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. Итак, по порядку.

Как вы уже, наверное, 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, а также, чтобы они освобождались от продуктов горения, нужна синхронная работа поршней, а 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 или, как это называют в серьёзной технической литературе, за фазы газораспределения.

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.

Распределительный вал — главный дирижёр ГРМ

Как выяснилось, распредвал отыгрывает далеко не второстепенную роль в моторе автомобиля. Давайте познакомимся немного ближе с устройством и видами этого элемента.

Кулачки

По сути, распределительный вал представляет собой толстый металлический стержень, на который «нанизаны» так называемые кулачки, имеющие в поперечном разрезе форму капли.

Каждый кулачок отвечает за работу одного клапана. Взаимодействие этих элементов происходит следующим образом: во время вращения кулачок за счёт своей сложной формы через систему толкателей или коромысел надавливает на клапан и открывает его – происходит выпуск отработанных газов или впуск свежей порции воздуха (воздушно-топливной смеси).

Момент открытия клапана чётко синхронизирован с положением поршня в цилиндре. Реализовано это в современных двигателях при помощи ременной или цепной связи распределительного и коленчатого валов. Кстати, эти же привода зачастую раскручивают и масляные насосы, управляют распределителями зажигания и прочим.

Опорные шейки распредвала

Помимо кулачков в конструкции распредвала необходимо выделить опорные шейки, на которые одеты подшипники – посредники между валом и его местом крепления в двигателе.

Как правило, в современных моторах распределительный вал располагается в непосредственной близости с клапанами, в головке блока цилиндров.

Масляные каналы

Есть у распредвала и своя система смазки – крайне важный узел, предотвращающий износ трущихся деталей. Масло к валу подводится через сделанное в нём же сквозное отверстие по оси, которое имеет выходы наружу в критичных зонах – кулачках и опорных подшипниках.

Разновидности распредвалов

А теперь несколько слов о разновидностях распредвалов, а вернее о разнообразии их конфигураций в составе газораспределительного механизма и двигателя. В зависимости от расположения распредвалы различают:

• с верхним расположением;
• нижним расположением.

Нижнерасположенная схема на сегодняшний день считается устаревшей, так как не позволяет развивать высоких оборотов двигателя и имеет кучу технологических ограничений. Верхнее расположение, в свою очередь, эффективно и наилучшим образом позволяет выжать из мотора максимум.

Разновидности компоновок ДВС

В отдельную категорию необходимо вывести виды двигателей в зависимости от количества распредвалов. Под капотами современных авто можно встретить:

• ГРМ с одним валом (SOHC — Single OverHead Camshaft);
• ГРМ с двумя валами (DOHC — Double OverHead Camshaft);
• ГРМ с более чем двумя распределительными валами.

Первые две разновидности наиболее распространены. Как правило, количество распредвалов определяется числом клапанов на цилиндр. Так, если у мотора автомобиля приходится три и более клапана на один цилиндр, то, скорее всего, в этом случае мы имеем дело с двухвальной схемой.

Естественно, как и в любом правиле встречаются исключения. Например, у рядной «четвёрки» 4G18 от Mitsubishi Lancer. В этом двигателе по четыре клапана у каждого цилиндра, но всего один распредвал. Бывают и более экзотические варианты – у суперкара Bugatti Veyron целых четыре распределительных вала.

Конечно же, в этой небольшой статье сложно уместить все нюансы, связанные с работой газораспределительных механизмов. Автопроизводители с завидным постоянством выдают на гора всё новые и новые технологические решения, улучшающие эффективность ГРМ и моторов за счёт возможности изменения фаз газораспределения.

К примеру, можно вспомнить систему VTEC от Honda, в которой используется несколько кулачков для регулировки высоты поднятия одного клапана.

Подвожу черту под рассказом о том, что такое распределительный вал, но продолжу публиковать материалы, раскрывающие секреты работы других узлов двигателя в рубрике Двигатель.

Подписывайтесь на статьи, делитесь ссылками на блог с вашими друзьями и углубляйте свои технические знания.

Устройство и принцип работы распредвала

Двигатель автомобиля представляет собой сложнейший механизм, одним из важнейших элементов которого является распределительный вал, входящий в состав ГРМ. От точной и бесперебойной работы распределительного вала во многом зависит нормальная работа двигателя.

Одну из самых важных функций в работе двигателя автомобиля выполняет распределительный вал, который является составной частью газораспределительного механизма (ГРМ). Распредвал обеспечивает впуск-выпуск тактов работы двигателя.

В зависимости от того, каково устройство двигателя, газораспределительный механизм может иметь нижнее или верхнее расположение клапанов. На сегодняшний день чаще встречаются ГРМ с верхним расположением клапанов. Такая конструкция позволяет ускорить и облегчить процесс обслуживания, включающий регулировку и ремонт распределительного вала, для которого потребуются запчасти на распредвал.

