Что такое коленвала постели двигателя

Как ремонтировать автомобиль

Коленчатый вал — деталь двигателя сложной формы, включающая шейки на которые крепятся шатуны, от которых коленвал воспринимает усилия и преобразует их в крутящий момент. Коленчатый вал одна из самых дорогостоящих деталей двигателя, поэтому ремонт коленчатого вала может стать более целесообразным выходом ввиду различных конструктивных особенностей коленчатых валов.

Восстановление коленчатого вала представляет собой комплекс операций по восстановлению опорных поверхностей вала, шлифовке шеек коленчатого вала и замены вкладышей.

Прежде чем приступить к восстановлению постелей коленчатого вала, необходимо провести исследование дефектов коленвала. Давайте рассмотрим виды дефектов коленчатого вала, которые обычно выявляются при повреждении постелей коленчатого вала.

«Стуканутые» моторы

«Стуканутые» моторы, проворот вкладышей, «съеденные» валы, отсутствие ремонтных вкладышей и т.д. – одна большая тема «Ремонт постелей и валов».

Человеку, впервые сталкивающемуся с такими проблемами, обычно кажется, что жизнь деталей закончилась и выход тут только один – замена всего и вся. А тут еще и заботливые дилеры со своими фирменными программами, в которых четко указано, что ремонтировать ничего нельзя – только менять, и чаще всего весь узел в сборе: «мы, конечно, очень сожалеем (как же – сожалеют они!), что Вам придется заплатить приличные деньги (а куда Вы денетесь!), но другого выхода нет». Причем ни одной внятной причины, почему деталь нельзя отремонтировать, не приводится – нельзя, и все тут (хотя причина тут вполне понятна – желание побольше подзаработать на продаже запчастей). Так вот, уважаемые господа – выход есть, без потери качества и значительно (в разы) дешевле. Мы утверждаем это, основываясь на своем собственном многолетнем опыте. А теперь подробнее о разных случаях из практики и способах ремонта.

Случай 1. Вал изношен, а ремонтные вкладыши не выпускаются. Ситуация довольно типична для мотоциклов и современных двигателей.

Для начала небольшое лирическое отступление «О дилерах».

Дилеры объясняют это тем, что при шлифовке вала якобы снимается «особый упрочненный слой» — чушь полная: коленвалы подвергаются поверхностной закалке токами высокой частоты, при этом толщина слоя даже теоретически никак не может быть меньше 0,5 мм, поэтому любые коленвалы можно шлифовать в ремонтный размер. Кстати, через несколько лет после начала выпуска двигателя ремонтные вкладыши обычно появляются в продаже (так было, например, с двигателями VR6 (VW) и V6 (Ауди). Вопрос дилеру – а как же «особый упрочненный слой»? Иногда ситуация доводится до полного абсурда, особенно преуспела в этом фирма «Форд» — на некоторых ее новых двигателях с алюминиевым блоком цилиндров вообще запрещено даже ослаблять болты крепления коренных крышек и шатунов, а при малейших подозрениях на повреждение вкладышей замене подлежит вся нижняя часть двигателя (т.е. блок цилиндров с коленвалом, поршнями и шатунами в сборе). И можно было бы поверить в некие волшебные свойства деталей этого двигателя, которые могут быть осквернены одним только прикосновением рук механика, если бы не одно «но»: аналогичные (чтобы не сказать – такие же) двигатели устанавливаются на автомобили «Мазда», но почему-то для них существуют и ремонтные вкладыши, и поршневые кольца, и поршни (кстати – абсолютно взаимозаменяемые с деталями «Фордов»), и никто не запрещает заниматься разборкой-сборкой.

