Работа распредвал – Распределительный вал двигателя внутреннего сгорания: назначение, устройство, принцип действия

Содержание

что это и зачем он нужен?

Распределительный вал является ключевым функциональным элементом газораспределительного механизма автомобильного двигателя. Принцип работы распредвала заключается в механическом воздействии на клапаны цилиндров в строго определенные моменты времени, тем самым обеспечивая синхронность работы элементов топливной системы, системы зажигания и кривошипно-шатунного механизма. Поэтому малейшее отклонение в работе распредвала от оптимального может стать причиной изменения характеристик двигателя, таких как отдаваемая мощность, расход топлива и привести к снижению ресурса других элементов.

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.

Конструкция

Распредвалы изготавливаются методом литья из чугуна или штамповки из стали и представляют собой комбинацию из следующих функциональных элементов:

  • опорные шейки;
  • кулачки.

Опорные шейки служат для установки распредвала в корпус двигателя и работают в паре с подшипниками скольжения, функцию которых могут выполнять вкладыши или втулки, изготовленные из антифрикционных сплавов.

Основными рабочими элементами являются кулачки, которые непосредственно взаимодействуют с приводом клапана, выполненного в виде толкателя или гидрокомпенсатора. От профиля кулачка зависит время, скорость, а также высота подъема  клапана.

кулачки и шейки на распредвале

Для обеспечения смазкой трущихся деталей, а также для создания масляного клина в парах скольжения, внутри распредвала выполняется полость, называемая масляным каналом. Через отверстия в кулачках масло поступает из полости, обеспечивая смазкой и сами кулачки и элементы привода клапана.

Поскольку фазы газораспределения связаны с рабочими тактами, привод распредвала производится непосредственно от коленчатого вала двигателя с использованием зубчатой, цепной или ременной передачи. Передаточное число выбирается таким образом, чтобы на два оборота коленвала приходился один оборот распредвала. Синхронизация обеспечивается на этапе сборки путем выставления приводных шестерен коленчатого и распределительного валов согласно меткам на блоке двигателя.

Устройство и конструкция конкретного двигателя определяет место установки распредвала. Так различают двигатели со следующими положениями распредвала:

  • нижнее;
  • среднее;
  • верхнее.

От того, где находится распредвал, зависит устройство и состав всего газораспределительного механизма. Однако, чем дальше распредвал располагается от клапанов, тем больше деталей используется для их привода, тем самым увеличивая общую инерционность системы. Поэтому в современных двигателях используется верхнее расположение распредвала, что обеспечивает снижение масс и увеличение жесткости всей конструкции.

Отличаются двигатели и по количеству распредвалов. Так при использовании одной пары клапанов на цилиндр достаточно одного вала в ГБЦ рядного двигателя или в развале V-образного двигателя. Тогда как использование двух пар клапанов уже предполагает установку двух распредвалов в рядном или четырех в V-образном двигателе.

Основные неисправности

Технология производства распредвалов ориентирована на весь срок службы автомобиля, и выход его из строя явление достаточно редкое. Более того симптомы, свидетельствующие о повреждении распредвала, зачастую перекликаются с неисправностями других систем двигателя. А поскольку даже визуальная оценка его состояния требует финансовых затрат, следует предварительно убедится в корректной работе топливной системы и системы зажигания.

Читайте также: Зачем и как часто нужно менять ремень ГРМ?

К основным дефектам распредвала помимо полного разрушения следует отнести износ его рабочих элементов. Несмотря на закалку кулачков и опорных шеек их поверхности могут со временем изнашиваться в результате повышенных нагрузок или масляного голодания, вызванного неисправностями системы смазки двигателя. В этом случае возникают поперечные люфты, изменяется форма кулачков, что, в свою очередь, влияет на изменение фаз газораспределения и появление стуков из под клапанной крышки. Сокращение фаз газораспределения и уменьшение высоты подъема клапанов негативным образом сказывается на мощности двигателя.

Ремонт распредвала крайне трудоемок и экономически нецелесообразен, поскольку предполагает наплавление отсутствующего металла для восстановления формы кулачков с последующей его закалкой. Поэтому поврежденную деталь просто меняют на новую.

Однако, помимо износа распредвала существует ряд проблем, сопутствующих его работе и поддающихся ремонту. К ним можно отнести:

  • течь масла через сальник распредвала;
  • износ вкладышей;
  • смещение шестерни привода относительно метки в результате вытягивания цепи или повреждения ремня ГРМ.

