Распределительный вал

Как выглядит распределительный вал.

Распределительный вал — это вал, на котором расположено несколько так называемых кулачков. Это детали неправильной формы, которые вращаются вокруг оси вала. Они соответствуют количеству впускных клапанов цилиндров и располагаются точно напротив них. Кулачки выровнены таким образом, что вращение гарантирует плавное и равномерное сгорание топлива в цилиндрах. И весь распределительный вал точно синхронизирован с остальными механизмами двигателя.

Кулачки опираются с обеих сторон на шейки подшипников, которые удерживают вал на месте. Одним из наиболее важных компонентов вала являются масляные каналы. Их состояние влияет на физический износ деталей, производительность и стабильность работы двигателя. Распределительный вал имеет сквозное отверстие с отверстиями для подачи масла к подшипникам и кулачкам.

Структура распределительного вала

1 — впускной распределительный вал 2 — выпускной распределительный вал 3 — ограничитель 4 — рабочая (верхняя) часть кулачка 5 — шейка распределительного вала 6 — нижняя часть кулачка.

Конструкция распределительного вала обычно цельная, весь распределительный вал изготавливается из одного куска металла. Можно отметить несколько важных компонентов:

1. Кулачки. Это каплевидные выступы, «нанизанные» на вал. Их назначение — находиться в постоянном контакте с толкателями клапанов, и каждый клапан имеет свой собственный кулачок. При вращении вала кулачковая дорожка оказывает давление на толкатель клапана, открывая его в фиксированной точке на заданный период времени.
2. Вспомогательные журналы. Это участки вала, оснащенные подшипниками, на которые он фактически опирается при установке на двигатель. На концах валов установлены сальники для герметизации соединения с корпусом двигателя.
3. Масляные втулки. Это отверстия, через которые моторное масло поступает к компонентам распределительного вала, где происходит наибольшее трение: упорным подшипникам и кулачкам. Без моторного масла распределительный вал в таком режиме работы проработает недолго.

В редких случаях кулачки накручиваются на вал, так что конструкция представляет собой не цельную деталь, изготовленную из куска металлолома, а скорее составную систему. Сейчас такие распредвалы встречаются редко.

Как это работает?

Как распределительный вал работает в приводе клапанов

Распределительный вал — это компонент привода клапанов (ГРМ) двигателя. Он приводится в движение ремнем, цепью или зубчатым ремнем от коленчатого вала двигателя, что означает, что он работает синхронно с поршнями и другими компонентами двигателя.

Существует основной принцип: на один оборот распределительного вала приходится два полных оборота коленчатого вала. Причина этого кроется в механизме открытия клапана. Два из четырех тактов двигателя проходят с закрытыми клапанами, поэтому для их открытия требуется один оборот распределительного вала.

Вращаясь синхронно с частотой вращения двигателя, распределительный вал открывает воздушные и выпускные клапаны на определенный период времени, который зависит от настройки двигателя. Дополнительные настройки работы двигателя реализуются через дроссельную заслонку, управление впрыском и т.д.

В следующем учебном видеоролике подробно объясняется принцип работы механизма ГРМ и роль распределительного вала в этом.

Зачем нужен распределительный вал

Рабочий цикл полного автомобильного двигателя состоит из четырех тактов, которые подразумевают движение поршня между верхней и нижней мертвыми точками. Последовательность тактов следующая: впуск — сжатие — ход — выхлоп. По обозначениям тактов легко догадаться, что во время впуска впускной клапан должен быть открыт, подавая топливно-воздушную смесь в цилиндр. Циклы сжатия и хода предполагают полностью закрытую полость цилиндра для наиболее эффективного преобразования энергии взрыва в поступательное движение поршня. А выхлоп сопровождается открытием выпускного клапана для освобождения цилиндра от выхлопных газов.

