Всё про распредвал двигателя

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.

Типы распредвалов

1. SV

Также называются боковыми клапанами из-за их размещения сбоку от цилиндра внутри блока цилиндров. У него есть два основных недостатка: камера сжатия должна быть больше, а размеры клапанных головок ограничены из-за нехватки места.

1. OHV

Распределительный вал обычно расположен в нижней части блока цилиндров, а клапаны – в головке блока цилиндров. Передача движения от коленчатого вала к распределительному валу осуществляется напрямую через звездочки или короткую цепь. В этой системе техническое обслуживание трансмиссии этих элементов практически отсутствует, но количество элементов, составляющих систему, больше, что ограничивает количество оборотов, которые может достичь двигатель. Кроме того, из-за температуры двигателя зазор толкателя должен быть больше.

1. OHC

В этом случае распредвал находится в головке блока цилиндров, рядом с клапанами. Это наиболее распространенная система, поскольку она значительно сокращает количество деталей, необходимых для соединения распределительного вала и клапанов, обеспечивая более быстрое открытие и закрытие, а также более высокую скорость.

Таким образом, это усложняет передачу движения от коленчатого вала, и зубчатые ремни или цепи должны быть большей длины, что приводит к более высокому износу, а также к большему техническому обслуживанию. Это самая дорогая и сложная система, но и самая эффективная с точки зрения производительности.

Как устроен распредвал

Распредвалы в головке блока цилиндров.

Распределительный вал – это ключевой функциональный компонент газораспределительного механизма, который определяет порядок открытия клапанов для запуска воздушно-топливной смеси внутрь цилиндров. Синхронная работа этого механизма обеспечивает непрерывное поочерёдное сгорание порций топлива в камерах двигателя. В некоторых моделях автомобилей газораспределительный механизм имеет несколько распредвалов.

Конструкция, расположение, состав и характеристики кулачков распределительного вала полностью зависят от модели двигателя. В некоторых машинах распредвал размещается в головке блока цилиндров, а в других – в его основании. Верхнее расположение на данный момент считается оптимальным, так как облегчает ремонт и обслуживание. Распредвал ремённой или цепной передачей связывается с коленчатым валом двигателя, потому что именно им приводится в движение.

Принцип работы распредвала

Распредвал находится в развале блока цилиндров. С помощью зубчатой или цепной передачи распредвал приводится в действие от коленчатого вала.

Вращение распределительного вала обеспечивает воздействие кулачков на работу впускного и выпускного клапанов. Это происходит в строгом соответствии с фазами газораспределения и порядком работы цилиндров двигателя.

Для правильной установки фаз газораспределения существуют установочные метки, расположенные на распределительных шестернях или на приводном шкиве. С этой же целью кривошипы коленвала и кулачки распредвала должны быть в строго определенном положении, относительно друг друга.

Благодаря установке, производимой по меткам, соблюдается последовательность чередования тактов – порядок работы цилиндров двигателя. Порядок работы цилиндров зависит от их расположения и конструктивных особенностей коленвала и распредвала.

Как работает распредвал

Как работает распредвал.

При поперечном рассмотрении кулачок имеет форму капли. При вращении вытянутая часть кулачка наживает на толкатель клапана и приводит к открыванию клапана. Это провоцирует подачу воздушно-топливной смеси для сжигания. При дальнейшем вращении кулачок «отпускает» толкатель, и тот под действием пружинного механизма возвращает клапан в закрытое положение.

В шестерне распределительного вала располагается в два раза больше зубьев, чем у коленчатого. Это связано с тем, что за один рабочий циклы двигателя коленвал совершает 2 оборота, а распредвал – 1.

Конфигурация двигателя может включать два распределительных вала. Компоновка газораспределительного механизма с одним валом применяется в бюджетных машинах, где цилиндры имеют по 1 паре клапанов. Два распредвала нужны в моделях с двумя парами клапанов на цилиндрах.

Расположение распредвала в двигателе

Существует два вида двигателей внутреннего сгорания: двигатели с верхним расположением распредвала и с нижним. До 1950-х годов двигатели автомобилей в основном были нижнеклапанными. Распределительный вал располагался в нижней части двигателя, клапаны устанавливались тарелками вверх. Такие двигатели были более дешевыми в производстве, но и менее производительными. Затем от такой схемы отказались и пришли ко всем нам привычной головке цилиндров с установленным в ней распредвалом и клапанами, открывающимися вниз. Однако, на некоторых современных двигателях до сих пор действуют нижневальные системы с верхним расположением клапанов.

ГБЦ с верхним расположением распредвалов

Разрез двигателя с нижним расположением распредвалов

Нижневальный двигатель отличается тем, что в нем дополнительно устанавливаются штанги, компенсирующие расстояние от кулачков распредвала до толкателей клапанов в головках цилиндров.

Газораспределительные механизмы с верхним расположением клапанов: а — с нижним расположением распределительного вала: 1 — распределительный вал; 2 — толкатель; 3 — штанга; 4 — ось коромысел; 5 — коромысло; 6 — пружина; 7 — клапан; б — с верхним расположением распределительного вала: 1 — винт; 2 — контргайка; 3 — коромысла; 4 — распределительный вал.

Более ранние модели двигателей имеют один распредвал, на котором расположены кулачки для открытия/закрытия клапанов на впуск и на выпуск. На современные производительные двигатели устанавливаются отдельно впускной и выпускной распредвал.