Невольно вспоминается случай из нашей практики:

На новом Ford Focus CMax с двигателем 1,8 л (куплен у официального дилера, пробег – 5000 км) клиент случайно заезжает в глубокую лужу, двигатель глохнет и больше не заводится. Клиент, естественно, обращается в свой сервисный центр, где узнает, что случай не является гарантийным, и ремонт надо будет оплачивать. Неприятно, но что делать? Самое интересное начинается, когда дилер снимает двигатель, начинает его разбирать, доходит до пункта своей инструкции, запрещающего ему «дотрагиваться» до нижней части двигателя, и после визуального осмотра выносит свой вердикт — блок цилиндров с коленвалом, поршнями и шатунами в сборе подлежит замене (а это где-то около 5500 долларов!) И вот тут уже клиент в шоке. Он начинает понимать, что здесь что-то не так. Распрощавшись с гостеприимным дилером и с трудом уговорив его напоследок хотя бы разобрать двигатель до конца, клиент привозит детали к нам. После тщательных промеров нас «ужасает» масштаб разрушений – согнут один шатун и слегка потерт шатунный вкладыш, все остальное – как будто только что с завода, что и неудивительно – ведь пробежала-то машина всего ничего. В результате, заказываем по «Мазде» оригинальные запчасти: один шатун с поршнем в сборе и один шатунный вкладыш, полируем коленвал и отдаем счастливому клиенту – все, проблема решена. Даже не хочется сравнивать этот ремонт по стоимости с официальным – и так все ясно. Выводы делайте сами.

Конечно, дилеры до зубов вооружены документацией фирмы-изготовителя автомобиля, но при этом мало кто умеет пользоваться микрометрами и нутромерами (если такой инструмент у них вообще имеется, простая лекальная линейка для проверки плоскости – и то редкость), в лучшем случае – штангенциркулем, а чаще всего износ определяется просто на глаз.

Поэтому, небольшой совет напоследок: поинтересуйтесь у тех, кто будет ремонтировать Вам двигатель, какими инструментами они будут измерять износы, а еще лучше – попросите поприсутствовать при этом и посмотрите, как они будут это делать.

Но вернемся к нашему случаю. Итак: налицо износ вала и отсутствие в программе изготовителя ремонтных вкладышей. Что делать?

Мы поступаем следующим образом: сначала ищем ремонтные вкладыши в каталогах производителей запчастей для вторичного рынка – очень часто в их производственной программе имеются ремонтные вкладыши, не поставляемые фирмами-изготовителями двигателей. Если же и это не помогло – подбираем вкладыши от другого автомобиля с соответствующей доработкой (перегибание по диаметру, перебивка замков, обрезание по ширине, проточка канавок, сверление отверстий и т.д.) См. фото 1:

1. старые изношенные вкладыши (образец)
2. заготовка (подобранные вкладыши)
3. вкладыши перегнуты и обрезаны в размер
4. готовые вкладыши

Фото 1. Доработка вкладышей для двигателя мотоцикла.

В крайнем случае, если не удается ничего подобрать, то выручает наварка шейки. Конечно, само слово «наварка» пугает, но, если все делать грамотно, то результат обычно очень хороший – у нас есть опыт, когда валы выхаживали сотни тысяч километров без поломок. Главное, чтобы навариваемый вал был без трещин.

Фото 2. Наваренная шатунная шейка коленвала.

Случай 2. Вкладыш провернулся и разбил свое посадочное место в блоке цилиндров.

Фотографии типичных дефектов. Ничего страшного, все можно поправить.

Отверстия под втулки и вкладыши валов в блоках цилиндров выполняются с большой точностью, чтобы обеспечить хорошее прилегание вкладыша по всей окружности. Если просто поменять вкладыш в поврежденном отверстии, то его рано или поздно (а чаще – сразу) провернет снова. Поэтому посадочные отверстия (постели) под вкладыши необходимо проверять и при необходимости ремонтировать. Также очень важно при ремонте не сместить ось вала, так как смещение оси может привести к тому, что двигатель потом будет просто невозможно собрать – не встанет на место промежуточная шестерня газораспределительного механизма, поршни будут упираться в прокладку головки блока, не говоря уже о трудностях с подсоединением коробки передач. Поэтому подход в каждом конкретном случае разный, но смысл всегда один и тот же – надо не просто восстановить отверстие в блоке цилиндров, но и добиться того, чтобы это не ухудшило работоспособность блока цилиндров.

