Korbowody – co powinieneś wiedzieć?

Korbowody – co powinieneś wiedzieć?

W niniejszym opracowaniu skupimy się na zagadnieniach związanych z korbowodami, elementami o kluczowym znaczeniu dla prawidłowego funkcjonowania silników spalinowych. Choć ich konstrukcja może wydawać się prosta, w rzeczywistości korbowody są precyzyjnie zaprojektowanymi i wykonanymi komponentami, od których zależy niezawodność, osiągi i trwałość silnika. W dalszej części omówimy szczegółowo ich właściwości mechaniczne, materiały i technologie stosowane do ich produkcji, a możliwe problemy, wpływ tych czynników na pracę silnika i jak sobie z nimi radzić. Zapraszamy do lektury.

Korbowód – co to jest?

Korbowód: definicja

Korbowód silnika, znany także jako mechanizm korbowo-tłokowy, jest kluczowym elementem w silnikach spalinowych – łączy tłok z wałem korbowym. Jego głównym zadaniem jest przekazywanie energii generowanej przez spalanie paliwa w cylindrach na ruch obrotowy wału korbowego. Korbowód przekształca ruch posuwisto-zwrotny tłoków na ruch obrotowy wału korbowego, co umożliwia napędzanie pojazdu. Dzięki temu energia generowana podczas spalania mieszanki paliwowo-powietrznej może być przekazywana na koła napędowe pojazdu.

Jak działa korbowód?

Działanie korbowodu opiera się na prostym mechanizmie dźwigni. Podczas suwu pracy tłoka, gdy mieszanka paliwowo-powietrzna jest sprężana, korbowód działa jak dźwig dwuramienny. Ramię krótsze stanowi trzon korbowodu połączony z tłokiem, a ramię dłuższe – trzon połączony z czopem korbowym wału korbowego.

Proces ten wygląda następująco: podczas pracy silnika, paliwo jest spalane w cylindrach, co generuje siłę nacisku na tłoki. Tłoki poruszają się w górę i w dół w cylindrach, a ich ruch jest przekazywany na korbowody. Korbowody są połączone z korba, który jest zamocowany na wałku korbowym. Kiedy tłoki poruszają się, korbowody przekazują ten ruch na korby, powodując obrót wału korbowego. Ten ruch obrotowy jest ostatecznie przekazywany na inne elementy silnika, takie jak przekładnie, co przekłada się na ruch samochodu lub innego pojazdu.

Etapy pracy korbowodu:

1. Spalanie paliwa w cylindrach: Proces rozpoczyna się od spalania mieszanki paliwowo-powietrznej w cylindrach silnika. Gdy mieszanka paliwa zostaje zapalona przez iskrę zapłonową (w silniku benzynowym) lub przez sprężone powietrze (w silniku wysokoprężnym), generuje się wysokie ciśnienie, które powoduje siłę nacisku na tłok.
2. Ruch tłoka: Wysokie ciśnienie spowodowane spalaniem paliwa powoduje ruch posuwisto-zwrotny tłoka w cylindrze. Tłok porusza się w górę i w dół w cylindrze w odpowiedzi na ten nacisk. Ruch ten jest napędzany przez spalanie paliwa.
3. Przekazanie ruchu przez korbowód: Tłok jest połączony z korbowodem, który z kolei jest połączony z korba. Korbowód jest zwykle połączony z tłokiem za pomocą sworznia, a z korba za pomocą łożyska korbowego. Kiedy tłok porusza się w górę i w dół, korbowód przekazuje ten ruch na korbe.
4. Obrót wału korbowego: Korba jest zamocowana na wałku korbowym, który jest osiągany wzdłuż silnika. Ruch posuwisto-zwrotny tłoka, przekazywany przez korbowód na korbe, jest przekształcany w ruch obrotowy wału korbowego. Wał korbowy obraca się w wyniku działania korbowodu.
5. Wykorzystanie energii: Ostatecznie, ruch obrotowy wału korbowego jest wykorzystywany do napędzania innych elementów silnika, takich jak przekładnie, wały napędowe czy układ chłodzenia. Jest to kluczowy etap procesu, który umożliwia przeniesienie energii wytworzonej podczas spalania paliwa na ruch pojazdu lub inne urządzenia napędowe.