Устройство распределительного вала

С конструктивной точки зрения распределительный вал двигателя связан с коленвалом, что обеспечивается благодаря наличию цепи и ремня. Цепь или ремень распределительного вала надеваются на звездочку коленчатого вала или на шкив распредвала. Такой шкив распредвала, как разрезная шестерня, считается наиболее практичным и эффективным вариантом, поэтому достаточно часто используется для тюнинга двигателей с целью увеличения их мощности.

Подшипники, внутри которых происходит вращение опорных шеек распредвала, располагаются на головке блока цилиндров. Если крепления шеек выходят из строя, для их ремонта используют ремонтные вкладыши распределительного вала.

Для того чтобы избежать осевого люфта, в конструкцию распределительного вала входят специальные фиксаторы. Непосредственно по оси вала проходит сквозное отверстие, предназначенное для смазки трущихся деталей. Это отверстие закрывается сзади при помощи специальной заглушки распределительного вала.

Важнейшей составной частью распредвала являются кулачки, количество которых указывает на количество впускных-выпускных клапанов. Кулачки отвечают за выполнение основной функции распределительного вала — регулирование фаз газораспределения двигателя и регулирование порядка работы цилиндров.

Каждый клапан оснащен кулачком. Кулачок набегает на толкатель, способствуя открыванию клапана. После того, как кулачок сходит с толкателя, мощная возвратная пружина обеспечивает закрывание клапана.

Кулачки распределительного вала находятся между опорными шейками. Газораспределительную фазу распредвала, зависящую от числа оборотов двигателя и от конструкции впускных-выпускных клапанов, определяют опытным путем. Подобные данные для конкретной модели двигателя можно найти в специальных таблицах и диаграммах, которые специально составляет производитель.

Как работает распределительный вал?

Конструктивно распредвал располагается в развале блока цилиндров. Зубчатая или цепная передача коленвала приводит в действие распредвал. Когда распределительный вал вращается, кулачки оказывают воздействие на работу клапанов. Данный процесс будет происходить правильно только в случае строгого соответствия с порядком работы цилиндров двигателя и с фазами газораспределения.

Для того чтобы были установлены соответствующие фазы газораспределения, на приводной шкив или на распределительные шестерни наносятся специальные установочные метки. Кроме этого, необходимо, чтобы кулачки распределительного вала и кривошипы коленчатого вала находились в строго определенном положении по отношению друг к другу.

Когда установка производится по меткам, удается достичь соблюдения правильной последовательности тактов — порядка работы цилиндров двигателя, который, в свою очередь, зависит от расположения самих цилиндров, а также от особенности конструкции коленчатого и распределительного валов.

Рабочий цикл двигателя

Рабочим циклом двигателя называется период, за время которого впускной и выпускной клапаны открываются по одному разу. Как правило, период проходит за два оборота коленвала. За это время распределительный вал, шестерня которого имеет в два раза больше зубьев, чем шестерня коленчатого вала, делает один оборот.

Количество распределительных валов в двигателе

На количество распредвалов непосредственно влияет конфигурация двигателя. Двигатели, которые отличаются рядной конфигурацией, а также имеют одну пару клапанов на цилиндр, оснащаются одним распределительным валом. Если для каждого цилиндра предусмотрено по четыре клапана, двигатель оборудуется двумя распредвалами.

Двигатели оппозитные и V-образные отличаются наличием одного распредвала в развале либо имеют два распределительных вала, каждый из которых находится в головке блока. Бывают и исключения из общепринятых правил, связанные в первую очередь с конструктивными особенностями двигателя.

Другие статьи

Грузовые автомобили «Урал» оснащаются системами регулирования давления воздуха в шинах, в которых применяются гибкие трубопроводы — шланги. О том, что такое шланги системы накачки шин, каких типов они бывают и как они устроены, а также об их выборе, замене и обслуживании читайте в данном материале.

В современных транспортных средствах предусмотрена вспомогательная система, обеспечивающая комфортное движение при осадках — стеклоочиститель. Привод данной системы осуществляется мотором-редуктором. Все об этом агрегате, его конструктивных особенностях, выборе, ремонте и замене — читайте в статье.

Современные транспортные средства оснащаются светосигнальными приборами, установленными в передней и задней части. Формирование светового пучка и его окрашивание в фонарях обеспечивается рассеивателями — все об этих деталях, их типах, конструкции, выборе и правильной замене читайте в данной статье.

Многие современные автомобили, особенно грузовые, оснащаются гидравлическим приводом выключения сцепления. Достаточный запас жидкости для работы главного цилиндра сцепления хранится в специальном бачке. Все о бачках ГЦС, их типах и конструкции, а также о выборе и замене этих деталей читайте в статье.