Для ремонта постели балансирного вала отверстие растачивается в больший диаметр, изготавливается дополнительная втулка, в которую запрессовывается «родная» втулка, и весь получившийся «бутерброд» вставляется в блок цилиндров.

Если речь идет о коренных вкладышах, то способ ремонта выбирается, исходя из величины повреждения: если отверстия повреждены не сильно (речь идет о сотых долях миллиметра), то можно занизить крышки или саму поверхность блока под крышки, а затем расточить отверстия в первоначальный размер.

Кстати, этот станок позволяет растачивать отверстия в очень большом диапазоне диаметров, в том числе и для блоков цилиндров грузовиков.

Фото 10. Расточка постели в блоке цилиндров FIAT (V-образный, 8 цилиндров).

Последняя доводочная операция – хонингование постели.

Фото 11. Хонингование постели в блоке цилиндров (Мерседес-Бенц, двигатель М137 (V-образный, 12 цилиндров).

Если постель в блоке цилиндров повреждена очень сильно, то можно перед расточкой подварить поверхности – мы умеем это делать как по алюминию, так и по чугуну. А дальше процедура та же самая – расточка и хонингование.

Случай 3. Разбиты отверстия в головке блока цилиндров под распредвал и изношены шейки распредвала.

Для головки блока цилиндра не менее, а может быть, даже и более важно, чем для блока, добиться, чтобы не «ушла» ось распредвала, особенно если применяются гидротолкатели. Поэтому основной способ ремонта – расточка отверстий «как чисто» и наварка шеек распредвала. Иногда приходится подваривать отверстия постели. Кстати, за всю нашу многолетнюю практику не было ни одного случая поломки распредвала после наварки, это очень надежный и эффективный метод.

Фотографии типичных дефектов (Фото 19,20 и 21). Ничего страшного, все можно поправить.

Этот случай достаточно сложный. Здесь придется специально изготавливать сегменты и вваривать их в постель с последующей расточкой соосно всей постели.

А дальше все по обычной процедуре: приварка и расточка. Последняя операция – сверление масляного канала.

Случай 4. Втулки распредвала под обработку.

Самый простой случай: втулки устанавливаются на свои места, а затем протачиваются в нужные размеры.

Очень важно добиться совмещения отверстий для подачи масла. Втулка устанавливается при помощи оправки на специальный клей.

Ремонт коленвала

Ремонт или замена коленчатого вала — процесс трудоемкий. Как правило, он требует практически полной разборки двигателя, осмотра и дефектовки всех его узлов и механизмов. Коленчатый вал снимают и измеряют осевые биения. В случае допустимой выработки поверхности шеек и шатунов коленчатого вала пришлифовывают под ремонтные размеры подшипников. Постель с выработкой тоже подлежит механической обработке с «одной установкой» на специальном станке. Расточка коленвала позволяет установить вкладыш следующего ремонтного размера.

Проточка постели коленчатого валаШлифовка коленчатого вала

Размеры шеек имеют ремонтные допуски. Простая шлифовка коленвала не поможет в случае, если износ или повреждения слишком сильные. Коленчатый вал — деталь недешевая, а если речь идет, например, о крупногабаритной сельхозтехнике, сумма будет внушительной. Даже сильно изношенные поверхности трения можно восстановить. Толщина выработки компенсируется с помощью наплавки электросваркой под флюсом, плазменного напыления твердых сплавов, газотермичекого напыления и др. Затем коленвал шлифуется, «доводится» до необходимых ремонтных размеров. Это технологически сложный процесс, его лучше доверить специалистам.

Автоматизированное газо-термическое напыление шеек и балансиров коленчатого вала

Качественно выполненное восстановление и шлифовка коленвала может обеспечить 100% ресурса его работы. Следует учитывать, что с увеличением ремонтного размера коленчатый вал может сместиться со своего заводского посадочного места. Потребуется точная установка коленвала с подборкой вкладышей. Коленвал с критическими повреждениями или осевым искривлением придется поменять.

