Всё про распредвал (распределительный вал)

Расположение распредвалов

Продолжаем узнавать, что такое распредвал. Место расположения его может быть разным. Большинство двигателей имеют верхнее расположение распредвала. Это наиболее оптимальный вариант, поскольку при таком раскладе значительно облегчается ремонт двигателя. Добраться до распредвала ВАЗа очень просто. Достаточно снять клапанную крышку. Но где находится распредвал на старых двигателях?

Если брать во внимание старые американские и советские моторы, в них данный элемент может находиться в самом блоке цилиндров. Это так называемое среднее расположение распредвала

В данном случае на толкатели воздействуют кулачки посредством штанг. На двигателях, где распредвал находится вверху, штанги отсутствуют. Здесь кулачки напрямую взаимодействуют с толкателями. Эта схема более простая, практичная и надежная.

Функції розподільчого вала

В ДВЗ розподільчий вал відповідає за відкриття і закриття впускних і випускних клапанів, тобто за газорозподіл безпосередньо в камері згоряння двигуна. Від особливостей конструкції мотора і самого розподільчого вала, а також коректного налаштування ГРМ, залежить ефективність роботи двигуна: потужність, динаміка, ККД. Еволюція двигунів тягне за собою і деякі зміни в формі і функціях розподільчого вал: створюються системи, що підлаштовують газорозподіл під частоту обертів, встановлюються вали на впуск і випуск окремо, і, звичайно, змінюються матеріали і способи обробки металів.

Установка распределительных валов

Особенности конструкции двигателя вынуждают производителей устанавливать иногда до четырех распредвалов.

Если клапанов 2 или 3, на цилиндр ставится только один распредвал. Если клапанов 4, то устанавливает один или два распредвала. К примеру, в системах DOHC используется два вала, один из которых управляет впуском, а второй выпуском.

Как правило, конструкцию двигателей и смежных узлов стараются упростить, иногда во вред геометрии. Оппозитные, равно как и V-образные двигатели, обзавелись одним распредвалом в развале, или же по одному под головку блока цилиндров. В порядке исключения вы можете увидеть интересное рядное расположение – здесь распредвал один, хотя клапанов четыре. Пример: Mitsubishi Lancer 4G18.

В большинстве современных автомобилей валы устанавливаются прямо над клапанами. Такая система называется «Cam-in-Head» — находящиеся выше кулачки оказывают давление на толкатели напрямую.

Основные неисправности и их причины

Как и любая деталь в двигателе, распредвал может выйти из строя. Однако поломки обычно вызваны не естественным износом (от него должен защищать масляная пленка на поверхностях трения), а другими причинами:

1. Износ кулачков, опорных шеек или подшипников – прямое следствие масляного голодания или некачественного масла. Проблемой может стать и несменяемый масляный фильтр, который забился насмерть, и теперь весь нагар циркулирует в двигателе, засоряя тонкие каналы системы смазки;
2. Осевое биение, которое приводит к деформации и излому распредвала. Причиной часто становится рассинхронизация с системой подачи топлива.

Поскольку распредвал находится внутри двигателя (на двигатель может устанавливаться один или два распредвала, а на мощные V-образные моторы – до четырех), повлиять на его работу можно только опосредованно. Это в первую очередь своевременное ТО с заменой моторного масла и масляного фильтра.

Такая нехитрая процедура убережет все детали двигателя от преждевременного износа.
Замена распредвала обычно обходится недешево: сама деталь дорогая за счет качественного металла и точной обработки, плюс работа мастеров требует времени и денег. Лучше следить за состоянием двигателя и вовремя его обслуживать.

Толкатели

Усилия от кулачков распределительного вала к клапану или штанге передают толкатели. Они же воспринимают и боковые уси­лия, возникающие при вращении кулачков распределительного вала. Толкатели подвергаются действию переменных нагрузок, имеющих динамический характер, следовательно, должны иметь износостойкие рабочие поверхности и малую массу. Для уменьше­ния массы толкатели выполняют пустотелыми.

В двигателях с нижним расположением клапанов применяются тарельчатые толкатели со сферической опорной поверхностью. Кулачок распределительного вала касается опор­ной части толкателя сбоку от оси стержня и имеет небольшую конусность. Благодаря такому устройству толкателя и кулачка тол­катель вращается во время вращения распределительного вала, что обеспечивает равномерный износ опорной поверхности. Для регу­лировки тепловых зазоров в стержень толкателяввернут регули­ровочный болт с контргайкой.

