Силы давления газов на поршень, передающиеся ими на коленчатый вал, создают крутящий момент, который при помощи трансмиссии передается на колеса автомобиля. Коленчатый вал воспринимает также и силы инерции возвратно-поступательно движущихся и вращающихся масс кривошипно-шатунного механизма.
Коленчатый вал штампуют из легированных сталей или отливают из высокопрочных магниевых чугунов (двигатели ЯМЗ, ЗМЗ, ВАЗ и др.).
Конструкция коленчатого вала (рис. 3.8) включает: коренные 6 и шатунные шейки 5, противовесы 17, задний конец с отверстием для установки шарикоподшипника ведущего вала коробки передач и фланца 13 для крепления маховика, передний конец, на котором установлен храповик 20 пусковой рукоятки и шестерня 19 газораспределения, шкив 1 привода вентилятора, жидкостного насоса и генератора.
Рис.3.8. Коленчатый вал и маховик:
1—шкив; 2— маслоотражатель; 3— упорная шайба; 4— вкладыш коренного подшипника; 5—шатунная шейка; 6—коренная шейка; 7—щека; 8— смазочный канал; 9— шатун; 10— поршень; 11 — зубчатый венец маховика; 12— маслосбрасывающий гребень; 13 — фланец; 14 — маховик15— масляная полость; 16— заглушка; 17— противовес; 18 — крышка подшипника; 19— шестерня газораспределения; 20— храповик
Щеки 7 с шатунными шейками 5 образуют кривошипы. Противовесы 17 служат для разгрузки коренных подшипников от центробежных сил. Противовесы изготовляют за одно целое со щеками, имеющими каналы 8 для подвода масла, или прикрепляют к ним болтами. У полноопорного коленчатаго вала с обеих сторон шатунной шейки 5 расположены коренные шейки 6.
Работоспособность кривошипно-шатунного механизма повышается за счет большой жесткостью полноопорных коленчатых валов (двигатели автомобилей ЗИЛ-130, КамАЗ-740, ВАЗ-2108). Число коренных шеек зависит от типа и числа цилиндров двигателя. Например, в четырехцилиндровом двигателе с рядным расположением цилиндров их может быть три или пять, в шестицилиндровых — четыре или семь, в V-образных восьмицилиндровых — пять.
Для подвода масла в щеках 7 коленчатого вала просверлены наклонные каналы 8 от коренных подшипников к масляным полостям 15. Полости выполненны в шатунных шейках в виде каналов большого диаметра, закрываемых резьбовыми заглушками 16. Эти полости выполняют роль грязеуловителей, в которых под действием центробежных сил при вращении коленчатого вала собираются продукты износа, содержащиеся в масле.
При сборке двигателя гнезда в блоке цилиндров под коренные подшипники и их крышки 18 требуется устанавливать по меткам только на свои места, т.к. их растачивают совместно. Тонкостенные вкладыши 6 коренных подшипников покрыты антифрикционным сплавом. Широко используются триметаллические сталеалюминиевые и сталесвинцовые вкладыши в связи с тем, что слой антифрикционного покрытия обладает хорошими противозадирными свойствами и повышенной прочностью. Выступы, входящие в пазы в гнездах блока и их крышках удерживают вкладыши от продольного смещения и проворачивания.
Осевые нагрузки коленчатого вала дизелей воспринимаются двумя парами упорных полуколец из бронзы или сталеалюминия, установленных в выточках задней коренной опоры.
Осевые нагрузки коленчатого вала в большинстве карбюраторных двигателей воспринимаются упорной шайбой 3 и стальными упорными кольцами, залитыми с внутренней стороны антифрикционным сплавом, содержащим свинец, олово и сурьму.
На переднем и заднем концах коленчатого вала легковых автомобилей семейства «Москвич» и ВАЗ для предотвращения утечки масла из картера двигателя устанавливают отражатели и самоподжимные сальники.
Передний конец коленчатого вала двигателя автомобиля ЗИЛ-130 уплотнен резиново-каркасным сальником, расположенным в крышке распределительных шестерен, а между шестерней 19 и шкивом 1 коленчатого вала установлен маслоотражатель 2, направляющий масло внутрь картера. Уплотнение заднего конца коленчатого вала обеспечивается графито-асбестовым сальником, который размещен в кольцевой канавке гнезда подшипника и его крышке. В плоскости разъема крышки устанавлены резиновые прокладки, а по бокам - деревянные уплотнители. Также, на задней шейке коленчатого вала имеются спиральная маслоотгонная канавка и маслосбрасывающий гребень, от которых масло отбрасывается через дренажные отверстия в поддон картера.
Коленчатый вал при работе двигателя испытывает переменные нагрузки, под действием которых в нем возникают крутильные колебания. При совпадении частоты внешних сил, действующих на кривошипы коленчатого вала, с частотой собственных колебаний вала наступает явление резонанса, приводящее к интенсивному изнашиванию некоторых деталей, а иногда и к поломке коленчатого вала. Такая частота вращения коленчатого вала называется критической. Чтобы избежать резонанса, коленчатым валам придается, возможно большая жесткость и тем самым повышается критическая частота вращения. Другим средством борьбы с резонансом являются гасители (демпферы) крутильных колебаний, которые размещают на переднем конце коленчатого вала некоторых автомобильных двигателей. В этом месте амплитуды колебаний имеют наибольшее значение. Принцип действия гасителей заключается в том, что энергия крутильных колебаний коленчатого вала частично превращается в работу трения гасителя.
На двигателе автомобиля ЗИЛ-114 (рис. 3.9) гаситель крутильных колебаний коленчатого вала представляет собой массивный диск 3, привулканизированный слоем резины 4 к фланцу 1. Фланец прикреплен к ступице шкива 2 привода вентилятора. Крутильные колебания коленчатого вала приводят к колебаниям диска 3 относительно вала. Энергия колебания диска превращается в работу внутреннего трения резины, поэтому амплитуда крутильных колебаний уменьшается.
Маховик служит для облегчения пуска двигателя и более равномерного вращения коленчатого вала многоцилиндрового двигателя при его работе на режиме холостого хода, для обеспечения вывода поршней из мертвых точек, снижения кратковременных перегрузок при трогании автомобиля с места и передачи крутящего момента агрегатам трансмиссии на всех режимах работы двигателя. Маховик 14 (см. рис. 3.8) изготовляют из чугуна и динамически балансируют в сборе с коленчатым валом. На фланце 13 маховик центрируют в строго определенном положении с помощью штифтов или болтов.
У дизелей ЯМЗ-236 и КамАЗ-740 маховик центрируют с помощью двух штифтов и крепят болтами непосредственно к коленчатому валу.
Зубчатый венец 11 предназначен для вращения коленчатого вала стартером при пуске двигателя, он напрессовывается на обод маховика. На торце или ободе маховика многих двигателей наносят метки, по которым определяют ВМТ поршня первого цилиндра при установке момента начала подачи топлива (у дизелей) или момента зажигания (у карбюраторных двигателей).
Рис.3.9. Гаситель крутильных колебаний двигателя ЗИЛ-114