Обнаружить течь масла можно при визуальном осмотре, об износе вкладышей может свидетельствовать стук в районе распредвала, а о перескакивании ремня ГРМ следует подумать при появлении выстрелов во впускной коллектор. Любая из этих неисправностей должна быть устранена в кратчайшие сроки, поскольку дальнейшая эксплуатация двигателя может привести к серьезным повреждениям и, как следствие, внушительным финансовым вложениям.

Перспективы развития

Несмотря на элегантность и простоту решения задачи управления газораспределительным механизмом, предложенную инженерами еще полторы сотни лет назад, дальнейшее развитие двигателей внутреннего сгорания наталкивается на серьезные ограничения. Дело в том, что распредвал, являясь элементом механической системы не обеспечивает должной гибкости регулирования. Жестко заданные фазы газораспределения подбираются опытным путем на заводе-изготовителе и являются неким компромиссным вариантом, рассчитанным на усредненный режим работы двигателя.

Читайте также: Как притереть клапана в домашних условиях

На деле, в различных условиях работы двигателя оптимальными являются разные алгоритмы управления клапанами. Так, в режиме холостого хода узкие фазы более приемлемы, а при увеличении оборотов фазам следует расширяться, входя в перекрытие. Высота подъема клапана также ограничена высотой кулачка и влечет за собой использование «костыля» в виде дроссельной заслонки.

Крупные производители постоянно разрабатывают и патентуют различные системы, позволяющие адаптировать работу ГРМ к внешним условиям. В большинстве своем такие доработки касаются совершенствования формы распредвала и систем его привода. Однако, наиболее вероятным является полный отказ от распредвала и возложение функции управления клапанами на независимые системы линейного перемещения, управляемые электронным блоком управления. Один из опытных образцов такого двигателя был установлен на серийный автомобиль Saab, продемонстрировав увеличение мощности с одновременных снижением расхода топлива.

Понравилась статья? Поделитесь в соц. сетях:

Распределительный вал двигателя внутреннего сгорания: назначение, устройство, принцип действия

Основной функцией распределительного вала (распредвала) является обеспечение открытия/закрытия впускных и выпускных клапанов, при помощи которых осуществляется подача  ТВС (топливовоздушной смеси) и вывод образовавшихся газов. Распредвал является главной деталью ГРМ (газораспределительного механизма), принимающей участие в сложном процессе газообмена в автомобильном двигателе.

Современный ГРМ может оснащаться одним или двумя распредвалами. В механизме с одним валом сразу обслуживаются все клапаны впуска и выпуска (по 1 клапану впуска и выпуска на цилиндр). В механизме, оснащенном двумя валами, один распредвал запускает клапаны впуска, другой вал – клапаны выпуска (по 2 клапана впуска и выпуска на цилиндр).

Расположение газораспределительного механизма напрямую зависит от типа автомобильного двигателя. Различают ГРМ с верхним клапанным расположением (в цилиндровом блоке) и с нижним клапанным расположением (в головке цилиндрового блока).

Наиболее распространенным вариантом является верхнее расположение, благодаря чему возможно осуществить эффективную настройку и обслуживание распределительного вала.

Принцип действия и устройство распредвала

Распределительный вал соединяется с коленвалом при помощи цепи или ремня, надетого на шкив распредвала и звездочку коленчатого вала. Вращательные движения вала в опорах обеспечивают специальные подшипники скольжения, благодаря этому вал воздействует на клапана, запускающие работу клапанов цилиндров. Этот процесс происходит в соответствии с фазами образования и распределения газов, а также рабочим циклом двигателя.

Установка фаз распределения газов происходит согласно установочным меткам, которые имеются на шестернях или шкиве. Правильная установка обеспечивает соблюдение последовательности наступления рабочих циклов двигателя.

Основной деталью распредвала являются кулачки. При этом количество кулачков, которыми оснащается распредвал, зависит от количества клапанов. Основное назначение кулачков – осуществление регулировки фаз процесса газообразования. В зависимости от типа конструкции ГРМ кулачки могут взаимодействовать с коромыслом или толкателем.

«Nockenwelle ani». Под лицензией Public domain с сайта Викисклада — https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Nockenwelle_ani.gif#mediaviewer/…

Кулачки устанавливаются между опорными шейками, по два на каждый цилиндр двигателя. Распредвалу во время работы приходится преодолевать сопротивление пружин клапанов, которые служат возвратным механизмом, приводя клапана в исходное (закрытое) положение.