У двигателей с верхним расположением клапанов и нижним расположением распределительных валовтолкате­ли выполнены в виде пустотелого поршня, внутрь которого входит штанга. Нижний конец штанги смазывается маслом, стекающим по штанге. В толкателе имеется отверстие, через которое выте­кающее масло смазывает направ­ляющие втулки и кулачки рас­пределительного вала. Таких от­верстий может быть два. Торец толкателя, контактирующий с кулачком, наплавлен отбелен­ным чугуном, сами толкатели стальные. Для равномерного из­носа опорная часть толкателя делается сферической, а кулачок имеет конусность, что приводит к вращению толкателя во время работы двигателя.

Рычажные подвесные толкатели применяют на двигателях дизе­лей. В приливах толкателя установлена ось ролика, на которой в игольчатом подшипнике вращается ролик. Ролик при работе дви­гателя катится по поверхности кулачка распределительного вала. У этих толкателей трение скольжения заменено на трение каче­ния, что способствует уменьшению износа толкателя и поверхно­сти кулачка вала.

При верхнем расположении клапанов и распределительного вала (двигатели автомобилей ВАЗ-2110, -2111, -1111 и -11113) толкате­лиимеют форму стакана, в перевернутом виде надетого на кла­пан. В наружном днище толкателя выполнено кольце­вое углубление для укладки ре­гулировочных шайб, подбором толщины которых регулируется тепловой зазормежду толкателем и кулачком распределительно­го вала.

На двигателях ЗМЗ-4061 и -4063 автомобилей «ГАЗель» и на двигателях автомобилей ВАЗ-2112 применены гидротолкатели. Эти двигатели имеют распределительные валы для впускных и выпуск­ных клапанов. Каждый цилиндр имеет по два впускных и два вы­пускных клапана. Над каждым клапаном располагаются гидротол­катели. Гидротолкатели стальные, выполнены в виде цилиндри­ческого стакана с плунжерной парой и шариковым обратным кла­паном. На наружной поверхности стакана имеются кольцевая ка­навка и отверстие для подвода масла внутрь толкателя из магист­рали головки блока цилиндров. Наружная поверхность и торец толкателя нитроцементированы. Толкатели устанавливаются в от­верстиях головки блока цилиндров. Гидравлические толкатели ис­ключают необходимость регулировки зазора между толкателями и клапанами.

а—тарельчатый со сферической опорной поверх­ностью; б—цилиндрический (поршневой); в—рычажно-роликовый;1 — распределительный вал; 2—кулачок; 3—толкатель; 4— регулировочный болт; 5— контргайка; 6—штанга; 7—отверстие для слива масла; 8—пята; 9—ролик; 10—игольчатый под­шипник; 11 — ось ролика; 12—втулка; 13—вилка толкателя.

Механизм привода клапа­нов при верхнем расположении кла­панов и распределительного вала:

1— головка цилиндров; 2 — клапан; 3 — толкатель; 4 — корпус подшипников распределительного вала; 5 — распре­делительный вал; 6 — регулировочная шайба; 7 — маслоотражательный кол­пачок; А — зазор между кулачком и ре­гулировочной шайбой  

1-корпус, 2-гидрокомпенсатор, 3-плунжер, 4-клапан гидрокомпенсатора, 5-пружина гидрокомпенсатора.

Во время работы двигателя масло под давлением из системы смазки поступает в корпус, отжимает клапан и заполняет гидрокомпенсатор и плунжер.

Когда двигатель не работает давления масла нет.

Плунжер может отойти от стержня клапана. Пружина компенсатора расправится, компенсатор прижмет к низу корпуса, а плунжер к стержню клапана, следовательно зазора нет. Тепловой зазор устанавливается между плунжером и днищем корпуса – автоматически. Первый раз применился в ЗМЗ-406.

Устройство распредвала

Распредвал выполняет далеко не последнюю функцию в работе двигателя автомобиля – он синхронизирует впуск и выпуск тактов работы двигателя.

В зависимости от типа двигателя, ГРМ может быть с нижним расположением клапанов (в блоке цилиндров), так и с верхним расположением клапанов (в головке блока цилиндров).

В современном моторостроении предпочтение отдаётся верхнему расположению ГРМ. Это позволяет упростить процесс обслуживания, регулировки и ремонта распредвала, благодаря простоте доступа к деталям ГРМ.

Конструктивно распредвал связан с коленвалом двигателя. Это соединение осуществляется посредством ремня или цепи. Ремень или цепь распредвала надета на шкив распредвала  и звездочку коленвала. Привод распределительного вала осуществляется за счет коленчатого вала.