Z czego wykonane są korbowody?

Korbowód przenosi znaczne siły i obciążenia, dlatego musi być wykonany z wytrzymałych materiałów i posiadać odpowiednią konstrukcję. Od jego właściwości mechanicznych zależy niezawodność, osiągi i trwałość silnika. Dlatego korbowody są zazwyczaj wykonane z wysokiej jakości stopów metali, które zapewniają trwałość, wytrzymałość oraz właściwości tłumienia drgań.

Najczęściej używanym metalem do produkcji korbowodów jest wysokiej jakości stali do ulepszania cieplnego . Stal jest znana ze swojej wytrzymałości, odporności na zużycie oraz dobrej pracy w warunkach wysokich temperatur. Również aluminium lub jego stopy są często stosowane w korbowodach, szczególnie w przypadku silników o mniejszej masie lub silników sportowych, gdzie istotna jest redukcja masy i poprawa wydajności. Kolejnym materiałem wykorzystywanym do produkcji korbowodów są stopy tytanu. Tytan jest bardzo lekki, ale jednocześnie wyjątkowo wytrzymały. Korbowody wykonane z tytanu są stosowane głównie w silnikach wysokowydajnych lub o specjalnych zastosowaniach, gdzie konieczna jest minimalna masa przy jednoczesnym zachowaniu trwałości.

Co dają kute korbowody?

W samochodach stosuje się zarówno kute, jak i odlewane korbowody, w zależności od projektu silnika oraz jego przeznaczenia. Wybór między kuciem a odlewaniem korbowodów zależy od wielu czynników, takich jak specyfikacja silnika, budżet produkcji, oczekiwane osiągi oraz warunki eksploatacji pojazdu. Oba typy korbowodów mogą być używane w samochodach, ale ich stosowanie może się różnić w zależności od wymagań konkretnego projektu silnika.

Kute korbowody

Kute korbowody są wykonywane poprzez formowanie lub wyciskanie metalu w formie pręta lub preformy, a następnie kucie go w odpowiedni kształt korbowodu. Ten proces produkcji zapewnia wysoką wytrzymałość i precyzję kształtu, co jest istotne zwłaszcza w przypadku silników wysokowydajnych, silników sportowych lub w warunkach ekstremalnych, gdzie obciążenia są większe. Kute korbowody mogą być też lepsze pod względem wytrzymałości w porównaniu do odlewanych.

Odlewane korbowody

Odlewane korbowody są natomiast produkowane poprzez odlewanie metalu w formie korbowodu. Proces ten jest mniej kosztowny niż kucie, co może sprawić, że odlewane korbowody są bardziej powszechne w masowej produkcji samochodów, zwłaszcza w silnikach o mniejszej mocy lub mniej wymagających warunkach pracy. Jednakże, odlewane korbowody mogą być mniej wytrzymałe od kuty korbowodów.

Korbowody kute czy odlewane?

Kute korbowody są lepszym rozwiązaniem od odlewanych pod względem wytrzymałości, wagi i precyzji. Jednak są one droższe i mniej dostępne. Stosowanie kutych korbowodów jest uzasadnione w przypadku silników o wysokich osiągach.

