Распределительный вал: что и как будем распределять?
Знаете что такое распределительный вал и где находится? Правильно, в двигателе! И распредвал это невероятно важная деталь двигателя.
Описывая автомобиль мы, как правило, говорим о его мощности, расходе топлива, надёжности. Но вряд ли задумываемся о том, что все эти параметры сильно зависят от работы этого узла, его ключевой детали, и название его — распредвала.
Магия газораспределения
Распределительный вал, именуемый в простонародье распредвал, является основным элементом газораспределительного механизма (ГРМ) двигателя внутреннего сгорания. Давайте попробуем разобраться детально в этом каламбуре сложных слов.
Как вы знаете, полезная работа мотора автомобиля осуществляется за счёт сгорания топлива в цилиндрах. Этот процесс воздействует на поршни, которые, перемещаясь, вращают коленчатый вал.
Чтобы в цилиндры вовремя поступала свежая порция топливно-воздушной смеси. Чтобы они освобождались от продуктов горения, нужна синхронная работа поршней. Также впускных и выпускных клапанов, на которые и возложена функция своеобразных дежурных по очистке и наполнению.
А управляет их деятельностью специально обученный «сотрудник» ГРМ – распредвал. Именно он, в слаженной кооперации с коленчатым валом, ответственный за своевременное открытие и закрытие клапанов.
Если симбиоз коленчатого и распределительного валов работает чётко, а клапаны открываются и закрываются в выверенные моменты – автомобиль радует вас обещанным расходом и заявленной мощностью мотора.
Но если какой-нибудь из элементов газораспределительного механизма дал сбой, всё не так радужно. Так, к примеру, при неправильной синхронизации валов, клапаны могут ударять об поршень, что может привести к очень печальным последствиям вплоть до дорогостоящего капитального ремонта двигателя.
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.
Разновидности распредвалов
А теперь несколько слов о разновидностях распредвалов, а вернее о разнообразии их конфигураций в составе газораспределительного механизма и двигателя. В зависимости от расположения распредвалы различают:
Нижнерасположенная схема на сегодняшний день считается устаревшей, так как не позволяет развивать высоких оборотов двигателя и имеет кучу технологических ограничений. Верхнее расположение, в свою очередь, эффективно и наилучшим образом позволяет выжать из мотора максимум.
Разновидности компоновок ДВС
В отдельную категорию необходимо вывести виды двигателей в зависимости от количества распредвалов. Под капотами современных авто можно встретить:
Первые две разновидности наиболее распространены. Как правило, количество распредвалов определяется числом клапанов на цилиндр. Так, если у мотора автомобиля приходится три и более клапана на один цилиндр, то, скорее всего, в этом случае мы имеем дело с двухвальной схемой.
Естественно, как и в любом правиле встречаются исключения. Например, у рядной «четвёрки» 4G18 от Mitsubishi Lancer. В этом двигателе по четыре клапана у каждого цилиндра, но всего один распредвал. Бывают и более экзотические варианты – у суперкара Bugatti Veyron целых четыре распределительных вала.
Конечно же, в этой небольшой статье сложно уместить все нюансы, связанные с работой газораспределительных механизмов. Автопроизводители с завидным постоянством выдают на гора всё новые и новые технологические решения, улучшающие эффективность ГРМ и моторов за счёт возможности изменения фаз газораспределения.
К примеру, можно вспомнить систему VTEC от Honda, в которой используется несколько кулачков для регулировки высоты поднятия одного клапана.
Подвожу черту под рассказом о том, что такое распределительный вал, но продолжу публиковать материалы, раскрывающие секреты работы других узлов двигателя в рубрике Двигатель.
Подписывайтесь на статьи, делитесь ссылками на блог с вашими друзьями и углубляйте свои технические знания.
Распределительный вал: описание, характеристика, ремонт
Что такое распредвал
Как выглядит распредвал.