Распредвал автомобиля: понимание технической основы для выбора

Главная страница » Распредвал автомобиля: понимание технической основы для выбора

Распредвал (полная форма термина: распределительный вал) – неотъемлемая деталь автомобильного двигателя, посредством которой осуществляется переключение рабочих элементов клапанной группы. Распределительному валу отводится важная роль газораспределительного устройства, обеспечения синхронизации (тактирования) в процессе распределения рабочей топливной смеси ДВС (двигателя внутреннего сгорания). Рассмотрим эту компоненту автомобильного мотора в подробностях, дабы иметь в запасе точное представление по выбору в случае надобности.

Типичное исполнение распределительных валов автомобилей

Распространены в наибольшей степени два типа распредвалов автомобилей, в работе с которыми применяются:

1. Плоскостной толкатель.
2. Роликовый толкатель.

Ходовые плоскостные толкатели (подъёмники) распредвала традиционно присутствуют в конструкциях моторов типа V8. Буквальный смысл дизайна такой механической детали распредвала определяется плоскостной формой «лобной» области под контакт с кулачковым эксцентриком.

Однако эксцентрики под такую конфигурацию фактически не обладают идеальной плоскостной формой в области контактных поверхностей с толкателем. Форма эксцентриков здесь отмечена небольшой кривизной.

Один из многочисленных вариантов конструкции распределительных валов автомобильных моторов. В данном случае – это компонент автомобиля с дизельным двигателем

Другой вариант — роликовый толкатель, отличается тем, что этой конструкцией используется клапанный подъёмник распредвала, дополнительно оснащённый роликом. По сути, роликовый подъёмник выглядит подобно ходовому плоскостному толкателю, но при этом отмечается существенная разница в плане контакта с кулачком эксцентрика распредвала.

Эксцентриковым кулачкам под роликовые толкатели присущи утолщения выступов в зависимости от того, как роликовый подъёмник вступает в контакт. Стоит отметить, что распредвалы автомобильных моторов на основе эксцентриков под роликовые толкатели:

• снижают трение,
• увеличивают потенциал оборотов,
• позволяют использовать более высокое давление пружины клапана.

Профили эксцентриковых кулачковых выступов

Распредвалы на ходовых плоскостных толкателях способны выдерживать достаточно сильное давление пружины клапана. Этим давлением подъёмник выталкивается по направлению к кулачку.

Между тем, по мере увеличения давления пружины клапана на плоскостной кулачковый толкатель, естественным образом увеличивается износ рабочего выступа распредвала, находящегося в контакте.

Классическое исполнение толкателей (подъёмников) под эксцентриковые кулачки распределительного вала автомобильного мотора: А – плоскостной тип; В – роликовый тип

Этот момент является ограничивающим фактором по сравнению с исполнением распредвала на основе конфигурации эксцентриков под роликовые толкатели. Для создания большой мощности необходим кулачок, наделённый большой подъёмной силой, чтобы максимально широко открывать клапан.

Для увеличения подъёма клапана кулачком потребуется клапанная пружина более высокого давления. В этом смысле распредвал под роликовые толкатели имеет преимущество перед распредвалом с профилем для плоскостных кулачковых толкателей. Особенно важен этот фактор в случае задачи достижения более высокой мощности двигателя.

Рабочая высота кулачка распредвала автомобильного мотора

Важно знать о базовых вариациях прохода кулачков распредвала автомобильного мотора. Проход кулачка — это расстояние, на которое перемещается подъёмник (толкатель). Поскольку коромысло увеличивает перемещение толкателя, расстояние подъёма клапана отличается от расстояния прохода кулачка эксцентрика.

Отношение коромысла 1,5: 1 даёт 10 мм (0,4 дм) прохода кулачка эксцентрика и перемещает клапан в 1,5 раза больше относительно величины прохода. Соответственно, эксцентрик с проходом кулачка 10 мм (0,4 дм) переместит клапан на 15,2 мм (0,6 дм) при отношении коромысла 1,5: 1.

Распространённые формы профилей эксцентриков распределительных валов автомобильных двигателей с параметром «Peak (Gross) Lift» на уровне 0,475 дм для всех трёх вариантов

Рычаг качения (коромысло) с другим отношением изменит расстояние подъёма клапана, но не рабочий проход кулачка эксцентрика. Таким образом, в случае надобности вполне допустимо увеличить подъём клапана, используя увеличенное передаточное число. Увеличение прохода кулачка приведёт к большему открытию клапана. В свою очередь этот момент приведёт к увеличению пропускания топливной смеси (выхлопа) через двигатель.

Если планируется модернизировать эксцентрик для увеличения подъёмной силы, необходимо убедиться в том, что клапанные пружины способны работать на увеличенной подъёмной силе. Зазор между поршнем и клапаном, однако, может стать проблемой реализации такой цели. Нужно убедиться в наличии отмеченных возможностей, прежде чем приступать к реализации задуманного.