Problemy z korbowodami – objawy i przyczyny

Uszkodzony korbowód: przyczyny

Uszkodzenie korbowodu w samochodzie może być spowodowane przez różnorodne czynniki, zarówno mechaniczne, jak i eksploatacyjne. Najczęstsze przyczyny obejmują:

1. Zużycie mechaniczne to przyczyna największej liczby uszkodzeń korbowodów.
   Długotrwałe użytkowanie silnika prowadzi do naturalnego zużycia korbowodu. W miarę upływu czasu i kilometrów, części metalowe ulegają erozji, co prowadzi do luźnych połączeń, pęknięć lub złamań w korbowodzie. Czas zużycia korbowodu w samochodzie zależy od wielu czynników, takich jak częstotliwość użytkowania, warunki jazdy, jakość smarowania i ogólny stan techniczny silnika. W typowych warunkach eksploatacyjnych korbowód może wytrzymać od kilkudziesięciu tysięcy do nawet kilkuset tysięcy kilometrów przed wymaganiem wymiany z powodu zużycia. Jednakże istnieją przypadki, gdzie korbowód może ulec uszkodzeniu znacznie wcześniej z powodu ekstremalnych warunków użytkowania lub wadliwych czynników produkcyjnych.
2. Niewłaściwe smarowanie
   Niedostateczne smarowanie elementów korbowodu może prowadzić do nadmiernego tarcia między elementami, co z kolei przyspiesza proces zużycia. Niedostateczne smarowanie korbowodu może wynikać ze zbyt małej ilości oleju w silniku lub problemów z systemem smarowania, takich jak uszkodzona pompa olejowa czy wycieki.
3. Zanieczyszczenia w oleju
   Cząsteczki zanieczyszczeń mogą przedostać się do oleju silnikowego i prowadzić do ścierania powierzchni korbowodu. Zanieczyszczenia w oleju samochodowym mogą pochodzić z kilku źródeł. Mogą to być np. cząsteczki ścierne powstałe w wyniku zużycia części silnika, takich jak obróbka cylindrów czy tarcie elementów metalowych. Ponadto mogą do niego przedostać się zanieczyszczenia z otoczenia, takie jak kurz, piasek czy opiłki metalowe.
4. Wibracje
   Nadmierna wibracja silnika, spowodowana na przykład nieprawidłowym zbalansowaniem wału korbowego lub niewłaściwym działaniem innych komponentów, może wywierać dodatkowe obciążenia na korbowód, co może prowadzić do uszkodzeń.
5. Przeciążenie silnika
   Ekstremalne warunki pracy silnika, takie jak częste jazdy na wysokich obrotach lub ciężkie obciążenie, mogą przekraczać możliwości wytrzymałości korbowodu, prowadząc do jego uszkodzenia.
6. Wady fabryczne
   Czasami wadliwe materiały lub błędy w procesie produkcji mogą prowadzić do wewnętrznych słabości konstrukcyjnych korbowodu, które mogą doprowadzić do jego pęknięcia lub złamania nawet przy normalnym użytkowaniu.
7. Nagłe obciążenia
   Gwałtowne zmiany obciążenia silnika, na przykład podczas gwałtownego przyspieszania lub hamowania, mogą generować dużą siłę dynamiczną, która może przekroczyć wytrzymałość korbowodu.
8. Awaria smarowania
   Nagła awaria systemu smarowania silnika, na przykład spowodowana uszkodzeniem pompy olejowej lub wyciekiem oleju, może prowadzić do nagłego uszkodzenia korbowodu przez brak smarowania.
9. Wypadek lub kolizja
   W przypadku wypadku lub kolizji samochodowej siły generowane w wyniku zderzenia mogą spowodować mechaniczne uszkodzenia korbowodu lub innych części silnika.

Te czynniki mogą pojedynczo lub wspólnie przyczynić się do uszkodzenia korbowodu w samochodzie. Regularna konserwacja, prawidłowa eksploatacja oraz monitorowanie stanu technicznego silnika mogą pomóc w minimalizacji ryzyka wystąpienia tych problemów.

Uszkodzony korbowód: objawy

Objawy uszkodzenia korbowodu mogą być zróżnicowane, ale istnieją pewne charakterystyczne symptomy, które pojedynczo lub w kombinacji, są sygnałem potencjalnych problemów z korbowodem, co sugeruje konieczność diagnostyki i ewentualnej naprawy lub wymiany tego elementu silnika.