Как проверить коленвал? Опытные автомобилисты могут определить характерный стук коленчатого вала на слух, используя медицинский стетоскоп. При плановых ТО можно снять поддон, визуально осмотреть коленчатый вал на предмет трещин и сколов и с помощью щупа выполнить контроль зазоров между полукольцами.

Замер осевых смещений коленвала с помощью щупаКомплект измерительных стальных пластин щупов

Повышенное содержание металлической стружки в фильтре и поддоне указывает на износ пар трения. В таких случаях нужно срочно найти причину образования такой стружки.

Диаметр шеек коленвала можно измерить обычным микрометром. Параметры разбалансировки, биений и осевых люфтов коленчатых валов определяют с помощью специальных индикаторов. Для этого нужно либо разместить вал на специальный стенд или станок, либо установить индикатор с магнитным штативом на блок двигателя. Замер выполняется при вращении.

Стенд с установленным индикатором часового типа для замера биений коленчатого валаИндикатор часового типа, установленный на блок двигателя

Для определения зазора между шейками коленчатого вала и подшипниками применяют калиброванную пластиковую проволоку и бумажный шаблон со специальной шкалой. Способ довольно прост и доступен. Кусочек проволоки устанавливают на обезжиренную поверхность шейки коленчатого вала. Для ее фиксации можно применить небольшое количество густой смазки. Затем шейка накрывается подшипником и крышкой. Крышки обтягиваются, проволока внутри раздавливается на плоскости шейки (резьбовые соединения нужно затягивать динамометрическим ключом). Болты раскручивают и снимают крышку. Далее остается измерить ширину расплющенной полоски шаблоном. Значение будет соответствовать достаточно точному значению зазора.

Измерение зазоров между шейкой и подшипником с помощью калиброванной проволоки и шаблона

Ремонт постелей коленвала

Для восстановления работоспособности коленвала, любые отклонения размера отверстий постели от номинала, превышающие величину 0,02 мм, нужно устранять. В зависимости от глубины повреждения постели, применяются различные способы ремонта. Они преследуют цель: восстановить требуемый размер и строгую форму отверстий в опорах, необходимые для нормальной работы подшипников.

Основной прием, применяемый при ремонте, — занижение высоты коренных крышек. Таким образом удается создать необходимый припуск на последующую механическую обработку отверстий в номинальный размер. Обработка постели выполняется растачиванием или хонингованием, что определяется требуемой глубиной обработки.

Технология восстановления не сложная и осуществима при наличии нужного оборудования. Данный метод имеет особенность. Обработка постели с занижением крышек вызывает смещение оси отверстий в сторону опорных поверхностей блока. При аккуратной обработке оно составляет примерно половину от величины эллипсности отверстий. Естественно, ось коленвала, установленного в отремонтированную постель, также сместится на указанную величину.

Последствия при изменении положения оси коленвала (более 0,08 мм)

• Может нарушиться работоспособность переднего и заднего сальников, вплоть до потери их герметичности.
• Возможны проблемы при стыковке двигателя с коробкой, а также негативное влияние на работу агрегатов трансмиссии, особенно касается автоматических трансмиссий. Из опыта известно, что для АКПП критичным является смещение 0,05 мм, а для механических коробок — 0,1 мм.
• Смещение оси вала изменяет размер камеры сгорания, влияя на степень сжатия. К этому наиболее чувствительны дизельные двигатели. Камера сгорания, имеющая небольшую высоту, расположена в головке блока, и незначительное увеличение высоты подъема поршня может привести к «встрече» с ГБЦ.

При очень значительном повреждении одной из опор вала проверяют и при необходимости восстанавливают геометрию остальных, используя метод занижения крышек. Т.к. крышку поврежденной опоры можно безболезненно занизить на большую величину, рассматривают варианты ремонта «блочной» части.