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.

Что такое распредвал, для чего он нужен

Распредвал представляет собой длинный цилиндр из прочного металла, на котором расположены кулачковые рычажки. Поворотом вокруг своей оси распредвал закрывает и открывает клапаны, тем самым обеспечивает подачу воздуха или топливной смеси и отвод выхлопных газов.

Расположение распредвала в двигателе

Поскольку скорость двигателя может достигать значительных показателей, оптимальным вариантом управления клапанами становится именно такой вот механический элемент. Да, инженеры пытаются придумать, как удалить распредвал из автомобиля, заменив его электронными толкателями клапанов, но пока отказаться от него не удалось.

Задача распредвала – нажимать на коромысла или толкатели клапанов, открывая каждый из них в нужный момент и на строго определенное время. Через одни клапаны идет закачка воздуха или топливной смеси в камеры сгорания двигателя, через другие отводятся выхлопные газы. Сбой в работе мотора, когда клапана встречаются с поршнями – один из самых страшных снов автовладельца. Капремонт двигателя – это вам не шутки.

Поломки и их причины

Неисправный распределительный вал чаще всего выдаёт своё состояние характерным стуком, который возникает из-за износа подшипников или кулачков, деформации вала, механической поломке одного из элементов. Такие поломки возникают, как по причине заводского брака, так и в результате естественного износа.

Стук распредвала также возникает при использовании плохого моторного масла или из-за неотрегулированной подачи топлива. Из-за этого клапана цилиндров и кулачки работают несинхронно – двигатель теряет мощность, расходует слишком много топлива и работает нестабильно.

Как это работает?

Когда мы поворачиваем контакт транспортного средства, это вызывает движение коленчатого вала за счет электрического импульса. Это заставляет шатуны толкать и втягивать поршни в цилиндры, сжимая топливно-воздушную смесь и, в свою очередь, генерируя искру, которая воспламеняет свечи зажигания в камере сгорания. Когда распределительный вал соединен с коленчатым валом, он начинает свое вращение и позволяет клапанам открываться и закрываться, позволяя смеси проходить или вытеснять газы, образующиеся в результате процесса.

Типы размещения распредвала в двигателе

В конструкции двигателя может присутствовать один, два или четыре распредвала, в зависимости от компоновки цилиндров и количества клапанов.

При линейном расположении и 2-3 клапанами на цилиндр устанавливается один распредвал, управляющий и впуском, и выпуском (система SOHC).

При 4 клапанах на цилиндр ставится 1 или 2 распредвала (система DOHC – отдельные валы на впуск и выпуск).

Для V-образных или оппозитных двигателей распредвал устанавливается на каждый из блоков цилиндров отдельно (один общий на ряд или по два на ряд), либо один общий распредвал на все цилиндры (ставится по центру, в развале двигателя). Конструкторы предпочитают разделять впускные и выпускные валы, чтобы уменьшить нагрузку на них и сложность конструкции.

Как правило, впускной и выпускной распредвал почти не отличаются: одинаковая длина и диаметр вала, одинаковая высота и профиль кулачков. Разница может заключаться в конструкции крайних опорных шеек и приводных шкивов.

На один из распредвалов устанавливается датчик положения, для которого выделяется отдельное посадочное место.

Расположение распредвала относительно клапанов может различаться в разных конструкциях двигателей. В старых или маломощных моторах вал устанавливают сбоку от клапанов, соединяя их с кулачками через рокеры (Т-образные коромысла) и штанги. Такая система называется боковым или нижним расположением распредвала «Cam-in-Block». Их преимущество в более простой системе смазки (зачастую распредвал устанавливается прямо в картере), а недостаток – в сложной доступности для замены.

Моторы более поздних конструкций делались в распредвалами непосредственно над клапанами, что облегчает обслуживание и ремонт. Такое расположение, когда кулачки вала давят непосредственно на толкатели, называют верхним или «Cam-in-Head». Смазывать верхний распредвал несколько сложней: система подачи масла должна работать бесперебойно, в том числе это касается масляных каналов и отверстий в самом распредвале.

Немного о моторном масле

Долгая и бесперебойная работа ГРМ, и в том числе распредвала, напрямую зависит от качества смазки. Подача масла на подшипники скольжения (постели и вкладыши распредвала), а также на поверхность кулачков, должна быть бесперебойной. Отверстия внутри распредвала, предназначенные для подачи смазки к парам трения, достаточно тонкие и рассчитаны на моторное масло определенной вязкости и качества. Несвоевременная замена или неправильный подбор масла приводят к засорению каналов, после чего трение распредвала происходит не по слою жидкости (гидродинамическое планирование), а по поверхности металл-металл. Итог этого процесса печален, но предсказуем: быстрый износ кулачков (иногда до состояния идеальной окружности) и толкателей, а также шеек и вкладышей приводит к сбоям в работе двигателя. От чрезмерного трения распредвал может сломаться, а это уже чревато не только его заменой, но и капремонтом двигателя. Особенность конструкции распредвала в том, что даже минимальная выработка приводит к его вибрации и окончательному выходу из строя. В большинстве случаев основной причиной ремонта распредвалов является именно некачественное масло, несвоевременная его замена или неподходящая вязкость. При нормальном ТО ресурс распредвала будет столь же долгим, как и ресурс самого двигателя.