Периоды, в течение которых впускные и выпускные клапаны цилиндра остаются открытыми, называются фазами газораспределения, измеряются в градусах угла поворота коленчатого вала. Следует отметить, что синхронизация клапанов, накладываемая на рабочий цикл, не обязательно совпадает с одноименным ходом. Предварительное или замедленное закрытие клапана необходимо для того, чтобы цилиндр лучше заполнился топливной смесью и освободился от выхлопных газов. При увеличении оборотов двигателя оптимальным является перекрытие клапанов, т.е. одновременное открытие выпускных и впускных клапанов для улучшения сгорания топлива в цилиндре.

Управление фазами газораспределения клапанов является основной функцией распределительного вала. Благодаря своим механическим свойствам и жесткому соединению с коленчатым валом, распределительный вал позволяет точно контролировать положение клапанов во время работы двигателя. Кроме того, распределительный вал может незначительно влиять на фазы газораспределения клапанов с помощью нескольких конструктивных решений, чтобы адаптироваться к условиям эксплуатации.

Виды

Что касается разновидностей распределительных валов двигателя, то они классифицируются в зависимости от их расположения и количества на двигателе внутреннего сгорания. Распределительный вал является ключевым компонентом механизма ГРМ и двигателя в целом. В зависимости от того, как расположен этот компонент, существует 2 варианта:

• с нижним креплением;
• верхний монтаж.

Отсюда и разделение двигателей внутреннего сгорания на верхний и нижний распредвалы. Распределительные валы с нижним расположением когда-то считались самыми лучшими и оптимальными для автомобильных двигателей. Но они были актуальны до 1950-х гг. Именно тогда все двигатели стали проектироваться как нижнеклапанные. Поэтому распределительный вал был расположен в нижней части приводного блока. Клапаны были установлены так, что смотрели вверх. Причина этого заключалась в том, что они были проще и дешевле в производстве. Однако при этом страдал коэффициент полезного действия, что инженеры поняли немного позже, когда был представлен новый привод клапанов. Учитывая объективные недостатки, от старой системы с нижним монтажом постепенно отказались. Он был заменен классическим и привычным расположением головки блока цилиндров с установленными клапанами и распределительным валом. Теперь клапаны начали открываться вниз, а распредвалы располагались сверху.

Хотя нельзя отрицать, что даже в некоторых современных двигателях до сих пор используется система нижнего вала, где клапаны расположены сверху. Только то, что он является значительным улучшением своих предшественников и поэтому имеет полное право на существование при условии правильной реализации. Разница с двигателями с нижним распредвалом заключается в том, что имеется дополнительная возможность установки специальных штанг. Они используются для выравнивания расстояния между кулачками распределительного вала и толкателями клапанов в головках цилиндров. Несмотря на наличие современных двигателей внутреннего сгорания с нижним расположением валов, они считаются устаревшей схемой, поэтому большинство производителей автомобилей уже давно не используют их в производстве своих трансмиссий. Эта система требует дополнительных ресурсов, имеет внушительные технологические ограничения и не допускает высоких оборотов двигателя.

Однако, если используется принцип верхнего распределительного вала, это позволяет эффективно выжать весь потенциал двигателя внутреннего сгорания. В настоящее время это оптимальный выбор для силовых агрегатов, используемых автомобильными корпорациями.

Количество валов

Типы двигателей рассматриваются отдельно в зависимости от количества распределительных валов. Если заглянуть под капот современной трансмиссии, то можно обнаружить несколько вариантов:

• Распределительные валы (шестерни) только с одним распределительным валом;
• Распределительные валы, сконструированные с парой распределительных валов;
• Двигатели с более чем 2 распределительными валами.

Именно первые два типа двигателей внутреннего сгорания, в которых механизм ГРМ состоит из 1 или 2 распределительных валов, являются наиболее популярными и распространенными. Количество распределительных валов часто напрямую зависит от количества клапанов на цилиндр. Если двигатель имеет 3 и более клапанов на цилиндр, скорее всего, будет использоваться система с двумя распределительными валами. Хотя существуют такие правила и закономерности, исключения есть всегда и везде. Японская компания Mitsubishi производит автомобиль Lancer, который может быть оснащен рядным четырехцилиндровым двигателем 4G18. На каждом цилиндре четыре клапана, но используется только один распределительный вал. А если взять в качестве примера гиперкар Veyron от Bugatti, то конструкторы предусмотрели в двигателе сразу четыре распределительных вала.

