クランクシャフトは自動車エンジンの重要な部品です。ピストンとコネクティングロッドからのガス力をトルクに変換し、ピストンの直線運動を回転運動に変換することで、自動車のトランスミッションシステムやエンジン部品、エアメカニズム、その他の補助装置を駆動します。つまり、クランクシャフトは自動車の動力出力部品なのです。
クランクシャフトの力は非常に複雑です。周期的に変化するガス力、慣性力、そしてそのモーメントの複合作用を受け、曲げとねじりの交番荷重を負担します。そのため、クランクシャフトには曲げとねじりに対する十分な疲労強度と剛性が求められ、ジャーナルには十分な軸受面積と耐摩耗性が求められます。
クランクシャフトは、一般的に45、40Cr、35Mn2などの中炭素鋼および中炭素合金鋼を用いて金型鍛造で製造されます。ジャーナルの表面には高周波焼入れまたは窒化処理が施され、最後に仕上げ加工が施されます。クランクシャフトの疲労強度を向上させ、応力集中を解消するため、ジャーナル表面にはショットピーニング処理を施し、R面には転造処理を施す必要があります。窒化処理済みのクランクシャフトは、研削加工後に再度窒化処理を施す必要があることに注意してください。そうしないと、クランクシャフトが破損する危険性があります。
クランクシャフトは基本的に複数のユニットクランクで構成されています。クランクピン、左右2本のクランクアーム、そして左右2本のメインジャーナルがユニットクランクを構成します。クランクの相対的な位置、つまり配置は、シリンダー数、シリンダーの配列、そしてエンジンの作動シーケンスによって異なります。
クランクシャフトの破損は通常、ごく小さな亀裂から始まります。クランクシャフトの破損の多くは、ヘッドシリンダーまたはエンドシリンダーのコンロッドジャーナルのフィレット部分におけるクランクアームとの接合部に発生します。運転中に亀裂は徐々に拡大し、あるレベルに達すると突然破断します。破断面には茶色い部分が見られることが多く、これは明らかに古い亀裂であり、光沢のある組織は、後に突然の破損へと発展した痕跡です。今日は、編集者がクランクシャフトが破損する原因についてお話しします。
エンジンのクランクシャフト破損の原因
1. クランクシャフトジャーナルの両端の丸い角が小さすぎる
クランクシャフトの研削加工において、研削盤がクランクシャフトの軸方向のフィレットを正しく制御できなかったため、表面処理が粗いことに加え、フィレット半径が小さすぎたため、クランクシャフト作動時にフィレットに大きな応力集中が発生し、クランクシャフトの疲労寿命が短くなりました。
2. クランクシャフトメインジャーナルの軸がオフセットしており、クランクシャフトアセンブリの動バランスが崩れています。ディーゼルエンジンが高速回転すると、強い慣性力が発生し、クランクシャフトが破損します。
3. クランクシャフトの過度の冷間圧縮。長期間の使用、特にタイルの焼けやシリンダーへの衝撃などの事故の後、クランクシャフトは大きな曲がりを生じます。そのため、冷間圧縮による修正のために取り外してください。クランクシャフト内部の金属は、調整中に塑性変形を起こし、大きな付加応力が発生し、クランクシャフトの強度が低下します。冷間圧縮が大きすぎると、クランクシャフトが損傷したり、ひび割れが生じたり、取り付け後すぐに破損したりする可能性があります。
4. フライホイールが緩んでいる
フライホイールボルトが緩んでいると、クランクシャフトアセンブリが本来の動的バランスを失い、ディーゼルエンジンは運転後に振動し、同時に大きな慣性力が発生し、クランクシャフトが疲労して後端が破損しやすくなります。
5. クランクシャフト自体の品質が悪い
クランクシャフトを購入する際は、安さに貪欲にならず、正規ルートから購入する必要があります。また、取り付け前には必ず点検を行い、問題があれば速やかに交換または返品してください。さらに、エンジンのオーバーホール時には、クランクシャフトを磁気探傷検査または油浸打撃検査で検査する必要があります。ジャーナル表面にショルダーフィレットまで伸びる放射状または軸方向の亀裂がある場合、クランクシャフトは再利用できません。
6. メインブッシュはシャフトとは異なります
クランクシャフトを組み立てる際、シリンダーブロック上のメインブッシュの中心線が同一軸上にない場合、ディーゼルエンジン作動後にブッシュが焼損したり、車軸を挟んだりする事故が発生しやすくなり、また、交番応力の強い作用によりクランクシャフトが破損するおそれもあります。
7. クランクシャフトアセンブリのクリアランスが大きすぎる
クランクシャフトジャーナルとベアリングブッシュ間のクリアランスが大きすぎると、ディーゼルエンジンの運転後にクランクシャフトがベアリングブッシュに衝突しますが、合金が剥がれ落ち、ブッシュがシャフトを保持するため焼損し、クランクシャフトも損傷しやすくなります。
8.オイル供給時期が早すぎる、または各シリンダーのオイル量が不均一である
燃料噴射ポンプの燃料供給が早すぎると、ピストンが上死点に到達する前に燃焼し、ディーゼルエンジンでノッキングが発生し、クランクシャフトに交番応力が発生します。各シリンダーへのオイル供給量が均一でない場合、各シリンダーの爆発ケースの不一致によりクランクシャフトジャーナルに不均一な応力がかかり、早期疲労や亀裂が発生します。
9. クランクシャフトの潤滑不良
オイルポンプの摩耗が激しく、潤滑油の経路が汚れて循環がスムーズでない場合は、オイル供給が不足して油圧が低下し、クランクシャフトとベアリングブッシュの間に正常な潤滑油膜を形成できなくなり、乾いた摩擦が発生し、シャフトを保持するブッシュが燃え、クランクシャフトが破損するなどの重大な事故が発生します。
10. 運転後にクランクシャフトが破損した
アクセルペダルが大きすぎたり小さすぎたり、頻繁にブレーキをかけたり、長時間過負荷運転をしたりすると、過大なトルクや衝撃荷重によってクランクシャフトが損傷します。また、ディーゼルエンジンでは、スピード違反、衝突、トップバルブなどの事故が発生した場合にも、クランクシャフトが破損しやすくなります。
エンジンクランクシャフト破損の故障診断と除去
クランクシャフトの破損を防ぐために、メンテナンス時に次の対策を講じることができます。
まず、クランクシャフトを修理する前に、クランクシャフトに亀裂がないか注意深く点検してください。特にフィレットの移行部分に注意してください。亀裂がある場合は、シャフトを廃棄する必要があります。ジャーナルを研磨する際は、ジャーナルとクランクアームは一定のフィレット半径を維持する必要があります。フィレットのサイズを恣意的に縮小しないでください。フィレットの表面仕上げに注意してください。そうでないと、応力集中を引き起こし、クランクシャフトの破損につながります。
第二に、ジャーナルのサイズが限界を超えた場合、ジャーナルの疲労強度への影響が少ない方法で修復する必要があります。強度は大幅に低下します。
次に、各ジャーナルとベアリングのマッチングクリアランスとエンドクリアランスは規格に適合している必要があります。クリアランスが大きすぎると、クランクシャフトが衝撃により損傷しやすくなります。クリアランスが小さすぎると、クランクシャフトがシャフトに接触して破損する可能性があります。組み立てにおいては、点火時期を正確に調整し、早すぎたり遅すぎたりしないように注意し、クランクシャフト、フライホイール、クラッチのバランスにも注意してください。
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