На преодоление этих усилий расходуется полезная мощность двигателя, поэтому конструкторы постоянно думают, как можно уменьшить потери мощности.

Для того чтобы уменьшить трение между толкателем и кулачком, толкатель может оснащаться специальным роликом.

Помимо этого, разработан специальный десмодромный механизм, в котором реализована беспружинная система.

Опоры распределительных валов оснащены крышками, при этом передняя крышка является общей. Она имеет упорные фланцы, которые соединяются с шейками валов.

Распредвал изготавливается одним из двух способов – ковкой из стали или литьем из чугуна.

Системы фаз газораспределения

Как уже было сказано выше, количество распредвалов соответствует типу двигателя.

В рядных двигателях с одной парой клапанов (по одному клапану впуска и выпуска) цилиндр оснащается только одним валом. В рядных двигателях с двумя парами клапанов установлено два вала.

В двигателях оппозитных и V-образных может быть установлен один  вал (в развале), либо два в каждой головке блока цилиндров.

В настоящее время современные двигатели могут быть оснащены различными системами фаз газораспределения:

  • VVT-i. В подобной технологии фазы регулируются поворотом распределительного вала по отношению к звездочке на приводе
  • Valvetronic. Технология позволяет регулировать высоту подъема клапанов за счет смещения оси вращения коромысла
  • VTEC. Данная технология предполагает регулирование фаз распределения газов за счет использования кулачков на регулируемом клапане

Итак, подытожим… распредвал, являясь основным звеном газораспределительного механизма, обеспечивает своевременное и точное открытие клапанов двигателя. Это обеспечивается точной подгонкой формы кулачков, которые надавливая на толкатели, заставляют клапана двигаться.

Самые частые неисправности распредвала

Четкая работа двигателя напрямую связана с правильной работой распределительного вала, который собственно и отвечает за синхронность работы клапанов и всей поршневой группы двигателя.
Являясь основной частью многокомпонентного газораспределительного механизма автомобиля, сам распредвал имеет довольно простую конструкцию.
Состоит из кулачков, количество которых соответствует количеству клапанов двигателя, соединяется со шкивом («звездочкой») коленвала ремнем или цепью ГРМ.

Распредвал может находиться как в верхней части ГБЦ, так и нижней части, непосредственно в самом блоке цилиндров, хотя сегодня последний вариант практически уже не используется, но его еще можно встретить на старых автомобилях или автомобилях с низкооборотистым мотором.
Верхнее размещение распределительного вала в головке ГБЦ позволило автопроизводителям сделать моторы большой мощности с высокими рабочими оборотами.

Следить за состоянием этого механизма нужно тщательно, ведь его неисправность влечет не только снижение мощности двигателя, но и способна вызвать более масштабные поломки силового агрегата.

Прежде всего, необходимо регулярно производить внешний осмотр сальников распредвала, на них не должно быть трещин, разрывов или потертостей, а также проверять целостность ременных или цепных соединений.
На этом возможности внешней оценки исправности распредвала заканчиваются, более тщательная диагностика механизма проводится после демонтажа головки БЦ.

Как правило, неисправность распределительного вал, до момента критического выхода из строя, ничем специфическим себя не проявляет.

Это может быть и падение мощности двигателя, и посторонние звуки из-под капота (стук или вибрация двигателя), и неустойчивая работа на холостых оборотах, и трудности запуска двигателя в мороз, все эти симптомы характерны при неисправности многих механических компонентов двигателя автомобиля.

Определить неполадку задача довольно непростая, часто требующая профессиональных знаний и специального оборудования.

Диагностика распределительного вала позволит определить его техническое состояние, уровень износа и выявить различные дефекты механизма.

Самые частые неисправности распредвала, с которыми сталкиваются автовладельцы, следующие:

Изнашивание кулачков распределительного вала.

Об этой неисправности внимательный автовладелец может узнать по характерному стуку в двигателе при «холодном» запуске.
В дальнейшем при игнорировании проблемы, износ кулачков будет усиливаться, а вместе с ним возрастет и стук в двигателе, могут появиться лязгающие звуки не только при запуске автомобиля, но и в процессе движения.

