Сколько распределительных валов может иметь двигатель

Устройство автомобилей

Детали механизма газораспределения

Распределительный вал

Назначение распределительного вала

Распределительный вал, или как его обычно называют – распредвал, является основной деталью ГРМ и служит для управления клапанами механизма газораспределения.
В бензиновых двигателях он также может использоваться для привода механизмов и устройств различных систем – зажигания, смазки, питания.

Основная функция распределительного вала — своевременное и точное открытие и закрывание клапанов двигателя с учетом фаз газораспределения. Это обеспечивается подбором формы профиля кулачков, которые надавливая на толкатели, заставляют клапана перемещаться по требуемой кинематической схеме.

Привод распределительного вала осуществляется, как правило, от коленчатого вала посредством зубчатой, ременной, цепной или вальной передачи.
Поскольку газораспределение напрямую связано с тактами, происходящими в цилиндрах, а те, в свою очередь, определяются положением коленчатого вала, то вращение распределительного вала должно быть строго согласовано с вращением коленчатого вала.
По этой причине распредвал конструктивно связан с коленчатым валом двигателя и вращается синхронно с ним, но, не обязательно с одинаковой частотой. Частота вращения распределительного вала четырехтактного двигателя, обычно, в два раза ниже частоты вращения коленчатого вала.

Как отмечалось в предыдущей статье, ГРМ современных двигателей может содержать один или два распределительных вала. Количество распредвалов обычно соответствует типу двигателя.

Рядные двигатели с одной парой клапанов на каждый цилиндр (по одному клапану впуска и выпуска) оснащаются одним распределительным валом. В рядных двигателях с двумя парами клапанов (по два клапана впуска и выпуска) устанавливают два распределительных вала.

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

Устройство распределительного вала

Распределительный вал состоит из опорных шеек и кулачков одинакового профиля, а также может содержать элементы конструкции приводов других систем двигателя.

В процессе работы распределительный вал испытывает скручивающие и изгибающие нагрузки. На кулачках возникают значительные контактные напряжения, вызывающие их интенсивный износ. В опорных шейках присутствуют силы трения, которые тоже способствуют износу сопрягаемых поверхностей шейки и подшипника.

Для противодействия изгибающим моментам и обеспечения необходимой жесткости распределительного вала число опорных шеек должно быть равно числу коренных шеек коленчатого вала.

Распределительные валы изготавливают штамповкой или ковкой из малоуглеродистых или среднеуглеродистых сталей. Рабочие элементы валов (кулачки, эксцентрики, опорные шейки, зубчатые колеса) из малоуглеродистых сталей цементируются и закаливаются, а при изготовлении валов из среднеуглеродистой стали закаливаются токами высокой частоты на глубину 2…3 мм, после чего опорные шейки и кулачки шлифуют и полируют.

Подшипниками распределительных валов при нижнем расположении обычно служат стальные втулки, внутренняя поверхность которых заливается тем же антифрикционным сплавом, который используется для коренных и шатунных шеек коленчатого вала. Для облегчения установки вала в блок-картере диаметр опорных шеек, начиная с первой, уменьшают.

Для верхних распределительных валов в качестве подшипников часто используют разъемные втулки, которые обычно выполняются в опорных стойках, если они отлиты из алюминиевого сплава. Если стойки чугунные, то в них устанавливают антифрикционные вкладыши.

Распредвалы карбюраторных двигателей, как правило, имеют эксцентрики для привода бензиновых насосов.

На носках распределительного валов выполняются посадочные поверхности и каналы под сегментные шпонки для установки зубчатых колес или звездочек привода, которые крепятся гайками или болтами, вворачиваемыми в торец вала.

В распределительных валах могут возникать значительные осевые усилия, поскольку для их привода и привода механизмов и устройств различных систем двигателя чаще всего применяются косозубые зубчатые колеса. Для предотвращения осевого перемещения нижние распределительные валы фиксируются упорным фланцем (рис. 1, а), при этом зазор ∆ обеспечивается дистанционной шайбой 2 или с одной стороны буртиком подшипника, а с другой – регулировочным болтом 3 (рис. 1, б) или пружинным упором.

При верхнем расположении вала и съемных крышках подшипников фиксация осуществляется буртиком 5 (рис. 1, в), который опирается в торец подшипника.

Смазка распределительного вала

Смазочный материал к подшипникам при нижнем расположении вала подводится по каналам в перегородках картера. Промежуточные опорные шейки нередко имеют серповидные канавки, обеспечивающие пульсирующую подачу масла к деталям ГРМ, расположенным в головке блока цилиндров.