Что такое длительность (протяжка) распредвала мотора автомобиля?

Длительность (протяжка) распредвала — это измеренное время момента от начала открытия клапана до момента закрытия. Следует помнить – длительность (протяжка) измеряется в градусах по вращению коленчатого вала, но не по вращению распредвала. Спецификации распредвалов указывают параметр длительности (протяжки), обычно, оперируя значением измерения – 1,27 мм (0,050 дм).

График (характеристика) зависимости прохода эксцентрика (B) и типа толкателя (A), наглядно демонстрирующий преимущества роликовой конструкции толкателей. Синий цвет – плоскостной толкатель; Красный цвет – роликовый толкатель

Дело в том, что производители автомобильных распредвалов согласовали стандарт для измерения длительности движения любых видов эксцентриков. Идея состоит в том, чтобы измерить протяжку, начиная от точки прохождения 1,27 мм (0,050 дм) толкателя (подъёмника).

Другими словами: когда кулачок поднимает толкатель вверх и толкатель перемещается на расстояние 1,27 мм (0,050 дм), протяжка распредвала измеряется именно от этой точки.

Разделение эксцентриков распредвала (в градусах)

Распредвалы стандартных моторов V8 отмечаются расположением эксцентриков попарно: один впускной — один выпускной. Эти пары отличаются некоторым смещением одного элемента относительно другого. Эксцентричное разделение можно рассматривать как угол, измеренный в градусах между максимальным подъёмом пары кулачков.

Чтобы практически проверить разделение эксцентриков распредвала автомобиля, достаточно направить взгляд с торца этой детали и мысленно провести линию через центр наружу к точке максимального подъёма эксцентриков (выступ кулачков). Обычно разница составляет 104º — 115º.

Важно отметить, что разделение эксцентриков демонстрирует, как впускной клапан реагирует по отношению к выпускному клапану одного цилиндра автомобильного мотора. При этом такие детали, как эксцентриковый проход и длительность распредвала, описывают влияние каждого эксцентрика на клапаны.

Когда угол разделения уменьшается или увеличивается?

Разделение кулачковых эксцентриков распредвала является важной характеристикой, поскольку этот момент рассчитывает время действия впускного / выпускного клапанов. Если угол разделения эксцентриков распредвала равен 0º — впускной / выпускной клапаны открываются и закрываются одновременно.

Практически такого варианта, конечно, не существует, но подобное представление помогает лучше понять, что происходит, когда угол разделения уменьшается или увеличивается.

Угол разделения эксцентриков схемным вариантом: A — осевая линия впускного клапана; B – перекрытие; C — осевая линия выпускного клапана; D – базовый круг

Если угол разделения эксцентриков распредвала узкий, при движении (повороте) кулачка открывается один клапан. По мере вращения кулачка клапан начинает закрываться. Поскольку угол узкий, второй клапан в паре начинает открываться до того, как закрывается первый.

Насколько широко открыт первый клапан, когда второй клапан начинает открываться, зависит от разделения эксцентриков (и от формы контактных поверхностей) распредвала. Соответственно, узкий угол:

• увеличит давление в цилиндре,
• ухудшит работу двигателя на холостом ходу,
• уменьшит вакуум холостого хода.

Давление в цилиндре увеличивается, потому что после такта выпуска поршень втягивает воздух в цилиндр. Если впускной клапан открывается раньше, в цилиндр поступает больше воздуха.

Как рассчитать время закрытия / открытия клапанов?

Если разделение эксцентриков достигает определённого угла при повороте, открывается один клапан. По мере продолжения вращения распредвала этот клапан начинает закрываться. При достижении эксцентриком более широкого угла, второй клапан пары начинает открываться.

В момент достижения эксцентриком прямого угла, можно рассчитать время закрытия первого клапана до того, как начинает открываться второй клапан. Стоит помнить, что при более широком угле разделения:

• давление в цилиндре уменьшается,
• холостой ход приобретает плавную форму,
• увеличивается вакуум холостого хода.

Какой распредвал автомобиля оптимальный для выбора?

Распредвалы представляются сложными механизмами, расчёт и подбор которых сопровождаются несметными массивами цифр. Тем не менее, большинство производителей автомобильных распредвалов предоставляют автолюбителям возможности выбрать распределительный вал достаточно просто. Для правильного подбора достаточно следовать двум правилам:

1. 1. Если двигатель автомобиля собран профессиональным производителем двигателей, рекомендуется учитывать мнение и знания производителя для выбора.
   2. Самая распространенная ошибка выбора распредвала — выбор чрезмерно больших кулачков, что снижает производительность. Если выбирать между двумя распределительными валами, как правило, разумный вариант — выбор эксцентриков с кулачками малого размера.