Распределительный вал представляет собой стержень, на котором располагается несколько так называемых кулачков. Это детали неправильной формы, вращающиеся на оси вала. Они соответствуют количеству впускных клапанов цилиндров и располагаются точно напротив них. Комплект кулачков подобран так, что вращение гарантирует стабильное и равномерное сжигание топлива в цилиндрах. А работа всего распредвала чётко синхронизирована с другими механизмами двигателя.
По обеим сторонам от кулачков на вал надеты опорные шейки, удерживающие его в подшипниках. Одним из важнейших узлов вала являются масляные каналы. От их состояния зависит физический износ деталей, мощностные характеристики мотора и стабильность его работы. Для подвода масла в оси распредвала сделано сквозное отверстие с выводами к опорным подшипникам и кулачкам.
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:
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.
Зачем нужен распределительный вал
Рабочий цикл автомобильного двигателя включает в себя четыре такта, связанных с движением поршня между верхней и нижней мертвыми точками. Последовательность тактов следующая: впуск — сжатие — рабочий ход — выпуск. Исходя из обозначения тактов несложно догадаться, что во время впуска должен быть открыт впускной клапан, осуществляя подачу топливно-воздушной смеси в цилиндр. Такты сжатия и рабочего хода предполагают полную герметичность полости цилиндра для наиболее эффективного преобразования энергии взрыва в поступательное движение поршня. А выпуск сопровождается открытием выпускного клапана для освобождения цилиндра от отработавших газов.
Периоды времени, на протяжении которых впускные и выпускные клапаны цилиндра остаются открытыми, получили название фаз газораспределения, измеряемых в градусах угла поворота коленчатого вала. Следует отметить, что фазы газораспределения, наложенные на рабочий цикл, совершенно не обязаны совпадать с одноименными тактами. Для обеспечения лучшей наполняемости цилиндра топливной смесью и его освобождения от отработанных газов требуется упреждающее открытие или запаздывающее закрытие клапана. А при увеличении частоты оборотов двигателя оптимальным будет перекрытие клапанов — то есть одновременное открытие выпускного и впускного клапана для улучшения продувки цилиндра.
Управление фазами газораспределения и является основной задачей распредвала. Благодаря своим конструктивным особенностям и жесткой связи с коленвалом, распредвал позволяет с высокой точностью регулировать положение клапанов во время работы двигателя. А благодаря некоторым конструкторским решениям в небольших пределах изменять фазы газораспределения, реагируя на условия работы.
Что же касается разновидностей распределительных валов двигателя, то их классифицируют в зависимости от расположения и количества на двигателе внутреннего сгорания. Распредвал является ключевым компонентом газораспределительного механизма и всего двигателя. В зависимости от того, как располагается этот элемент, выделяют 2 варианта:
Отсюда и разделение моторов внутреннего сгорания с верхним и нижним распредвалов. Когда-то нижнее расположение считалось лучшим и самым оптимальным для автомобильных двигателей. Но они были актуальными до 50-х годов прошлого века. Именно тогда все моторы создавались нижнеклапанного типа. Потому и распределительный вал находился снизу силовой установки. Тарелки клапанов размещались так, что они смотрели вверх. Подобная схема изготовления моторов объяснялась тем, что это проще и дешевле в плане производства. При этом страдал фактор производительности, о чём инженеры догадались несколько позже, когда появился новый вариант размещения распределительного вала. Учитывая объективные недостатки, от старой схемы с нижним расположением постепенно начали отказываться. Ему на смену пришла уже классическая и привычная схема с головкой блока цилиндров и установленными в ней клапанами и распределительным валом. Теперь клапана начали открываться вниз, а схема получила верхнее расположение распредвала.
Хотя нельзя отрицать тот факт, что даже на некоторых современных двигателях продолжают использовать нижневальную систему, где клапана располагаются сверху. Только она значительно усовершенствовалась по сравнению с предшественниками, а потому имеет полное право на существование при грамотной реализации. Двигатели с нижним расположением распределительного вала отличаются тем, что здесь дополнительно предусматривается установка специальных штанг. Они применяются для компенсации расстояния, которое имеется между кулачками распредвала и толкателями клапанов, находящихся в головках цилиндров. Даже несмотря на наличие современных нижневальных двигателей внутреннего сгорания, они считаются устаревшей схемой, а потому большинство автопроизводителей уже давно не используют её в производстве своих силовых агрегатов. Такие методы размещения требуют дополнительных мер, они характеризуются внушительными технологическими ограничениями, не позволяют развивать высокие обороты.