• Hałas silnika

  Uszkodzenie korbowodu może objawiać się charakterystycznym stukotem lub uderzeniami metalu, które są słyszalne podczas pracy silnika. Mogą to być dźwięki tarcia, uderzenia czy metaliczny jazgot, które pojawiają się podczas obciążenia silnika w czasie jazdy. Ten metaliczny dźwięk może być bardziej wyraźny przy określonych prędkościach obrotowych lub obciążeniach silnika. Powodem tego hałasu jest luźne połączenie między elementami korbowodu, pęknięcie lub inne uszkodzenie strukturalne.

• Drżenie silnika

  Uszkodzony korbowód może prowadzić do niestabilnej pracy silnika, objawiającej się wibracjami odczuwalnymi przez kierowcę i pasażerów. Te drgania mogą być szczególnie zauważalne podczas przyspieszania lub podczas pracy silnika na wyższych obrotach. Drżenie silnika wynikać może właśnie z nieprawidłowej pracy elementów korbowodu, które wpływają na równowagę obrotową silnika.

• Ogólny spadek mocy

  Uszkodzenie korbowodu może prowadzić do spadku mocy silnika. Silnik może stać się mniej reaktywny na przyspieszanie lub wykazywać trudności w utrzymaniu stałej prędkości na autostradzie. To zjawisko wynika z niewłaściwego funkcjonowania korbowodu, które ogranicza efektywność przekazywania energii z paliwa do napędu kołowego.

• Spaliny zanieczyszczone olejem

  Jeśli korbowód ulegnie poważnemu uszkodzeniu, może dojść do wycieku oleju na powierzchnię cylindra lub do komory spalania. Spaliny zanieczyszczone olejem mogą objawiać się jako spalony zapach spalin lub nieprawidłowe barwy dymu wydobywającego się z układu wydechowego. Ten objaw wskazuje na potencjalne problemy z uszczelnieniem korbowodu lub uszkodzeniem pierścieni tłokowych.

• Zwiększone zużycie oleju

  W efekcie powyższego uszkodzony korbowód będzie też powodować zwiększone zużycie oleju silnikowego. Zarówno wycieki, jak i samo zwiększone tarcie między elementami korbowodu może prowadzić do większej ilości zużywanego oleju w celu zapewnienia prawidłowego smarowania. W rezultacie kierowca może zauważyć konieczność regularnego uzupełniania poziomu oleju między wymianami.

Uszkodzenie korbowodu – czy objawy są jednoznaczne?

Objawy opisane wcześniej, takie jak hałas silnika, drżenie, spadek mocy, niepokojące dźwięki podczas przyspieszania, wibracje, spaliny zanieczyszczone olejem i zwiększone zużycie oleju, mogą być związane z uszkodzeniem korbowodu, ale mogą również być spowodowane przez inne problemy silnika lub jego części.

Na przykład, hałas silnika, drżenie i spadek mocy mogą być również spowodowane uszkodzeniem innych elementów silnika, takich jak tłoki, panewki, wał korbowy, czy nawet układ zapłonowy. Nieprawidłowe działanie układu paliwowego lub układu wydechowego także może prowadzić do podobnych objawów. Dlatego ważne jest skonsultowanie się z doświadczonym mechanikiem, który może przeprowadzić dokładne badania i postawić diagnozę w celu określenia rzeczywistej przyczyny problemów.

Korbowód wyszedł bokiem – czyli możliwe skutki jazdy z uszkodzonym korbowodem

Przyczyna „wyjścia korbowodu bokiem” silnika może być związana przede wszystkim z awarią samego korbowodu. W takiej sytuacji istnieje ryzyko, że uszkodzony korbowód pęknie lub złamie się w sposób nagły i gwałtowny, co może prowadzić do jego wyrzucenia bokiem z silnika. Siła obrotu tej części sprawia, że przebija się on przez materiał konstrukcyjny obudowy. Groźna i spektakularnie wyglądająca z zdjęciach w internecie sytuacja potocznie określana jako wyjście korbowodu bokiem silnika to tylko jedna z możliwych przykrych konsekwencji jazdy z uszkodzonym korbowodem.

