Всі частини мотора однаково важливі - в двигуні немає «головних» і «неголовних» деталей, і вихід з ладу будь-якої з них відразу позначається на працездатності всієї установки. Але є одна деталь, без якої двигун перестає бути двигуном - це колінвал.

Мабуть, найсерйозніша проблема техніки - перетворення зворотно-поступального руху в обертальний, і навпаки. Людина вирішила цю проблему ще 2,5 тисячі років назад, і створене тоді рішення практично в незмінному вигляді використовується і до цього дня. Це - кривошип.

У сучасних двигунах внутрішнього згоряння також необхідно перетворення зворотно-поступального руху поршнів і шатунів в обертальний рух вала, маховика і, в кінцевому підсумку - коліс. З цим завданням справляється все той же кривошип, а точніше - кривошипно-шатунний механізм, головною деталлю якого є колінчастий вал.

Пристрій колінчастого вала

У колінвала відносно простий устрій: він складається з колін, що містять корінні і шатунні шийки, розділені щоками. Корінні шийки - це вісь колінвала, тому вони проходять точно по його центру. Шатунні шийки, як зрозуміло з назви, служать для кріплення і приймання зусиль від шатунів. Оскільки колінчастий вал - це кривошип, то шатунні шийки зміщені щодо осі вала і утримуються за допомогою щік.

Кількість шатунних шийок дорівнює кількості циліндрів, проте в більшості V-образних двигунів на одну шийку спираються відразу два циліндра. З іншого боку, на сучасних V-подібних двигунах можна зустріти коленвали, в яких на кожен шатун доводиться одна шийка, але спарені шийки при цьому зсунуті відносно один одного на 18 градусів. Корінні шийки мають більший діаметр, ніж шатунні.

Щоки виконують декілька функцій. Вони не тільки з'єднують шийки в єдину конструкцію, але також грають роль противаг для врівноваження шатунних шийок і шатунів. Відсутність противаг загрожує виникненням значних вібрацій, що в високообертових двигунах може призвести до руйнування двигуна.

Найбільші навантаження в колінчастому валі припадають на місця з'єднання шийок і щік, тому для рівномірного розподілу навантажень на ці ділянки вони виконуються жолобником, тобто - перехід від шийки до щоки виконаний з радіусом заокруглення.

Загалом, положення шийок і щік в колінчастому валу має забезпечувати найбільш ефективне перетворення зворотно-поступального руху в обертальний, запобігати виникненню вібрації і коливань, врівноважувати двигун і, нарешті, надійно протистояти вигинальним навантажень.

Повністю опорні та напівопорні коленчасті вали

Корінні шийки колінчастого вала слугують не тільки віссю, але також і опорою всього кривошипно-шатунного механізму. Навантаження від колінчастого вала передаються двигуну через корінні шийки, які спираються на корінні підшипники, закладені в картер мотора.

Існує два види колінчастих валів, що відрізняються за типом опори:

  • Повністю опорні. У таких валах корінних шийок більше, ніж шатунних, при цьому корінні шийки розташовані по обидва боки шатунних шийок, чергуючись з ними (і корінних шийок на одну більше, ніж шатунних);
  • Неповністю опорні. У таких колінчастих валах корінних шийок менше, ніж шатунних, при цьому з обох сторін щоки може бути дві зміщених на певний кут шатунних шийки.

Неповністю опорнв колінчаті вали мають більш просту конструкцію, проте вони через меншу кількість точок опори напроти картеру повинні бути більш жорсткими і міцними, а значить - і більш важкими. Тому сьогодні більшого поширення набули повністю опорні колінчаті вали, які при більш складному виробництві виходять більш легкими і надійними.

Підшипники

Колінчастий вал спирається на підшипники ковзання (також називаються вкладишами), закладені в картер двигуна. Також підшипники ковзання передбачені для опори шатунів на колінчатий вал. Ці підшипники виконані зі сталевої стрічки, покритої спеціальним антифрикційним сплавом, що знижує сили тертя між підшипником і валом.

Змащування колінвала та деталей КШМ

Особливе питання - змащування частин колінчастого вала і всього кривошипно-шатунного механізму. Питання це дійсно дуже важливе, оскільки для опори корінних шийок на картер і шатунів на шатунні шийки використовуються підшипники ковзання, які можуть нормально працювати тільки при постійний наявності мастила.

Для подачі масла до тертьових частин і деталей всередині колінвала у всіх його шейках і щоках передбачені канали. А щоб забезпечити надійне надходження масла до підшипників, його подача здійснюється під тиском.

Взаємодія колінчастого вала з іншими деталями

Як було сказано, колінвал приймає навантаження від шатунів, перетворюючи їх в крутильний момент. Цей момент передається через хвостовик (задню вихідну частину валу) маховика і далі - трансмісії. Через іншу частину валу - передню, або носок - крутильний момент передається на вал газорозподільного механізму і допоміжні системи двигуна.

Також на носку часто монтується гасник крутильних коливань - нескладний пристрій з двох дисків, з'єднаних через пружини, гумову прокладку, силіконову рідину або інший пружний матеріал. Гасник зводить до мінімуму крутильні коливання валу, що виникають під час роботи двигуна, знижуючи ризик його пошкодження.

Виробництво колінчастих валів

Колінчастий вал під час роботи відчуває великі навантаження, тому дана деталь навіть для потужних дизельних двигунів виготовляється цільної. Збірні колінчаті вали показали свою неспроможність в високооборотних двигунах, і в автомобільних моторах зараз вони практично не використовуються.

Для виготовлення валів використовуються сталь або чавун. Колінчасті вали з чавуну виробляються методом відливання, вали зі сталі - куванням або штампуванням. Надалі обидва види колінвалів піддаються різноманітній механічній обробці для досягнення необхідних параметрів - чистоти поверхні шийок, балансування і т.д.