Читайте также:  Пусковой двигатель возможные неисправности и способы их устранения

К подшипникам при верхнем расположении вала смазочный материал подводится через внутреннюю полость вала и отверстия в его опорных шейках и кулачках.

Смазывание привода масляного насоса и распределителя системы зажигания бензиновых двигателей с нижним распределительным валом осуществляют цилиндрические зубчатые колеса со спиральными зубьями.

Источник

Все про распределительный вал двигателя

Содержание

Распределительный вал двигателя

Для стабильной работы двигателя внутреннего сгорания каждая его деталь играет важную функцию. Среди них – распределительный вал. Рассмотрим, какова его функция, какие неисправности встречаются, и в каких случаях он нуждается в замене.

Функции распредвала

Распредвал – элемент ГРМ (газораспределительного механизма). Он определяет порядок тактов мотора и синхронизирует открывание/закрывание клапанов, которые подают в цилиндры воздушно-топливную смесь и отводят отработанные газы.

Газораспределительный механизм работает по следующему принципу. В момент запуска двигателя стартер проворачивает коленчаты й вал . Распредвал приводится в движение при помощи цепи или ремня, посаженного на шкив коленвала. В цилиндре открывается впускной клапан, и в камеру сгорания поступает смесь бензина и воздуха. В этот же момент датчик коленвала подает импульс на катушку зажигания. В ней генерируется разряд, который идет на свечу зажигания .

К моменту, когда появляется искра, оба клапана в цилиндре закрыты, а топливная смесь сжата. Во время возгорания образуется энергия, и поршень перемещается вниз. Так коленвал проворачивается и приводит в движение распределительный вал. В этот момент он открывает выпускной клапан, через который выходят отработанные в процессе горения газы.

Распредвал всегда открывает нужный клапан на конкретный промежуток времени и на стандартную высоту. Благодаря своей форме этот элемент обеспечивает стабильный цикл смены тактов в моторе.

Подробно о фазах открытия и закрытия клапанов, а также об их настройках, показано в данном видео:

В зависимости от модификации двигателя в нем может стоять один или несколько распредвалов. В большинстве автомобилей эта деталь размещена в головке блока цилиндров. Она приводится в движение за счет вращения коленчатого вала. Эти два элемента соединяются при помощи ремня или цепи ГРМ.

Чаще всего одним распредвалом оснащены двс с рядным расположением цилиндров. Большинство таких двигателей имеет по два клапана на цилиндр (один впускной, а другой выпускной). Встречаются также модификации с тремя клапанами на цилиндр (два на впуск, один на выпуск). Двумя валами чаще комплектуются двигатели, в которых на один цилиндр приходится по 4 клапана. В оппозитных двс и с V-образной формой тоже устанавливается два распределительных вала.

Моторы с одним валом ГРМ имеют простую конструкцию, что приводит к снижению стоимости агрегата в процессе изготовления. Такие модификации легче обслуживать. Их всегда устанавливают на бюджетные автомобили.

На более дорогих модификациях двигателей некоторые производители устанавливают второй вал для снятия нагрузки на вал и в некоторых моделях ДВС для обеспечения сдвига фаз распределения газов. Чаще всего такая система встречается в автомобилях, которые должны отличаться спортивными характеристиками.

Распредвал всегда открывает клапан на конкретный промежуток времени. Чтобы улучшить эффективность мотора на повышенных оборотах, необходимо изменить этот интервал (двигателю нужно больше воздуха). Но при стандартной настройке газораспределительного механизма при повышенных оборотах коленвала впускной клапан закрывается раньше, чем в камеру поступит нужный объем воздуха.

В то же время, если установить спортивный распредвал (кулачки на дольше открывают впускные клапаны), на низких оборотах двигателя есть большая вероятность, что впускной клапан откроется еще до того, как закроется выпускной. Из-за этого часть смеси попадет в выхлопную систему. Как результат – потеря мощности на низких скоростях и повышение токсичности выхлопов.

Самая простая схема для достижения такого эффекта – установить распредвал с функцией проворачивания на определенный угол относительно коленвала. Этот механизм позволяет осуществить раннее и позднее закрытие/открытие впускных и выпускных клапанов. На оборотах до 3500 он будет находиться в одном положении, а когда этот порог преодолевается, вал немного проворачивается.

На сегодняшний день с целью повышения производительности силовых агрегатов разрабатываются электромагнитные и пневматические бескулачковые системы газораспределения. Пока такие модификации очень дорогие в производстве и обслуживании, поэтому их еще не устанавливают на серийные автомобили.

Помимо распределения тактов двигателя данная деталь приводит в движение дополнительное оборудование (зависит от модификации мотора), например, масляный и топливный насосы, а также вал трамблера.