Наиболее эффективным считается шкив распредвала  — разрезная шестерня, который применяется для тюнинга рапредвала с целью увеличения мощностных характеристик двигателя.

На головке блока цилиндров расположены подшипники, в которых вращаются опорные шейки распредвала. В случае ремонта для крепления опорных шеек используются ремонтные вкладыши распредвала.

Осевой люфт распредвала предотвращают фиксаторы распредвала. По оси распределительного вала выполняется сквозное отверстие. Через него осуществляется смазка трущихся поверхностей деталей. С задней стороны это отверстие закрывает заглушка распредвала.

Кулачки распредвала – важнейшая составная часть. Их количество соответствует количеству впускных и выпускных клапанов двигателя. Именно кулачки и выполняют основное назначение распредвала – регулировка фаз газораспределения двигателя и порядок работы цилиндров.

Каждый клапан имеет свой, индивидуальный кулачок, который его и открывает, «набегая» на толкатель. Когда кулачок сходит с толкателя, под действием мощной возвратной пружины клапан закрывается.

Кулачки распредвала располагаются между опорными шейками. Два кулачка: впускной и выпускной на каждый цилиндр. Кроме того, на вал крепится шестерня для привода прерывателя-распределителя и масляного насоса. Плюс эксцентрик для приведения в действие топливного насоса.

Газораспределительная фаза распредвала подбирается опытным путём, и зависит от конструкции впускных и выпускных клапанов и числа оборотов двигателя. Производители для каждой модели двигателя указывают фазы распредвала в виде диаграмм или таблиц.

На опорах распредвалов устанавливается крышка распредвала. Передняя крышка распредвала – общая. В ней установлены упорные фланцы, входящие в проточки в шейках распредвалов.

Как устроена деталь

Для разных двигателей используется разная форма коленного вала. К примеру, на двигателях V6 шатуны немного смещаются в длину, американский V8 крестообразен, а европейский — более плоский.

Но любой коленчатый вал состоит из нескольких стандартных деталей:

• коренная и шатунная шейки;
• соединительные щеки;
• противовесы;
• фронтальная часть (носок);
• задняя часть (хвостовик).

Каждая из них выполняет свою функцию и связана с остальными.

• Коренная шейка является основной частью вала, расположена в картере на подшипниках.
• Шатунные шейки смещены в сторону и соединяют вал с шатунами, имеют масляные каналы для смазки.
• Данные шейки именуются коленом, за счет чего деталь и получила свое название. Расположение цилиндров зависит именно от колен, которые распределяют нагрузку и регулируют движение газовых масс.
• Щеки соединяют между собой шейки.
• Противовесы уравновешивают поршни и шатуны, их правильное функционирование является залогом плавной работы двигателя внутреннего сгорания.
• Носок имеет шкив, шестерни и гаситель колебаний, который контролирует газораспределительный механизм.
• Хвостовик осуществляет отбор мощности вала. Соединен с маховиком при помощи специального гребня.

За пределами блока цилиндров, маховик уплотняется при помощи сальников, предотвращающих утечку масла. Подшипники скольжения обеспечивают вращательные движения системы.

Когда газы воздействуют на поршни, они предают энергию на шатуны, которые соединены со втулкой или поршневым пальцем. При помощи подшипника шатун присоединен к шейке коленвала. За счет этого происходит вращательное движение. После разворота на 180 градусов шейка начинает движение в обратном направлении, и поршень приводится в исходное положение. На этом заканчивается один цикл, и начинается новый.

Характерные неисправности

Будет справедливо назвать распределительный вал достаточно надёжным и долговечным элементом двигателя. Зачастую деталь изнашивается только к моменту первого серьёзного ремонта силовой установки. Для автомобилистов, в распоряжении которых оказался двигатель без наличия гидрокомпенсаторов, рекомендуется каждые 10-15 тысяч километров проверять зазоры распределительного вала, оснащённого рокерами, и настраивать их по мере необходимости. Вне зависимости от типа ДВС, во всех моторах обязательно в процессе эксплуатации контролируется степень натяжения цепи или ремня газораспределительного механизма. Они более ограничены по сроку своей службы, чем сам распредвал. Распределительные валы относятся к трущимся деталям двигателя, а потому наиболее опасным явлением для них считается механический износ. Ещё одной характерной неисправностью для распредвала считается выход из строя подшипника, разрушение и деформация сальника. Если элементы распредвала выходят из строя, это запускает цепную реакцию, в результате которой ломаются иные компоненты силовой установки. Поломка распредвала обычно обусловлена:

• естественным износом элемента;
• низким давлением масла в смазочной системе;
• использованием низкокачественных масел;
• дефицитом масла в системе;
• нарушением температурного режима работы двигателя;
• механическими повреждениями.