Причинами возникновения проблемы могут быть:

  • использование не качественного моторного масла,
  • засорение масляного фильтра,
  • перегрев двигателя, приведший к изменению свойств моторного масла и снижению его смазывающей способности;
  • критически низкий уровень масла в моторе;
  • ошибочно выставленный зазор клапанов и неправильная установка фаз газораспределения.

Если износ кулачков распредвала незначительный и ситуацию можно исправить без его замены, то специалисты нашего автосервиса предложат произвести восстановительные мероприятия.

Все изношенные части пройдут шлифовку и регулировку, после чего в обязательном порядке делается правильная настройка рабочего режима распредвала и проверка работоспособности системы охлаждения двигателя.

Встречаются и дефекты шеек опоры распределительного вала.

Это могут быть царапины, задиры, потертости, а также механические повреждения, такие как трещины, прогибы или изменения формы детали.

Мелкие дефекты могут быть вызваны естественным износом, при значительном пробеге автомобиля, низким уровнем масла в двигателе или его некачественным составом.

Как правило, такие повреждения устраняются шлифовкой с одновременной очисткой деталей поршневой группы.
Проверяется работоспособность масляного насоса и системы охлаждения мотора. Если износ детали значительный или царапины и задиры не поддаются шлифовке, то нужно не только заменить распредвал, но и выяснить причину такого износа детали, иначе вскоре замена может потребоваться снова.

Значительные механические повреждения распределительного вала, разрывы, трещины, прогибы чаще всего связаны с интенсивной эксплуатацией автомобиля в экстремальных для него условиях или участием в ДТП.

Обнаруженная на распредвале трещина или разрыв, это абсолютные показания к замене детали, т.к. восстановить такую деталь невозможно.

Необходимость замены распределительного вала при прогибе определяется инструментальной диагностикой. Если результат тестирования покажет отклонение от нормы более, чем на 0,05 мм., то деталь следует заменить.

Замену распределительного вала можно произвести самостоятельно, но стоит помнить, что это фактически вмешательство в двигатель, что при неудачной попытке ремонта может привести к выходу из строя силового агрегата, а это уже совсем другая финансовая история.

В любом случае процесс замены распредвала не назвать быстрым и легким, даже у профессионала он занимает довольно продолжительное количество времени.

Так, для замены распредвала нужно провести демонтаж воздушного фильтра, крышки ГБЦ и самой ГБЦ, снять ремень или цепь ГРМ, слить технические жидкости.

После замены детали и сборки узла необходимо провести регулировку зазора клапанов, выставить угол зажигания, отрегулировать натяжение ремня привода, заменить моторное масло и залить охлаждающую жидкость.

Обязательно нужно проверять герметичность уплотнительных соединений и сальника распредвала.
Течь масла из-под сальника неприятность довольно распространенная, особенно после кустарной «домашней» замены узлов двигателя.

Посмотрите наши цены на ремонт двигателя

Сколько это стоит? Цены на такие работы вполне лояльны. Позвоните нам и убедитесь сами!

