Wał korbowy, czyli konstrukcja i działanie układu korbowego – część 3

Na wał korbowy działają siły ściskające, zginające, ścinające, rozciągające i skręcające. Dodatkowo obciążony jest naprężeniami wynikającymi z odkształceń sprężystych wywołanych drganiami.

Obecnie wały korbowe w dużej większości się odkuwa. Stosowanie technologii odlewania ma jednak swoje zalety, z których największą jest łatwość uzyskania żądanego kształtu i uproszczenie dzięki temu obróbki skrawaniem. Wały odlewane mają także wystarczającą twardość, więc niepotrzebne jest dodatkowe utwardzanie powierzchni czopów głównych i korbowych.

Kute wały korbowe wykonuje się głównie ze stali niestopowej wyższej jakości, a czasem także ze stali stopowych. Po tym procesie podlegają one dalszej obróbce cieplno-chemicznej. Aby uzyskać odpowiednią twardość powierzchni zarówno czopów głównych, jak i korbowych, stosuje się hartowanie powierzchniowe. W przypadku wałów wykonanych ze stali stopowych stosuje się nawęglanie.

W wale korbowym wyróżnia się: czopy główne, które wyznaczają oś obrotu wału, czopy korbowe, na których osadzone są stopy korbowodów, oraz ramiona łączące czopy główne z korbowymi. Na kształt wału wpływa wiele czynników, spośród których należy wymienić przede wszystkim: konstrukcję silnika, liczbę i układ cylindrów, kolejność zapłonów, liczbę czopów głównych wału itp.

W rzędowych jednostkach silnikowych liczba czopów korbowych równa jest oczywiście liczbie cylindrów. W przypadku silników widlastych jest ona mniejsza o połowę, ponieważ na jednym czopie korbowym osadzane są zazwyczaj stopy dwóch korbowodów.

We współczesnych silnikach wały korbowe są łożyskowane (czyli podpierane na czopach głównych) co każdy cylinder. W starszych konstrukcjach, które nie są mocno wysilone, można spotkać łożyskowanie co drugi cylinder. Dzięki łożyskowaniu co cylinder zmniejsza się oczywiście odległość między punktami podparcia, a w efekcie uzyskuje się większą sztywność całego układu.

Przez zastosowanie większej liczby łożysk zwiększają się także straty mechaniczne, a co za tym idzie - spada sprawność takiego silnika. Są to jednak niewielkie wartości, bo w większości straty generowane są jednak przez tarcie występujące pomiędzy tłokiem a ścianą cylindra. Stąd wymagana jest większa dokładność wykonania oraz obróbki, aby zachować współosiowość gniazd pod czopy główne.

Tylna część wału korbowego zakończona jest zazwyczaj kołnierzem do montowania koła zamachowego. Może być on poprzedzony jeszcze innym kołnierzem, który pełni rolę odrzutnika oleju, odwirowując olej spływający w okolicach tylnej ściany bloku cylindrów. Pomiędzy tymi kołnierzami znajduje się oczywiście uszczelnienie.

Przednie zakończenie wału korbowego służy na ogół do zamontowania napędu rozrządu, koła pasowego napędu urządzeń pomocniczych (jak alternator, sprężarka klimatyzacji, pompa wspomagania) bądź odśrodkowego filtra oleju lub tłumika drgań skrętnych.

Przedłużenia ramion wału korbowego pełnią funkcję przeciwciężarów, które mają za zadanie wyrównoważenie układu. Przeciwciężary mogą być odlewane razem z całym wałem korbowym bądź przykręcane osobno przy pomocy śrub. Wewnątrz ramion oraz czopów wału korbowego nawiercone są otwory i kanały, którymi pod ciśnieniem dopływa olej do wszystkich miejsc wymagających smarowania, np. łożysk czopów.

Łożyska czopów głównych i czopów korbowych są łożyskami ślizgowymi. Charakteryzuje je większa nośność oraz większa wytrzymałość na zmienne w czasie obciążenia. Smarowane są we wspomniany już przeze mnie sposób – olejem doprowadzanym pod ciśnieniem. Takie łożysko ślizgowe składa się przeważnie z dwóch półpanewek. Łożysko ślizgowe w postaci jednej panewki niedzielonej możemy spotkać na pierwszym i ostatnim czopie głównym. W tym przypadku mogą one być wykonane w formie tulei.