Все про распределительный вал двигателя. Устройство и назначение распределительного вала

Распредвал: определение износа, снятие и установка Видео

Рабочие такты автомобильного двигателя синхронизирует распределительный вал — отдельный узел газораспределительного механизма. Он редко повреждается, но если не следить за его техническим состоянием, это может произойти в самый неожиданный момент. Замена распредвала проводится только после тщательной его дефектовки.

Функция распределительного вала

Распределительный вал в четырехтактном двигателе обеспечивает открытие и закрытие клапанов в головке цилиндров и, таким образом, контролирует газообмен в двигателе. Для этого на распредвале есть кулачки (как правило, их количество соответствует количеству клапанов в двигателе), которые преобразуют вращательное движение распределительного вала в движение хода клапанов. Если кулачок распредвала выдвигает клапан вниз (через толкатель или коромысло), открывается вход или выпуск в головке блока цилиндров двигателя.

Распределительный вал приводится в движение коленчатым валом. Распредвал вращается с половинной скоростью коленвала. Соединяются коленвал и распредвал обычно через зубчатый ремень или цепь ГРМ (в более старых автомобилях соединение шло через зубчатый редуктор).

В линейных двигателях (плоские силовые агрегаты) может быть установлено максимум два распределительных вала. В V- и W-образных двигателях могут вращаться до четырех распредвалов в головках блока цилиндров.

OHC и DOHC — что это значит

Распределительный вал Volkswagen Beetle: Кулачок (слева) передает движение через длинный плунжер на коромысло клапана

В современных двигателях используются только верхние распределительные валы (OHC = верхний распределительный вал). Часто в современных моторах установлено два распредвала. Один служит для впускных клапанов, второй отвечает за выпускные клапана (DOHC = двойной верхний распределительный вал).

В старых моторах двигатели были сконструированы, как правило, с одним распредвалом. Также в них клапаны в головке блока управлялись плунжерами. Эта конструкция моторов приводит к большому механическому трению, что делает силовые агрегаты этого типа менее эффективными и менее мощными.Ниже в графической анимации вы можете увидеть, как

Ниже в графической анимации вы можете увидеть, как два распредвала работают в современном четырехцилиндровом двигателе (принцип DOHC).

Количество распредвалов в двигателе

Эта величина, как правило, зависит от конфигурации двигателя. Двигатели с рядной конфигурацией и одной парой клапанов на цилиндр имеют один распредвал. Если на цилиндр предусмотрено 4-е клапана, то два распредвала.

Оппозитные и V-образные двигатели имеют один распредвал в развале, либо два, по одному распредвалу в каждой головке блока. Существуют также исключения, связанные с конструктивными особенностями модели двигателя. (например, рядное расположение четырех цилиндров – один распредвал при 4-х клапанах на цилиндр, как у Мицубиси Лансер 4G18).

Современный рынок предлагает потребителю разные двигатели с разными  системами изменения фаз газораспределения. Наиболее характерные из них:

VTEC – технологическая разработка компании Honda. Регулировка фаз происходит посредством использования для регулируемого клапана 2 кулачков.

VVT-i — от фирмы Toyota. Регулировка фаз  производится поворотом распредвала относительно его приводной звёздочки.

Valvetronic — технологическая разработка компани BMW. Регулировка высоты подъёма клапанов происходит за счёт изменения положения оси вращения коромысел.

Мнение эксперта:

Современные двигатели редко имеют один распредвал, чаще всего их два, что обеспечивает более тихую работу двигателя, повышается КПД и увеличивается мощность за счёт большего количества клапанов (ускоряется цикл впуск-выпуск). Один распредвал отвечает за работу впускных, а другой выпускных клапанов. Для более мощных автомобилей с V-образными моторами используется четыре распределительных вала из-за конструктивных особенностей силовой установки. Газораспределительный механизм с одним распределительным валом получил название Single OverHead Camshaft (SOCH), система с двумя валами называется Double OverHead Camshaft (DOCH). При правильной эксплуатации распределительные валы редко выходят из строя, основная их неисправность это естественный износ трущихся деталей или деформация узла из-за трещин. Износ значительно ускоряется в следующих случаях:

  • низкое давление масла (недостаточный уровень);
  • попадание в масло антифриза или топлива;
  • прогар клапанов или неисправности гидрокомпенсаторов;
  • нарушение фаз газораспределения.

Распределительный вал ; главный дирижёр ГРМ

Как выяснилось, распредвал отыгрывает далеко не второстепенную роль в моторе автомобиля. Давайте познакомимся немного ближе с устройством и видами этого элемента.

Кулачки

По сути, распределительный вал представляет собой толстый металлический стержень, на который «нанизаны» так называемые кулачки, имеющие в поперечном разрезе форму капли.