В случае с механическими повреждениями чаще всего ломаются натяжные ролики и ремни распредвала, которые ограничены по сроку службы. Когда происходит разрыв ремня газораспределительного механизма, сами распредвалы могут серьёзно пострадать. В итоге можно выделить несколько наиболее часто встречающихся поломок в конструкции распределительных валов:

• механическая поломка компонентов;
• износ подшипников;
• износ кулачков;
• деформация вала.

Всё это не обязательно происходит сугубо по причине естественного износа. Многие автомобилисты сталкиваются с проблемой заводского брака. Тут речь идёт о недостатках конструкции, ошибках в проектировании или использовании некачественных компонентов при изготовлении распределительного вала. Но это в основном встречается на бюджетных автомобилях. Определить неисправность, возникшую в распределительном валу, можно по характерному стуку. Он появляется при возникновении рассмотренных поломок и неисправностей. Но не всегда причина стука именно в самом распредвале. Также посторонние стуки иногда возникают, если автомобилист залил в двигатель плохое или не подходящее этому мотору моторное масло, либо подача топлива не была должным образом отрегулирована после вмешательства в систему по причине ремонта или замены компонентов.

Всё это приводит к потере синхронности в процессе работы клапанов цилиндров двигателя и кулачков. В результате мотор теряет свою мощность, начинает потреблять значительно больше топлива, а также отмечается нестабильная работа в разных режимах. Во многом жизнеспособность и продолжительность эксплуатации распределительного вала зависит от грамотности эксплуатации двигателя. Если соблюдать все правила по обслуживанию и содержанию мотора, распредвал сможет проработать в течение всего срока службы двигателя вплоть до капитального ремонта. Иногда, даже после капитального восстановления, старый распределительный вал остаётся в хорошем состоянии, что позволяет и дальше его использовать.

Замена распределительных валов на двигателях внутреннего сгорания является крайне ответственной и сложной задачей. Она требует проведения обязательной предварительной проверки и доработки поверхностей по мере необходимости. Если этого не сделать, уже новый распредвал начнёт очень быстро изнашиваться. В конечном итоге он за короткий срок полностью выйдет из строя

Специалисты отмечают, что при возникновении необходимости замены в двигателе его распределительного вала, крайне важно параллельно заменить все элементы, работающие в непосредственном контакте с распредвалом

Из чего состоит и принцип работы распредвала

Распределительный вал имеет особую форму: на типичном цилиндрическом валу расположены кулачки и шейки распредвала. Подшипник распредвала имеет форму втулки либо вкладыша и принудительную систему смазки.

Втулка и вкладыши распредвала

Распредвал совершает вращение вместе с коленчатым валом двигателя, но вращается в 2 раза медленней. Для вращения распредвала используются цепные, ременные, зубчатые передачи.

Благодаря форме кулачков распредвала формируются фазы газораспределения, клапана открываются в нужный момент, обеспечиваются условия работы двигателя. Изменяя геометрию кулачков, можно добиться улучшения работы двигателя.

Распредвал Nissan Patrol 1 — болты; 2 — приводная шестерня распределителя; 3 — шайба; 4 — звездочка распредвала; 5 — упорная пластина; 6 — шпонка; 7 — рабочий выступ кулачка; 8 — распределительный вал; 9 — опорная шейка распредвала.

Через различные толкатели, рокеры, либо почти напрямую через гидрокомпенсаторы кулачок распредвала нажимает на подпружиненный клапан, открывая его. Далее, проходя вершину кулачка, клапан открывается на максимальное расстояние и плавно закрывается проходя по обратной его части.

Геометрия кулачков распредвала позволяет относительно плавно взаимодействовать с толкателями клапана, от их формы зависит характеристика распредвала.

На распредвале кулачки расположены под особыми углами, благодаря чему и формируются фазы газораспределения. На разных двигателях углы фаз могут немного отличаться. Например, если сравнивать бензиновый двигатель и дизель, стандартные распредвалы, рассчитанные на городскую езду, будут иметь похожее строение.

На двигателях с ЭБУ устанавливается датчик распредвала. Это устройство постоянно определяет его положение, что позволяет синхронизировать электронные системы подачи топлива с работой клапанов.

