Двигатель автомобиля – это наиболее сложный агрегат, состоящий из целого ряда узлов и механизмов. Одним из важных элементов ДВС является распредвал, который входит в состав газораспределительного механизма. Данный элемент напрямую влияет на состояние и работу двигателя автомобиля. Что такое распредвал и как он устроен? Рассмотрим далее в статье.
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.
Помимо кулачков в конструкции распредвала необходимо выделить опорные шейки, на которые одеты подшипники – посредники между валом и его местом крепления в двигателе.
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.
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.
Читайте также: Что такое газораспределительный механизм в автомобиле и как он работает.
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.
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.
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:
- низкое давление масла (недостаточный уровень);
- попадание в масло антифриза или топлива;
- прогар клапанов или неисправности гидрокомпенсаторов;
- нарушение фаз газораспределения.
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).
Поломки распредвала
Существует довольно много причин, по которым в работу двигателя вплетается стук распредвала, что свидетельствует о появлении проблем с ним. Вот только наиболее типичные из них:
Распределительный вал требует должного ухода: замену сальников, подшипников и периодичной дефектовке.
По утверждениям специалистов при возникновении легкого стука распредвала автомобиль может ездить еще не один месяц, но это ведет к усиленному износу цилиндров и других деталей. Поэтому при обнаружении проблемы следует заняться ее устранением. Распредвал – разборный механизм, поэтому ремонт чаще всего осуществляется методом замены его всего или только некоторых элементов, например, подшипников.
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.
Число распредвалов
В двигателе может присутствовать как один, так и несколько распределительных валов. Если брать во внимание обычные четырехцилиндровые моторы 90-х годов, в них практикуется первая схема. В 2000-х годах на автомобили стали устанавливать моторы с двумя распредвалами. Кроме того, на этих двигателях увеличилось и число клапанов. Если говорить про четырехцилиндровые моторы, то вместо восьми их стало шестнадцать.
Такое технические изменение способствует более лучшей наполняемости цилиндров и эффективному отводу газов. Поэтому восьмиклапанные моторы с одним распредвалом сейчас практически не используются.
Интересная особенность наблюдается на оппозитных двигателях и V-образных. Здесь может находится один распредвал в развале блока цилиндров, либо по два вала в головке блока. Почему верхнее расположение наиболее оптимально? За счет такой установки, намного проще менять сальники, а также регулировать зазоры клапанов (если отсутствуют гидрокомпенсаторы). Кроме того, легче выполнить и замену самого распредвала. Для этого достаточно лишь демонтировать клапанную крышку, после чего элемент станет доступен.