Конструкция распредвала

Распределительные валы изготавливаются путем ковки, цельного литья, полого литья и в последнее время появились трубчатые модификации. Цель изменения технологии создания – облегчить конструкцию для получения максимальной эффективности работы мотора.

Читайте также:  Как определить допустимую мощность двигателя

Распредвал изготавливается в виде стержня, на котором имеются такие элементы:

  • Носок. Это передняя часть вала, в котором сделан паз для шпонки. Здесь устанавливается шкив привода ГРМ. В случае цепной передачи на его месте устанавливается звездочка. Эта деталь фиксируется с торца болтом.
  • Шейка сальника. На ней крепится сальник, предотвращающий вытекание смазки из механизма.
  • Опорная шейка. Количество таких элементов зависит от длины стержня. На них крепятся опорные подшипники, снижающие силу трения во время вращения стержня. Эти элементы устанавливаются в соответствующие пазы в головке блока цилиндров.
  • Кулачки. Это выступы, имеющие форму застывшей капли. Во время вращения они толкают штангу, присоединенную к коромыслу клапана (или сам толкатель клапана). Количество кулачков зависит от числа клапанов. Их размер и форма влияет на высоту и продолжительность открытия клапана. Чем острее будет вершина, тем быстрее закроется клапан. И наоборот – пологий край немного задерживает клапан в открытом состоянии. Чем тоньше будет ось кулачка, тем ниже опустится клапан, что увеличит объем топлива и ускорит отвод отработанных газов. По форме кулачков определяется тип фаз газораспределения (узкие – на пониженных оборотах, широкие – на повышенных).
  • Масляные каналы. Внутри вала сделано сквозное отверстие, по которому на кулачки (на каждом сделано небольшое выходное отверстие) подается масло. Это предотвращает преждевременное стирание штанг толкателей и выработку на плоскостях кулачков.

Если в конструкции мотора используется один распредвал, то кулачки в нем расположены так, чтобы один комплект двигал впускные клапаны, а немного смещенный набор – выпускные. В двигателях, цилиндры которых оснащены двумя клапанами на впуск и двумя на выпуск, устанавливается два распределительных вала. В этом случае один открывает впускные клапаны, а другой – выпуск отработанных газов.

За что отвечает датчик распредвала

В двигателях с карбюратором к распредвалу подсоединяется трамблер, который определяет, какая фаза выполняется в первом цилиндре – впуск или выпуск.

В инжекторных ДВС трамблера нет, поэтому за определение фаз первого цилиндра отвечает датчик положения распредвала. Его задача не идентична функционалу датчика коленвала. За один полный оборот вала ГРМ коленвал провернется вокруг оси дважды.

ДПКВ фиксирует ВМТ поршня первого цилиндра и подает импульс на формирование разряда для свечи зажигания. ДПРВ подает сигнал на ЭБУ, в какой момент нужно подать топливо и искру в первый цилиндр. Циклы в остальных цилиндрах происходят поочередно в зависимости от конструкции двигателя.

Датчик распредвала состоит из магнита и полупроводника. На валу ГРМ в районе установки датчика имеется репер (небольшой металлический зуб). Во время вращения этот элемент проходит мимо датчика, благодаря чему магнитное поле в нем замыкается и образуется импульс, идущий на ЭБУ.

Электронный блок управления фиксирует скорость импульсов. По ним он ориентируется, когда в первом цилиндре выполнить подачу и воспламенение топливной смеси. В случае установки двух валов (один на такт впуска, а другой – выпуска), будут установлены по датчику на каждом из них.

Что произойдет, если датчик выйдет из строя? Этому вопросу посвящено данное видео:

Если мотор оснащен системой смещения фаз газораспределения, то от частоты импульсов ЭБУ определяет, в какой момент нужно выполнить задержку открытия/закрытия клапанов. В этом случае двигатель будет оснащен дополнительным устройством – фазовращателем (или гидроуправляемой муфтой), которое проворачивает распредвал для изменения времени открытия. Если датчик Холла (или распредвала) неисправен, то фазы газораспределения не будут меняться.

Принцип работы ДПРВ в дизелях отличается от применения в бензиновых аналогах. В этом случае он фиксирует положение всех поршней в верхней мертвой точке в момент сжатия топливной смеси. Это позволяет точнее определить положение распредвала относительно коленвалу, что стабилизирует работу дизеля и облегчает его запуск.

В конструкцию таких датчиков добавлены дополнительные реперы, положение которых на задающем диске соответствует наклону конкретного клапана в отдельном цилиндре. Устройство таких элементов может отличаться в зависимости от фирменных разработок разных производителей.