С нею можно поступить по-разному: подобрать подходящий вкладыш под увеличенный наружный размер или изготовить вставку П-образного сечения, которую приваривают к предварительно расточенной поврежденной поверхности. Окончательную обработку отверстия «в размер» выполняют растачиванием относительно оси уже обработанных опорных отверстий.

Термическая и химико-термическая обработка валов [ править | править код ]

Коленчатые валы для увеличения прочности и износостойкости шеек подвергают термической, а иногда и химико-термической обработке: закалка ТВЧ, азотирование, закалка поверхностного слоя (стали регламентируемой прокаливаемости 55ПП, 60ПП). Получаемая твёрдость зависит от количества углерода (закалка ТВЧ, обычно не более 50..55 HRC), либо вида ХТО (азотирование даёт твёрдость 60 HRC и выше) [2] . Глубина закалённого слоя шеек позволяет обычно использовать 4-6 промежуточных ремонтных размеров шеек вала, азотированные валы не шлифуют. Вероятность задира шейки с ростом твёрдости значительно снижается.

При ремонте коленчатых валов используются также методы напыления, в том числе — плазменного. При этом твёрдость поверхностного слоя может повышаться даже выше заводских значений (для закалки ТВЧ), а заводские диаметры шеек восстанавливают до нулевого размера [ источник не указан 585 дней ] .

Как восстановить и отремонтировать постель коленвала

Часто возникающие дефекты постелей коленвала

Наиболее распространенный дефект цилиндрических поверхностей — отклонение формы их поперечного сечения от окружности, проявляющееся в виде эллипсности. Причины могут быть различными. Прежде всего эллипсность отверстий в опорах может возникнуть в результате нормальной, но продолжительной эксплуатации двигателя.

В этом случае наблюдается практически одинаковое увеличение диаметров всех отверстий в сравнении с номинальным значением в направлении, совпадающем с направлением перемещения поршней. Причем деформируются, главным образом, наименее жесткие части опоры — коренные крышки.

Такая картина характерна для большинства двигателей с чугунными блоками вне зависимости от производителя. У двигателей с блоками из легких сплавов после пробега более 200-300 тыс. км обнаруживается иная картина. Эллипсность отверстий постели образуется за счет увеличения их размера в плоскости разъема опор блока с коренными крышками. В отмеченных случаях, как правило, разность диаметров, измеренная в плоскости разъема опоры и перпендикулярно ей, может составлять величину до 0,05 мм.

Эллипсность отверстий постели может быть не только результатом длительной эксплуатации. Она может наблюдаться при малых пробегах как результат нарушения режима смазки коренных подшипников. Начальная стадия процесса сопровождается резким повышением температуры в зоне контакта шейки и вкладыша, что приводит к нагреву постели вала, непосредственно контактирующей с подшипниками. В результате термического воздействия происходит ослабление конструкционных элементов опор вала, прежде всего болтов и крышек. При этом геометрия отверстия в опоре нарушается.

Двигатели, имеющие легкосплавный блок цилиндров, также страдают от перегрева. У них форма отверстий постели искажается в основном за счет изменения геометрии алюминиевых частей опор.

Серьезное повреждение поверхностей постели происходит, когда повышение температуры в зоне трения шейки с подшипником приводит к полному расплавлению антифрикционного слоя и ‘прихвату’ вкладыша. Проворачивание вкладыша вызывает быстрое истирание опорных поверхностей шейки. Авария сопровождается глубокой выработкой. В этом случае слабым утешением служит, что такая беда случается не на всех опорах одновременно. Чаще повреждается одна из опор, имеющая наихудшие условия смазки.

Ремонт постелей коленвала

Для восстановления нормальной работоспособности коленчатого вала, любые отклонения размера отверстий постели от номинала, превышающие величину 0,02 мм, нужно устранять.