Есть и другие примеры несколько иного подхода к использованию распределительных валов и их конструкции. Японские инженеры компании Honda придумали оригинальный механизм для своей системы под названием VTEC. Здесь несколько кулачков отвечают за регулировку подъема только одного клапана за раз. Это означает, что на один клапан приходится несколько кулачков. Инженеры постоянно работают над точной настройкой систем синхронизации, повышая их эффективность и изменяя фазировку. Все это улучшает работу двигателя, повышает максимальную скорость и обеспечивает лучшее ускорение. Не забывают они и об экономии топлива.

Количество распредвалов в двигателе

Их количество обычно зависит от конфигурации двигателя. Двигатели с рядной компоновкой и одной парой клапанов на цилиндр имеют один распределительный вал. Если на цилиндр приходится четыре клапана, то имеется два распределительных вала.

В случае V-образных и оппозитных двигателей в головке блока цилиндров находится либо один распределительный вал, либо два распределительных вала, по одному в каждой головке блока цилиндров. Существуют также исключения, обусловленные конструктивными особенностями рассматриваемой модели двигателя. (например, рядная конфигурация с четырьмя цилиндрами — один распределительный вал с четырьмя клапанами на цилиндр, как в Mitsubishi Lancer 4G18).

Современный рынок предлагает потребителю множество двигателей с различными системами изменения фаз газораспределения. Наиболее типичными из них являются:

VTEC — это технологическая разработка компании Honda. Переменная фаза газораспределения достигается за счет использования 2 кулачков для переменного клапана.

VVT-i — от компании Toyota. Регулировка фаз достигается путем вращения распределительного вала относительно его приводной шестерни.

Valvetronic — технологическая разработка компании BMW. Подъем клапанов регулируется путем изменения положения штока коромысла.

Экспертное мнение:

Современные двигатели редко имеют только один распределительный вал, обычно их два, что обеспечивает более тихий двигатель, более высокий КПД и большую мощность за счет большего количества клапанов (циклы впуска и выпуска происходят быстрее). Один распределительный вал управляет впускными клапанами, а другой — выпускными. Из-за особенностей трансмиссии в более мощных V-образных двигателях используются четыре распределительных вала. Одинарный верхний распределительный вал называется Single OverHead Camshaft (SOCH), двойной верхний распределительный вал называется Double OverHead Camshaft (DOCH). При правильной эксплуатации распределительные валы редко выходят из строя, основной причиной отказа является обычный износ подшипников и деформация, вызванная трещинами. Износ значительно ускоряется в следующих случаях:

• Низкое давление масла (недостаточный уровень);
• утечка антифриза или топлива в масло
• сгоревшие клапаны или неисправные компенсаторы;
• перекос распределительного вала.

Как обнаружить дефект распредвала

Основной причиной выхода из строя распределительного вала является масляное голодание. Это может быть вызвано плохим фильтром или неправильно подобранным маслом для двигателя (о том, как выбрать смазочный материал, вы можете прочитать в этой отдельной статье). Если соблюдать интервалы обслуживания, распределительный вал прослужит столько же, сколько и весь двигатель.

Типичные неполадки распредвала

Следующие неисправности распределительного вала могут наблюдаться как в результате нормального износа деталей, так и в результате небрежности водителя.

• Повреждение соединительных деталей — звездочки, зубчатого ремня или цепи ГРМ. В этом случае вал приходит в негодность и подлежит замене.
• Царапины на шейках подшипников и износ кулачков. Царапины и канавки возникают из-за чрезмерных нагрузок, например, в результате неправильной регулировки клапанов. Во время вращения повышенная сила трения между кулачками и толкателями вызывает дополнительный нагрев детали, разрушая масляную пленку.

