и шатунные. Их смазывание происходит под давлением. От общей магистрали обеспечивается «приватный», индивидуальный подвод масла к каждой по отдельности опоре коренной шейки. Далее по каналам масло в щеках доходит к шатунным шейкам.
С коленвала отбор мощности происходит с хвостовика - заднего конца, к которому фиксирован маховик. На носке- переднем конце коленвала, расположены посадочные места, на которых фиксируются звездочка - шестерня привода распредвала, шкив привода всех или многих вспомогательных устройств, также и в ряде механизмов – например, гасителя крутильных колебаний. Конструкция этого устройства состоит из двух дисков, соединяет их упругий материал. Материал бывает из резины, силиконовой жидкости, или пружина, которым за счёт внутреннего трения поглощаются вибрации вала.