Наименование Двигатель Отечественные Иномарки
Поиск неисправности двигателя руб/час   от 1000 1250
Башмак цепи (замена)   от 1000 норматив
Блок цилиндров (расточка)   от 2700 2700
Вкладыши (замена)   от 5000 норматив
Гидрокомпенсаторы (замена) 16 клапанов 16 клапанов от 2500 норматив
Гидрокомпенсаторы (замена) 8 клапанов 8 клапанов от 1900 норматив
Гидротолкатели клапанов (замена) V-образный  V-образный от норматив
Гидротолкатели клапанов (замена) однорядный однорядный от 3000 норматив
Гидротолкатели клапанов (замена) оппозитный  оппозитный от норматив
Головка блока (ремонт) со с/у однорядный   от 6000 7000
Головка блока (с/у) однорядный   от 4000 5000
Крышка постелей распредвала (склейка) с/у   от 3200 5000
Группа цилиндро-поршневая (замена)   от 5000 норматив
Двигатель (с/у)   от 4000 6000
Двигатель V-образный (ремонт) капитальный со с/у  V-образный от 25000
Двигатель однорядный (ремонт) капитальный со с/у однорядный от 18000 24000
Двигатель оппозитный (ремонт) капитальный со с/у  оппозитный от норматив
Зажигание (установка) момента   от 450 650
Защита двигателя (монтаж)   от 400 400
Защита двигателя (с/у)   от 130 130
Карбюратор (замена с регулировкой)   от 550 норматив
Карбюратор (ремонт со с/у)   от 1000 норматив
Клапан (притирка) за 1 шт   от 300 500
Клапана (регулировка) зазоров 16 клапанов 16 клапанов от 1800 2200
Клапана (регулировка) зазоров 8 клапанов 8 клапанов от 1100 1200
Коленвал (шлифовка)   от 1800 1800
Коллектор впускной (с/у)   от 1800 норматив
Колпачки маслосъемные (замена) 16 клапанов 16 клапанов от 3500 норматив
Колпачки маслосъемные (замена) 8 клапанов 8 клапанов от 2500 норматив
Кольца компрессионные (замена) V-образный  V-образный от норматив
Кольца компрессионные (замена) однорядный однорядный от 10000 15000
Кольца компрессионные (замена) оппозитный  оппозитный от норматив
Кронштейн генератора (замена)   от 650 850
Крышка клапанная (с/у)   от 550 600
Масленный насос (с/у) V-образный  V-образный от норматив
Масленный насос (с/у) однорядный однорядный от 1100 1400
Масленный насос (с/у) оппозитный  оппозитный от норматив
Масло+фильтр в двигателе без промывки (замена)   от 400 400
Масло+фильтр в двигателе с промывкой (замена)   от 450 450
Маслоприемник (замена)   от 1100 1300
Натяжитель цепи (замена)   от 1000 норматив
Подушка двигателя задняя (замена)   от 350 600
Подушка двигателя левая (замена)   от 400 700
Подушка двигателя передняя (замена)   от 350 700
Подушка двигателя правая (замена)   от 400 700
Прокладка головки блока (замена) V-образный  V-образный от норматив
Прокладка головки блока (замена) однорядный однорядный от 3800 норматив
Прокладка головки блока (замена) оппозитный  оппозитный от норматив
Прокладка клапанной крышки (замена) с чиской герметика     650 800
Прокладка клапанной крышки (замена)   от 550 600
Прокладка поддона картера (замена)   от 1100 1500
Распред. вал с регулировкой клапанов (с/у) V-образный  V-образный от норматив
Распред. вал с регулировкой клапанов (с/у) однорядный однорядный от 1100 3500
Распред. Вал с регулировкой клапанов (с/у) оппозитный  оппозитный от норматив
Ремень генератора (замена)   от 350 650
Ремень генератора (регулировка)   от 100 100
Ремень ГРМ (замена) V-образный  V-образный от норматив
Ремень ГРМ (замена) однорядный 16 клапанов однорядный от 1500 норматив
Ремень ГРМ (замена) однорядный 8 клапанов однорядный от 950 норматив
Ремень ГРМ (замена) оппозитный  оппозитный от норматив
Ремень кондиционера (замена)   от 350 650
Ремень приводной (замена)   от 550 650
Ролик натяжителя ремня ГРМ (замена) однорядный 16 клапанов   от 1500 норматив
Ролик натяжителя ремня ГРМ (замена) однорядный 8 клапанов   от 750 норматив
Ролик приводного ремня (замена)   от 650 650
Сальник коленвала задний (замена) при снятой коробке   от 200 250
Сальник коленвала задний (замена) со снятием коробки   от 2100 3700
Сальник коленвала передний (замена) при снятом ГРМ 16 клапанов   от 250 350
Сальник коленвала передний (замена) при снятом ГРМ 8 клапанов   от 250 350
Сальник коленвала передний (замена) со снятием ГРМ 16 клапанов   от 1700 норматив
Сальник коленвала передний (замена) со снятием ГРМ 8 клапанов   от 850 норматив
Сальник распредвала (замена)   от 750 норматив
Свечи (замена) комплект 4 шт   от 350 400
Свечи накала (замена)   от норматив норматив
Седло клапана (замена)   от 550 норматив
Турбина (ремонт)   от норматив норматив
Турбина (с/у)   от норматив норматив
Успокоитель цепи (замена)   от 1000 норматив
Фильтр маслянный (замена)   от 150 150
Цепь ГРМ (замена) V-образный  V-образный от норматив
Цепь ГРМ (замена) однорядный однорядный от 1500 4000
Цепь ГРМ (замена) оппозитный  оппозитный от норматив

*Представленные цены являются ознакомительными, действительны на 10.06.2018 г. и могут быть изменены без предварительного уведомления. Не является публичной офертой.