• Утечка масляного уплотнения. Возникает в результате длительной работы двигателя на холостом ходу. Со временем резиновое уплотнение теряет свою эластичность.
• Деформация вала. Из-за перегрева двигателя металлический компонент может деформироваться под большой нагрузкой. Эту неисправность можно распознать по дополнительным вибрациям в двигателе. Обычно такая неисправность длится недолго — из-за сильной тряски сопряженные детали быстро выходят из строя, и двигатель приходится отправлять на капитальный ремонт.
• Неправильная сборка. Само по себе это не является неисправностью, но из-за несоблюдения стандартов затяжки болтов и фазировки, ДВС быстро придет в негодность и потребует «капитального ремонта».
• Сам вал может быть поврежден из-за некачественного материала, поэтому при выборе нового распределительного вала обращайте внимание не только на его цену, но и на репутацию производителя.

Как визуально определить износ кулачков, показано на видео:

Износ распределительного вала — Как визуально определить износ распределительного вала? Смотрите это видео на YouTube

Некоторые водители пытаются устранить некоторые из этих неисправностей распредвала путем шлифовки поврежденных участков или установки дополнительных вкладышей. Такие ремонты бессмысленны, поскольку невозможно достичь точности, необходимой для нормального функционирования. Если распределительный вал вышел из строя, специалисты рекомендуют немедленно заменить его на новый.

Техническое обслуживание распредвала

При проведении технического обслуживания распределительного вала в первую очередь следует проверить состояние зубчатых ремней или цепи. Дело даже не столько в том, что нарушается весь механизм синхронизации, питающий распределительный вал, сколько в том, что и клапаны, и поршень могут быть механически повреждены.

Иногда причиной отказа или неисправности двигателя является датчик положения. Симптомами этого могут быть плохая динамика двигателя и высокий расход топлива, а также загорание контрольной лампы неисправности на приборной панели. Неисправность можно диагностировать и определить источник — датчик или нет — с помощью мультиметра. Часто причиной является не сам датчик, а проводка. Если диагностика покажет, что датчик неисправен, его следует заменить.

Причинами отказа датчика могут быть:

• Повреждение диска с шестерней на датчике импульсов;
• Смещение диска шестерни из-за неправильного монтажа;
• Короткое замыкание во внутренней цепи энкодера;
• Воздействие повышенной температуры из-за перегрева двигателя.

Правильное обнаружение неисправности предотвратит выход из строя нового датчика, устанавливаемого на место старого.

Распределительный вал — это основной компонент, который обеспечивает правильное газораспределение во время работы двигателя и часто является главным источником эффективности двигателя. Своевременное техническое обслуживание и проверка состояния здоровья позволяют автомобилю работать исправно без дополнительных затрат.

Ремонт распредвала

В целом, распределительный вал в автомобильном двигателе может прослужить весь срок службы автомобиля. Это означает, что распределительный вал можно использовать в течение примерно 200 000-300 000 км (это приблизительный средний срок службы, который указывают многие автопроизводители для большинства автомобилей). Однако бывают случаи, когда распредвал выходит из строя гораздо раньше. Например, когда распределительный вал имеет заводской дефект. Или если владелец автомобиля использовал его в экстремальных условиях или ездил на высоких оборотах двигателя (как говорится, постоянно «заводил» свой автомобиль).

Конечно, если неисправен распределительный вал, это требует восстановления или покупки нового компонента. Дополнительный ремонт, кстати, был популярен в прошлом. На самом деле, помимо экономии денег, ремонт ГРМ дал некоторым автомобилям небольшое увеличение мощности. Дело в том, что в свое время было модно рассверливать распредвалы, шлифовать их и т.д. Сегодня расточка и ремонт распредвалов менее популярны.

Замена распредвала

Как самостоятельно установить новый распредвал? Замена распределительного вала — сложная процедура, но если у вас есть необходимые знания и навыки, ее можно выполнить и в собственном гараже. Перед началом работы необходимо хорошо изучить компоненты двигателя и знать, как их снимать.