Типы размещения распредвала в двигателе

В зависимости от типа двигателя в нем может находиться один, два и даже четыре вала газораспределительного механизма. Чтобы легче было определить тип ГРМ, на крышку головки блока цилиндров наносится следующая маркировка:

  • SOHC. Это будет рядный или V-образный мотор с двумя или тремя клапанами на один цилиндр. В нем распредвал будет один на ряд. На его стержне имеются кулачки, управляющие фазой впуска, а немного смещенные – отвечающие за фазу выпуска. В случае моторов, выполненных в форме V, таких валов будет два (по одному на ряд цилиндров) или один (помещается в развал между рядами).
  • DOHC. Эта система отличается от предыдущей наличием двух распредвалов на один ряд цилиндров. В этом случае каждый из них будет отвечать за отдельную фазу: один – за впуск, а другой – за выпуск. На однорядных моторах валов ГРМ будет два, а на V-образных – четыре. Такая технология позволяет уменьшить нагрузку на вал, что увеличивает его ресурс.
Читайте также:  Двигатель бмв м57 троит

Газораспределительные механизмы также отличаются по размещению валов:

  • Боковое (или нижнее). Это старая технология, которая использовалась в карбюраторных моторах. Среди преимуществ такого типа – простота смазки движущихся элементов (размещается прямо в картере двигателя). Основной недостаток – сложность обслуживания и замены. В этом случае кулачки давят на толкатели коромысла, а те передают движение на сам клапан.
  • Верхнее. Такая конструкция ГРМ используется в современных моторах. Этот узел легче обслуживать и ремонтировать. Один из недостатков – сложная система смазки. Масляный насос должен создавать стабильное давление, поэтому необходимо пристально следить за интервалами замены масла и фильтра (о том, на что ориентироваться, определяя регламент таких работ, рассказывается здесь ). Такое устройство позволяет использовать меньше дополнительных деталей. В этом случае кулачки воздействуют непосредственно на толкатели клапанов.

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.

  • Выход из строя присоединяемых деталей – шестерня привода, ремень или цепь ГРМ. В этом случае вал приходит в негодность и его нужно заменить.
  • Задиры на опорных шейках и выработка на кулачках. Сколы и канавки появляются из-за чрезмерных нагрузок, например, в результате неправильной регулировки клапанов. Во время вращения увеличенная сила трения между кулачками и толкателями создает дополнительный нагрев узла, разрушая масляную пленку.
  • Протечка сальника. Она возникает в результате длительного простоя мотора. Со временем резиновый уплотнитель теряет свою эластичность.
  • Деформация вала. Из-за перегрева мотора металлический элемент при большой нагрузке может искривляться. Такая неполадка выявляется появлением дополнительной вибрации в двигателе. Обычно такая неполадка не длится долго – из-за сильной тряски смежные детали быстро выйдут из строя, и мотор нужно будет отправлять на капитальный ремонт.
  • Неправильная установка. Само по себе это не является неполадкой, но из-за несоблюдения норм по затяжке болтов и регулировке фаз, ДВС быстро придет в негодность, и его нужно будет «капиталить».
  • К поломке самого вала может привести плохое качество материала, поэтому, выбирая новый распредвал, важно обращать внимание не только на его цену, но и на репутацию производителя.

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.

Как выбрать распределительный вал

Новый распредвал необходимо подбирать, исходя из причины замены:

  • Замена испорченной детали на новую. В этом случае взамен вышедшей из строя модели подбирается аналогичная.
  • Модернизация двигателя. Для спортивных автомобилей используются специальные распредвалы совместно с системой смены фаз газораспределения. Моторы для повседневной езды тоже модернизируют, например, повышая мощность за счет регулировки фаз при помощи установки нестандартных распредвалов. Если нет опыта в выполнении таких работ, то лучше это доверить профессионалам.

На что следует ориентироваться, подбирая нестандартный для конкретного двигателя распредвал? Основной параметр – кулачковый развал, максимальный подъем клапана и угол перекрытия.

Стоимость нового распределительного вала

По сравнению с капитальным ремонтом всего двигателя стоимость замены распредвала незначительна. Для примера, новый вал для отечественного автомобиля стоит в пределах 25 долларов. За настройку фаз газораспределения в некоторых мастерских возьмут 70 у.е. За капитальный ремонт мотора вместе с запчастями придется заплатить порядка 250 долларов (и это в гаражных СТО).

Как видно, лучше вовремя проводить техническое обслуживание и не подвергать мотор чрезмерным нагрузкам. Тогда он прослужит своему хозяину долгие годы.

Источник

Adblock
detector