Привод распредвала
Геометрические формы кулачков

Отдельно стоит остановиться на шестернях распредвалов. Механизм ГРМ требует точной их настройки. Зачастую достаточно выставить элементы по «контрольным точкам». Для более точной настройки работы распредвала существует разрезная шестерня распредвала.

Принцип в том, что зубцы шестерни фиксируются на болтах относительно ее основания. Открутив болты можно, корректировать положение шестерни на 5-10º, что позволяет выставить ГРМ в более оптимальное положение.

Разрезная и простая шестеренки распредвала двигателя ВАЗ 2106

На современных дорогих двигателях этот процесс автоматизирован, применяются муфты распредвала с гидравлическим управлением. Датчик положения распредвала сообщает бортовым компьютерам текущий угол и обороты, что позволяет управлять фазами газораспределения, корректировать их для разных режимов двигателя.

ГРМ с гидроуправляемыми муфтами

Характерные неисправности

Будет справедливо назвать распределительный вал достаточно надёжным и долговечным элементом двигателя. Зачастую деталь изнашивается только к моменту первого серьёзного ремонта силовой установки. Для автомобилистов, в распоряжении которых оказался двигатель без наличия гидрокомпенсаторов, рекомендуется каждые 10-15 тысяч километров проверять зазоры распределительного вала, оснащённого рокерами, и настраивать их по мере необходимости. Вне зависимости от типа ДВС, во всех моторах обязательно в процессе эксплуатации контролируется степень натяжения цепи или ремня газораспределительного механизма. Они более ограничены по сроку своей службы, чем сам распредвал. Распределительные валы относятся к трущимся деталям двигателя, а потому наиболее опасным явлением для них считается механический износ. Ещё одной характерной неисправностью для распредвала считается выход из строя подшипника, разрушение и деформация сальника. Если элементы распредвала выходят из строя, это запускает цепную реакцию, в результате которой ломаются иные компоненты силовой установки. Поломка распредвала обычно обусловлена:

• естественным износом элемента;
• низким давлением масла в смазочной системе;
• использованием низкокачественных масел;
• дефицитом масла в системе;
• нарушением температурного режима работы двигателя;
• механическими повреждениями.

В случае с механическими повреждениями чаще всего ломаются натяжные ролики и ремни распредвала, которые ограничены по сроку службы. Когда происходит разрыв ремня газораспределительного механизма, сами распредвалы могут серьёзно пострадать. В итоге можно выделить несколько наиболее часто встречающихся поломок в конструкции распределительных валов:

• механическая поломка компонентов;
• износ подшипников;
• износ кулачков;
• деформация вала.

Всё это не обязательно происходит сугубо по причине естественного износа. Многие автомобилисты сталкиваются с проблемой заводского брака. Тут речь идёт о недостатках конструкции, ошибках в проектировании или использовании некачественных компонентов при изготовлении распределительного вала. Но это в основном встречается на бюджетных автомобилях. Определить неисправность, возникшую в распределительном валу, можно по характерному стуку. Он появляется при возникновении рассмотренных поломок и неисправностей. Но не всегда причина стука именно в самом распредвале. Также посторонние стуки иногда возникают, если автомобилист залил в двигатель плохое или не подходящее этому мотору моторное масло, либо подача топлива не была должным образом отрегулирована после вмешательства в систему по причине ремонта или замены компонентов.

Всё это приводит к потере синхронности в процессе работы клапанов цилиндров двигателя и кулачков. В результате мотор теряет свою мощность, начинает потреблять значительно больше топлива, а также отмечается нестабильная работа в разных режимах. Во многом жизнеспособность и продолжительность эксплуатации распределительного вала зависит от грамотности эксплуатации двигателя. Если соблюдать все правила по обслуживанию и содержанию мотора, распредвал сможет проработать в течение всего срока службы двигателя вплоть до капитального ремонта. Иногда, даже после капитального восстановления, старый распределительный вал остаётся в хорошем состоянии, что позволяет и дальше его использовать.

Замена распределительных валов на двигателях внутреннего сгорания является крайне ответственной и сложной задачей. Она требует проведения обязательной предварительной проверки и доработки поверхностей по мере необходимости. Если этого не сделать, уже новый распредвал начнёт очень быстро изнашиваться. В конечном итоге он за короткий срок полностью выйдет из строя

Специалисты отмечают, что при возникновении необходимости замены в двигателе его распределительного вала, крайне важно параллельно заменить все элементы, работающие в непосредственном контакте с распредвалом