Распределительный вал можно заменить двумя способами: со снятием или без снятия головки блока цилиндров. Если вы решите «снять головку», подумайте о покупке новой прокладки.

Головка блока цилиндров ВАЗ 2106
1 — головка блока цилиндров; 2 — распределительный вал; 3 — корпус заднего подшипника распределительного вала; 4 — прокладка; 5 — крышка головки блока цилиндров; 6 — корпус переднего подшипника распределительного вала; 7 — сальник распределительного вала

Стоимость нового распределительного вала

В зависимости от типа и марки двигателя новые распределительные валы стоят по-разному. Цены варьируются от 15 000 до 30 000 рублей. Конечно, это средняя цена на оригинальные распредвалы для иномарки в среднем ценовом диапазоне.

Но стоимость распределительного вала — это только полдела, когда он выходит из строя. На самом деле, она все еще нуждается в замене. Здесь ценовой диапазон действительно не имеет границ. Разумеется, все зависит от марки, модели, года выпуска и места проведения работ. Вы понимаете, что официальная замена распредвала будет стоить больших денег. В частном гараже такие работы могут стоить в пять раз дешевле. Но в этом случае возникает риск для качества предоставляемой услуги.

Поэтому, если вашему автомобилю требуется замена распределительного вала, следует тщательно выбирать место ремонта, поскольку речь идет о двигателе вашего автомобиля, который может быть серьезно поврежден при неправильной замене распределительного вала.

Также не забывайте, что во многих автомобилях очень трудно добраться до распределительного вала из-за конструктивных особенностей автомобиля. Поэтому в таких автомобилях стоимость замены распределительного вала не может быть низкой, так как это занимает слишком много времени. Если вы являетесь владельцем такого автомобиля и вам предложили дешевую цену на замену, стоит задуматься, действительно ли услуга качественная.

Может быть, не стоит рисковать? В конце концов, ваша экономия может в итоге обойтись вам в копеечку. Конечно, мы не настолько богаты, чтобы экономить. Знаете, скупой обычно платит дважды. Особенно когда речь идет о такой сложной машине, как автомобиль.

Полезные рекомендации

Помните, что вы никогда не должны игнорировать любые признаки неисправности кардана. Если вы пренебрежете этим советом, вам грозят следующие последствия:

1. Если кардан ломается, повреждается сам корпус автомобиля. Кроме того, кардан может повредить трубопроводы, проходящие вдоль шасси автомобиля.
2. При постоянной вибрации негативно сказывается на жесткости подвески и кузова. Все резьбовые соединения и крепления внутренних панелей также начнут ослабевать. Автомобиль начнет буквально разваливаться в движении.
3. Все детали, непосредственно связанные с приводным валом, будут изнашиваться быстрее и интенсивнее. Это значительно сокращает срок их службы, требуя более ранней замены и дорогостоящего ремонта.

Вряд ли кто-то из автовладельцев сознательно хочет попасть в такую неприятность.

Однако их можно в значительной степени избежать, если следовать нескольким простым правилам. Все эти рекомендации направлены на продление срока службы приводного вала.

Если вы заинтересованы в сохранении срока службы вашего карданного вала, вам следует:

• Старайтесь свести к минимуму использование автомобиля на пересеченной местности;
• Избегайте резкого ускорения;
• Начните осторожно;
• Не управляйте автомобилем в течение длительного времени;
• Не экономьте на высококачественных запасных частях;
• провести диагностику;
• При возникновении каких-либо проблем обратитесь к квалифицированному техническому специалисту.

Карданный вал во многом является важным компонентом автомобиля, и, хотя он считается промежуточным звеном, он играет ключевую роль в работе заднеприводных и полноприводных автомобилей.

Устройство не отличается исключительной сложностью конструкции, и принцип его работы понятен многим. Она позволяет устранять неисправности, выявлять их на ранней стадии и поддерживать CVT в рабочем состоянии в течение длительного времени — и все это благодаря нескольким простым принципам.