Каждый кулачок отвечает за работу одного клапана. Взаимодействие этих элементов происходит следующим образом: во время вращения кулачок за счёт своей сложной формы через систему толкателей или коромысел надавливает на клапан и открывает его – происходит выпуск отработанных газов или впуск свежей порции воздуха (воздушно-топливной смеси).

Момент открытия клапана чётко синхронизирован с положением поршня в цилиндре. Реализовано это в современных двигателях при помощи ременной или цепной связи распределительного и коленчатого валов. Кстати, эти же привода зачастую раскручивают и масляные насосы, управляют распределителями зажигания и прочим.

Опорные шейки распредвала

Помимо кулачков в конструкции распредвала необходимо выделить опорные шейки, на которые одеты подшипники – посредники между валом и его местом крепления в двигателе.

Как правило, в современных моторах распределительный вал располагается в непосредственной близости с клапанами, в головке блока цилиндров.

Масляные каналы

Есть у распредвала и своя система смазки – крайне важный узел, предотвращающий износ трущихся деталей. Масло к валу подводится через сделанное в нём же сквозное отверстие по оси, которое имеет выходы наружу в критичных зонах – кулачках и опорных подшипниках.

За что отвечает датчик распредвала

Датчик положения распределительного вала определяет угловые положения ГРМ относительно коленчатого вала и генерирует соответствующие сигналы в системе электронного управления двигателем. В результате корректируются зажигание и впрыск топлива. На бензиновых автомобилях сбой в работе данного прибора блокирует работу ЭБУ и не позволяет завести мотор. В дизельных моделях пуск возможен, но все равно сложен.

Как и датчик коленвала, датчик распредвала работает на основе принципа Холла – магнитное поле в приборе изменяется при замыкании магнитного зазора специальным зубцом, который находится на валу или задающем диске. Когда зубец проходит рядом с датчиком, формируется сигнал, отправляемый в электронный блок управления. Частота импульсов напрямую связана с темпом вращения распредвала, исходя из чего ЭБУ и вносит корректировки в работу двигателя. За счёт постоянного получения данных о позиции поршня первого цилиндра обеспечивается последовательный и своевременный впрыск.

Устройство и принцип работы распредвала


Устройство распредвала

1 – распредвал для впускных клапанов; 2 – распредвал для выпускных клапанов; 3 – упор; 4 – рабочая (верхняя) часть кулачка; 5 – шейка распредвала; 6 – нижняя часть кулачка.

Конструкция распредвала обычно цельная, весь он выточен из одной металлической заготовки. Можно выделить несколько важных элементов:

  1. Кулачки. Так называют выступы в форме капли, «нанизанные» на ось вала. Их функция – постоянный контакт с толкателями клапанов, причем для каждого клапана предназначен свой отдельный кулачок. При повороте вала выступ «капли» нажимает на толкатель, открывая клапан в строго определенный момент на заданное время.
  2. Опорные шейки. Это участки вала, оснащенные подшипниками, на которые он, собственно, и опирается при установке на двигатель. Торцы вала оснащены сальниками для герметизации стыка с корпусом двигателя.
  3. Масляные каналы. Это отверстия, через которые моторное масло подходит к элементам распредвала, испытывающим самое большое трение: опорным подшипниками и кулачкам. Без моторного масла в таком режиме работы распредвал прослужил бы совсем недолго.

В редких случаях кулачки «нанизаны» на вал, так что получается не цельная, выточенная из одной болванки конструкция, а сборная система. В настоящее время такие распредвалы встречаются редко.

Принцип работы



Принцип работы распредвала в ГРМ

Распредвал – компонент системы ГРМ (газораспределительного механизма) двигателя. Он приводится в движение ременной, цепной или зубчатой передачей от коленвала двигателя, а значит, работает синхронно с поршнями и другими элементами мотора.

Существует закономерность: на два полных оборота коленвала приходится один оборот распредвала. Причина – в механизме открытия клапанов. В двигателе два цикла из четырех проходят при закрытых клапанах, поэтому нужен один оборот распредвала для их открытия.

Вращаясь синхронно с оборотами двигателя, распредвал открывает клапана подачи воздуха и выхода выхлопных газов на определенное время, которое зависит от настроек двигателя. Дополнительные регулировки того, как работает двигатель, реализуются с помощью дроссельной заслонки, управления системой впрыска и т.д.

Ниже, на видео-уроке, детально описано принцип работы газораспределительного механизма (ГРМ) и роль распредвала в нем.

Видео: диагностика износа распредвала

В ролике подробно описан износ кулачков распредвала. Как всё начинается, какие признаки возникают. Мастер показывает на примере распределительного вала Фольксваген, как определять износ элементов по фаске, в зависимости от степени тяжести — слабый, средний и полный.