В зависимости от глубины повреждения постели, применяются различные способы ремонта. Все они преследуют одну цель: восстановить требуемый размер и строгую форму отверстий в опорах, необходимые для нормальной работы подшипников.

Основной прием, применяемый при ремонте, — занижение высоты коренных крышек. Таким образом удается создать необходимый припуск на последующую механическую обработку отверстий в номинальный размер. Обработка постели выполняется за один ‘установ’ либо растачиванием, либо хонингованием, что определяется требуемой глубиной обработки.

Технология восстановления не сложная и вполне осуществима при наличии соответствующего оборудования. Однако данный метод имеет особенность, которая накладывает ограничение на диапазон его применения. Дело в том, что обработка постели с занижением крышек вызывает смещение оси отверстий в сторону опорных поверхностей блока. При аккуратной обработке оно составляет примерно половину от величины эллипсности отверстий. Естественно, ось коленчатого вала, установленного в отремонтированную постель, также сместится на указанную величину.

Значительное изменение положения оси коленвала (более 0,08 мм) может привести к нежелательным последствиям. Во-первых, может нарушиться работоспособность переднего и заднего сальников, вплоть до потери их герметичности. Во-вторых, возможны проблемы при стыковке двигателя с КПП, а также негативное влияние на работу агрегатов трансмиссии. В большей степени это касается автоматических трансмиссий. Из опыта известно, что для АКПП критичным является смещение 0,05 мм, в то время как для механических коробок — 0,1 мм.

В-третьих, смещение оси вала изменяет размер камеры сгорания, влияя на степень сжатия. К этому фактору наиболее чувствительны дизельные двигатели. Камера сгорания, имеющая небольшую высоту, расположена, в основном, в головке блока, и незначительное увеличение высоты подъема поршня может привести к его ‘встрече’ с ГБЦ.

При очень значительном повреждении одной из опор вала прежде всего проверяют и при необходимости восстанавливают геометрию остальных, используя все тот же метод занижения крышек. Так как крышку поврежденной опоры можно безболезненно занизить на большую величину, рассматривают варианты ремонта ‘блочной’ части. С нею можно поступить по-разному: либо подобрать подходящий вкладыш под увеличенный наружный размер, либо изготовить вставку П-образного сечения, которую приваривают к предварительно расточенной поврежденной поверхности. Окончательную обработку отверстия ‘в размер’ выполняют растачиванием относительно оси уже обработанных опорных отверстий.

В общем, возможных вариантов много. Из них выбирается такой, который позволяет достичь цели с минимальным смещением оси вала и минимальными изменениями конструкции двигателя.

Что в итоге

С учетом приведенной выше информации можно сделать вывод о том, что появление стука в двигателе является подом для немедленного прекращения эксплуатации ТС. Также следует учитывать, что на состояние вкладышей сильно влияет и температурный режим работы силового агрегата. Другими словами, перегрев двигателя может привести к проворачиванию шатунных или коренных вкладышей, заклиниванию мотора и т.д. В таком случае двигатель может полностью прийти в негодность, так как разбивается постель коленвала, выходит из строя сам коленчатый вал, блок цилиндров и т.д.

Что касается моторного масла, необходимо использовать только те ГСМ, которые соответствуют всем требованиям и необходимым допускам завода-изготовителя силового агрегата. Также масло и масляный фильтр необходимо своевременно менять, не допускать попадания грязи и механических частиц в смазку. Повышенного внимания заслуживает и сама система смазки, так как снижение производительности или неисправности могут привести к масляному голоданию, в результате чего существенно повышается риск проворачивания вкладышей.

Напоследок добавим, что бензиновый двигатель нуждается в прогреве после холодного запуска, затем ездить необходимо без нагрузок до момента выхода силовой установки на рабочие температуры. В случае с дизелем мотор прогревается в движении, до полного прогрева не рекомендуется резко нагружать агрегат. Также следует помнить, что как новый двигатель, так и мотор после ремонта нуждается в обкатке, так как нагруженные пары и сопряженные элементы нуждаются в притирке.