Если же применять принцип верхнего расположения распределительного вала, это позволяет эффективно выжимать весь потенциал из двигателя внутреннего сгорания. В настоящее время это оптимальный вариант для силовых установок, который используют автокомпании.
Количество валов
Отдельно рассматриваются виды двигателей в зависимости от того, сколько распределительных валов предусмотрено в их конструкции. Если заглянуть в подкапотное пространство современного силового агрегата, можно встретить несколько вариантов:
Именно первые два типа двигателей внутреннего сгорания, где газораспределительный механизм включает 1 или 2 распредвала, являются наиболее популярными и распространёнными. Зачастую количество распредвалов зависит напрямую от количества клапанов на цилиндр. Если у двигателя конструкция предусматривает от 3 и более клапанов, которые приходятся на 1 цилиндр, то здесь скорее всего будет использовать двухраспредвальная схема. Несмотря на наличие таких правил и закономерностей, исключения встречаются всегда и везде. Компания Mitsubishi из Японии выпускает модель Lancer, под капотом которого может размещаться рядный четырёхцилиндровый двигатель, именуемый как 4G18. На каждом цилиндре здесь сразу 4 клапана, но распределительный вал используется всего один. А если взять в качестве примера модель гиперкара Veyron производства компании Bugatti, то есть конструкторы предусмотрели сразу 4 распределительных вала на двигателе.
Есть и другие примеры несколько иного подхода к использованию распредвала и его конструкции. Японские инженеры из компании Honda для своей системы под названием VTEC придумали оригинальный ход. Здесь сразу несколько кулачков отвечают за регулировку высоты поднятия только одного клапана. То есть на каждый из клапанов приходится по несколько рабочих кулачков. Инженеры постоянно работают над усовершенствованием систем газораспределения, повышают эффективность работы ГРМ, меняют фазы. Всё это позволяет повысить производительность двигателя, поднять его максимальную скорость, обеспечить лучшее ускорение. При этом не забывают о вопросах экономии топлива.
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.
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:
Как обнаружить дефект распредвала
Основная причина выхода из строя распредвала – масляное голодание. Оно может возникать из-за плохого состояния фильтра или несоответствующего для данного мотора масла (по каким параметрам подбирается смазка, читайте в отдельной статье). Если соблюдать интервалы ТО, вал газораспределительного механизма прослужит столько же, сколько и весь двигатель.
Типичные неполадки распредвала
Из-за естественного износа деталей и недосмотра автомобилиста могут наблюдаться следующие неполадки вала газораспределителя.
Как визуально определить износ кулачков – показано в видео:
Износ распредвала — как определить визуально? Watch this video on YouTube
Некоторые автомобилисты пытаются устранить некоторые неисправности вала ГРМ, шлифуя поврежденные участки или устанавливая дополнительные вкладыши. В таких ремонтных работах нет смысла, потому что при их выполнении невозможно достичь точности, необходимой для бесперебойной работы узла. В случае возникновения неполадки с распредвалом специалисты рекомендуют сразу его заменить на новый.
Техническое обслуживание распредвала
В первую очередь при проведении регламентных работ, затрагивающих распределительный вал, необходимо обратить внимание на состояние ремней или цепи его привода. Дело даже не столько в том, что нарушится весь механизм газораспределения, который обеспечивает распредвал, а в том, что возможно механическое повреждение как клапанов, так и поршня.
Порой причиной отказа или неправильной работы двигателя является датчик положения. Проявлением этого может быть плохая динамика машины и значительный расход топлива, а также загорание контрольной лампочки исправности двигателя на панели приборов. Дефектация неисправности и определение ее источника – датчик это или нет, выполняется с помощью мультиметра. Часто возможной причиной служит не сам датчик, а проводка. В случае, если дефектация показывает, что неисправен датчик, то его надо менять.