Ремонт распредвала

Обычно распределительный вал в двигателе автомобиля может служить весь срок службы автомобиля. Это означает, что распредвал может прослужить примерно 200 000-300 000 километров пробега автомобиля (именно такой средний срок службы устанавливают сегодня для большинства автомобилей многие автопроизводители). Тем не менее существуют случаи, когда распредвал выходит из строя намного раньше. Например, при заводском браке распредвала. Или же когда автовладелец использовал автомобиль в экстремальных условиях или часто ездил на высоких оборотах (как говорится, постоянно «винтил» свою машину).

Естественно, при появлении дефекта распредвала требуется его восстановительный ремонт или покупка нового компонента. Кстати, в прошлом восстановительный ремонт был популярным средством. Ведь помимо некоторой экономии денежных средств ремонт распредвала в некоторых автомобилях давал небольшой прирост мощности. Дело в том, что в свое время было модно растачивать распределительные валы, проводя их шлифовку и т. п. Сегодня же расточка и ремонт распредвала менее популярны.

Замена на новый или восстановление старого распредвала

Повреждения всегда анализируются. По царапинам и задирам на опорных шейках, трещинам и деформациям, эксперты определяют степень износа. Обязательно исследуется область посадки узла в постели. Измеряются размеры шеек и опор корпуса — используется микрометр. Если повреждения сильные, а отклонения в диаметрах большие — проводить ремонт нецелесообразно. Восстановить в таком случае деталь будет сложно, это обойдётся гораздо дороже.

Когда дефекты незначительны — например, выработка вала слабо выражена, царапины на поверхности под сальники небольшие, проводится ремонт. В данном случае отлично поможет шлифовка поверхностей и установка новых сальников с небольшим осевым сечением.

Одна из самых частых неполадок распредвалов — это изнашивание кулачков. Дефект этот проявляет себя обычно характерным стуком внутри мотора при запуске на «холодную». Если игнорировать первоначальные симптомы, проблема усугубится. Возрастёт шум, появится металлический лязг уже не только на стадии пуска, но и в процессе движения.

Кулачок распредвала

Кулачок распредвала

Причинами раннего износа кулачков являются:

  • засорение маслофильтра;
  • заправка некачественным автолом;
  • частый перегрев силовой установки — металл кулачков от этого начинает «вести»;
  • низкий уровень смазки;
  • ошибочно выставленный зазор клапанов;
  • неправильно установленные фазы ГРС.

Вторая частая неисправность — дефекты шеек опоры. К ним относят задиры, царапины, различные потёртости. Опорные элементы также прогибаются, трескаются, изменяют начальную форму. Нарушения мелкого типа вызываются естественным износом или некачественным составом моторного масла. Они легко устраняются шлифовкой и одновременной очисткой внутренних деталей автомобильного мотора — цилиндров, поршней, колец. Одновременно маслонасос и система охлаждения ДВС подвергаются тщательной диагностике, некорректная их работа исправляется.

Искривление опорных шеек определяется не визуально, а на специальном оборудовании. Существует допустимая степень искривления, которая определяется величиной 0,05 мм (для легковых авто).

Значительные дефекты шлифовке не поддаются, поэтому распредвал заменяется новым. Однако крайне важно суметь выявить причину, которая привела к износу. В противном случае, проблема повторится. Как правило, кулачки и опоры часто ломаются, изнашиваются раньше срока в экстремальных условиях. Когда автомобиль эксплуатируется чаще нормы, попадает в ДТП и различные столкновения.

Принцип работы

Как уже выяснилось, распределительный вал обладает специальной формой расположенных на нём кулачков, подшипниками, а также собственной смазочной системой. При этом он работает совместно с коленчатым валом. И тут многие интересуются, сколько оборотов делает распредвал, а сколько их совершает коленвал. Если коленчатый вал совершает определённое количество оборотов, вращения у распределительного вала в 2 раза меньше. Распредвал, делая, предположим, 4 оборота, оказывается медленнее коленвала ровно в 2 раза.

  • Чтобы осуществлять эти вращения, на разных двигателях используются передачи зубчатого, ременного и цепного типа;
  • Форма кулачков обеспечивает создание тех самых фаз газораспределения, то есть открытие клапанов происходит в нужный момент для эффективной работы двигателя;
  • Если изменить форму кулачка, производительность мотора можно повысить;
  • Используя толкатели или работая напрямую через гидрокомпенсаторы, кулак нажимает на клапан и открывает его. Открытый клапан затем постепенно и плавно закрывается;
  • Форма кулачка специально адаптирована под геометрию толкателя клапана;
  • На валу кулаки расположены под определённым углом, что и формирует соответствующие фазы. В зависимости от мотора, угол может несколько отличаться;
  • Если двигатель предусматривает наличие электронного блока управления, вал дополнительно оснащается специальным датчиком. Контроллер следит за положением распредвала, за счёт чего синхронизируется подача топлива и работа клапанов.