Korbowód odgrywa kluczową rolę w przekazywaniu energii z tłoków do wału korbowego, co umożliwia napędzanie pojazdu. Uszkodzony korbowód może powodować niestabilne działanie silnika, co z kolei może prowadzić do poważnych uszkodzeń innych elementów silnika, takich jak tłoki, panewki, łożyska, a nawet wał korbowy. Nieprawidłowe działanie korbowodu może również prowadzić do zwiększonego zużycia oleju, awarii systemu smarowania i przegrzewania silnika.

Uszkodzony korbowód może pęknąć lub złamać się podczas jazdy, co może prowadzić do nagłej awarii silnika. Taka awaria może być niebezpieczna dla kierowcy i pasażerów, zwłaszcza gdy następuje w trakcie jazdy z dużą prędkością na autostradzie lub w ruchu miejskim. Awaria silnika spowodowana uszkodzeniem korbowodu może prowadzić do utraty kontroli nad pojazdem i w konsekwencji do wypadku drogowego.

W Polsce, podobnie jak w większości krajów, jazda z uszkodzonym korbowodem nie jest wyraźnie określona jako przestępstwo lub wykroczenie w prawie drogowym. Jednakże zgodnie z art. 65a ust. 1 Ustawy z dnia 20 czerwca 1997 r. – Prawo o ruchu drogowym (Dz.U. z 2021 r. poz. 2024), kierujący pojazdem jest obowiązany dbać o sprawność techniczną pojazdu oraz o bezpieczeństwo jego eksploatacji.

Oznacza to, że jeśli uszkodzenie korbowodu powoduje niebezpieczeństwo dla bezpieczeństwa drogowego, na przykład poprzez zagrożenie utraty kontroli nad pojazdem, może to zostać zakwalifikowane jako naruszenie przepisów dotyczących bezpieczeństwa drogowego. W takim przypadku kierowca może zostać ukarany mandatem lub ponieść konsekwencje prawną w zależności od skutków tego zachowania.

Jak wspominaliśmy, uszkodzenie korbowodu prowadzi do zwiększenia emisji zanieczyszczeń, co z kolei może to być uznane za naruszenie przepisów dotyczących ochrony środowiska.

Dlatego też, choć nie ma bezpośredniego przepisu, który jasno zakazuje jazdy z uszkodzonym korbowodem, to jednak taka sytuacja może naruszać ogólne przepisy dotyczące bezpieczeństwa drogowego i eksploatacji pojazdu i w przypadku skrupulatnej kontroli będzie skutkować mandatem.

Diagnoza i naprawa korbowodu u mechanika

Sprawdzanie korbowodu u fachowca

Mechanik może diagnozować uszkodzenia korbowodu poprzez kilka metod:

• Mechanik może nasłuchiwać dźwięku silnika podczas pracy, aby wykryć charakterystyczne dźwięki, takie jak stukot, który może wskazywać na problemy z korbowodem.
• Wibracje silnika mogą być wskaźnikiem problemów z korbowodem. Mechanik może wykorzystać narzędzia do pomiaru wibracji, aby ocenić stan korbowodu.
• Mechanik może przeprowadzić badanie ciśnienia w cylindrach silnika, co pozwala na ocenę integralności korbowodu i uszczelnień tłokowych.
• Mechanik może przeprowadzić badanie oleju silnikowego pod kątem obecności metalowych opiłków lub innych zanieczyszczeń, które mogą wskazywać na problemy z korbowodem.
• Ostatecznie – nie ma to jak wizualna inspekcja. Mechanik powinien dokładnie obejrzeć korbowód pod kątem widocznych uszkodzeń, takich jak pęknięcia, wypaczenia czy ślady zużycia.