Причинами отказа датчика могут быть:
Правильно выполненная дефектация позволит избежать отказа нового датчика, устанавливаемого вместо старого.
Распределительный вал является основным узлом, обеспечивающим правильное газораспределение при работе двигателя, и зачастую в основном обеспечивает его эффективную работу. Его своевременное обслуживание и контроль технического состояния позволят правильно и без дополнительных затрат эксплуатировать автомобиль.
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 распредвала
Как установить новый распредвал самому? Замена распредвала — сложная процедура, но, если вы обладаете необходимыми знаниями и навыками, такую операцию можно выполнить и в условиях домашней мастерской. До начала работ тщательно изучите узлы и механизмы двигателя, и узнайте, как снять его элементы.
Заменить распределительный вал можно двумя способами: снимая или не снимая головку блока цилиндров. Если решитесь «снять голову», учитывайте необходимость покупки новой прокладки.
Головка блока цилиндров ВАЗ 2106
1 — головка цилиндров; 2 — распределительный вал; 3 — задний корпус подшипников распределительного вала; 4 — прокладка; 5 — крышка головки цилиндров; 6 — передний корпус подшипников распределительного вала; 7 — сальник распредвала
Стоимость нового распределительного вала
В зависимости от типа и марки двигателя новые распредвалы стоят по-разному. Цены варьируются от 15 000 до 30 000 рублей. Естественно, это средняя стоимость оригинальных распредвалов для авто средней ценовой категории иностранного производства.
Но стоимость распредвала – это только половины истории при его неисправности. Ведь его еще предстоит заменить. Вот здесь разброс цен действительно не имеет границ. Все, конечно, зависит от марки, модели, года выпуска автомобиля и места, где будут проводиться работы. Сами понимаете, что у официалов замена распредвала влетит в огромные деньги. У частника в гараже эта работа может стоить в 5 раз дешевле. Но в этом случае есть риски по качеству предоставленных услуг.
Так что если вашей машине нужна замена распредвала, вы должны тщательно подходить к вопросу выбора места ремонта, поскольку это касается двигателя вашего автомобиля, который может быть серьезно поврежден в случае неправильной замены распределительного вала.
Кроме того, не забывайте, что во многих автомобилях добраться до распредвала очень тяжело из-за конструктивных особенностей транспортного средства. Именно поэтому в таких авто стоимость замены распредвала не может быть низкой, поскольку для этого необходимо слишком много времени. И если вы владелец такого авто и вам объявляют недорогой ценник по замене, то стоит призадуматься, будет ли в таком сервисе оказана действительно качественная услуга.
Может быть, не стоит рисковать? Ведь в итоге ваша экономия может выйти вам боком. Согласитесь, мы же не настолько богаты, чтобы экономить. Сами знаете, скупой обычно платит дважды. Особенно когда речь идет о сложном устройстве, которым является автомобиль.
Полезные рекомендации
Запомните, что игнорировать любые признаки неисправностей кардана ни в коем случае нельзя. Если не прислушиваться к этому совету, вы можете столкнуться со следующими последствиями:
Вряд ли кто-то из автовладельцев осознанно захочет столкнуться с подобными неприятностями.
Но во многом их можно избежать, если придерживаться нескольких простых правил. Все эти рекомендации направлены на увеличение срока службы карданного вала.
Если вы заинтересованы в сохранении ресурса КВ, тогда необходимо:
Карданный вал является во многом важным элементом автотранспортного средства, который хоть и считается промежуточным звеном, но выполняет ключевую роль в работе заднеприводных и полноприводных автомобилей.
Узел не обладает крайне сложным устройством, а его принцип работы понятен многим. Это позволяет самостоятельно решать возникающие проблемы, своевременно обнаруживать неисправности и поддерживать КВ в рабочем состоянии в течение длительного периода времени, просто соблюдая несколько простых правил.