Uszkodzony korbowód: naprawa czy wymiana?

W zależności od stopnia uszkodzenia oraz stanu technicznego korbowodu, może być on poddany naprawie lub wymianie.

Jeśli uszkodzenie korbowodu jest stosunkowo niewielkie lub ograniczone do jednego z elementów, takich jak pęknięcie czy wypaczona powierzchnia, istnieje możliwość naprawy. Naprawa korbowodu może obejmować m.in. spawanie pęknięć, regenerację powierzchni lub wymianę uszkodzonych części. Naprawa korbowodu może być bardziej kosztowna niż jego wymiana, ale w rzadkich sytuacjach bywa również bardziej opłacalna – w przypadku korbowodów wysokiej jakości lub trudno dostępnych.

Jeśli uszkodzenie korbowodu jest poważne, rozległe lub występuje w strategicznym miejscu, takim jak trzon korbowodu, konieczna może być jego wymiana. Wymiana korbowodu polega na demontażu uszkodzonego korbowodu i zamontowaniu nowego, często fabrycznie nowego lub regenerowanego. Wymiana korbowodu może być skomplikowanym procesem, który wymaga specjalistycznych narzędzi i wiedzy, ale może być konieczna w przypadku poważnych uszkodzeń, aby zapewnić długotrwałą sprawność silnika.

Ostateczna decyzja o naprawie lub wymianie korbowodu zależy od wielu czynników, takich jak koszty, dostępność części, dostępność umiejętności naprawczych oraz ogólny stan techniczny silnika. W każdym przypadku ważne jest również upewnienie się, że naprawa lub wymiana korbowodu zostanie przeprowadzona przez wykwalifikowanego mechanika, aby zapewnić bezpieczeństwo i sprawność pojazdu.

Naprawa korbowodu u mechanika

Jeśli została już wykonana diagnoza proces wymiany korbowodu w warsztacie mechanika przebiega następująco:

1. Demontaż elementów: Pierwszym krokiem jest demontaż elementów silnika, które utrudniają dostęp do korbowodu, takich jak skrzynia biegów, wał korbowy, tłoki i głowica cylindra.
2. Demontaż korbowodu: Mechanik usuwa uszkodzony korbowód z silnika, starannie oznaczając położenie wszystkich elementów, aby zapewnić prawidłowy montaż nowego korbowodu.
3. Montaż nowego korbowodu: Nowy korbowód jest montowany zgodnie z zaleceniami producenta, a każdy element jest dokładnie sprawdzany pod kątem prawidłowego spasowania i połączenia.
4. Montaż pozostałych elementów: Po zamontowaniu nowego korbowodu, mechanik ponownie montuje wszystkie pozostałe elementy silnika, takie jak skrzynia biegów, wał korbowy, tłoki i głowica cylindra.
5. Testowanie i regulacja: Po złożeniu silnika mechanik przeprowadza testy, aby upewnić się, że wszystkie elementy działają prawidłowo, a silnik pracuje bez zakłóceń. W razie potrzeby mogą być dokonywane regulacje.

Naprawa korbowodu: czas i koszt

Czas wymiany korbowodu może być różny w zależności od modelu pojazdu, stopnia skomplikowania naprawy oraz dostępności części. Ogólnie rzecz biorąc, proces ten może zająć od kilku do nawet kilkunastu godzin roboczych. Wymiana korbowodu wiąże się z rozmontowaniem silnika.

Koszt wymiany korbowodu również może się różnić w zależności od wielu czynników, takich jak model pojazdu, rodzaj korbowodu (nowy, regenerowany), stopień skomplikowania naprawy, stawka godzinowa warsztatu oraz cena części zamiennych. Orientacyjnie, koszt wymiany korbowodu może wynosić od kilkuset do nawet kilku tysięcy złotych. Warto jednak skonsultować się z konkretnym warsztatem w celu uzyskania dokładnej wyceny.