Всё про распредвал (распределительный вал)

Задача кулачков

Это наиболее важный элемент в конструкции распредвала. Что такое кулачки? Это специальные металлические элементы, выполняющие роль рычага. Именно они воздействуют на толкатели, которые в свою очередь двигают клапана. Каждый кулачок отвечает за отдельный клапан. Принцип работы кулачков довольно простой. Вал под действием приводного механизма вращается. Так как кулачки намертво соединены со стержнем, они также приводятся в действие.


За счет особой формы в определенный момент кулачки давят на толкатель, после чего открывается клапан. далее последний закрывается, происходит рабочий такт. Перед выпуском газов из камеры, в работу включается второй кулачок. Он открывает уже выпускной клапан. Отметим, что конструкция кулачков у каждого производителя своя. От этого во многом зависят мощностные характеристики двигателя.

Конструкция

Распредвалы изготавливаются методом литья из чугуна или штамповки из стали и представляют собой комбинацию из следующих функциональных элементов:

  • опорные шейки;
  • кулачки.

Опорные шейки служат для установки распредвала в корпус двигателя и работают в паре с подшипниками скольжения, функцию которых могут выполнять вкладыши или втулки, изготовленные из антифрикционных сплавов.

Основными рабочими элементами являются кулачки, которые непосредственно взаимодействуют с приводом клапана, выполненного в виде толкателя или гидрокомпенсатора. От профиля кулачка зависит время, скорость, а также высота подъема  клапана.

Для обеспечения смазкой трущихся деталей, а также для создания масляного клина в парах скольжения, внутри распредвала выполняется полость, называемая масляным каналом. Через отверстия в кулачках масло поступает из полости, обеспечивая смазкой и сами кулачки и элементы привода клапана.

Поскольку фазы газораспределения связаны с рабочими тактами, привод распредвала производится непосредственно от коленчатого вала двигателя с использованием зубчатой, цепной или ременной передачи. Передаточное число выбирается таким образом, чтобы на два оборота коленвала приходился один оборот распредвала. Синхронизация обеспечивается на этапе сборки путем выставления приводных шестерен коленчатого и распределительного валов согласно меткам на блоке двигателя.

Устройство и конструкция конкретного двигателя определяет место установки распредвала. Так различают двигатели со следующими положениями распредвала:

  • нижнее;
  • среднее;
  • верхнее.

От того, где находится распредвал, зависит устройство и состав всего газораспределительного механизма. Однако, чем дальше распредвал располагается от клапанов, тем больше деталей используется для их привода, тем самым увеличивая общую инерционность системы. Поэтому в современных двигателях используется верхнее расположение распредвала, что обеспечивает снижение масс и увеличение жесткости всей конструкции.

Отличаются двигатели и по количеству распредвалов. Так при использовании одной пары клапанов на цилиндр достаточно одного вала в ГБЦ рядного двигателя или в развале V-образного двигателя. Тогда как использование двух пар клапанов уже предполагает установку двух распредвалов в рядном или четырех в V-образном двигателе.

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.

Технические условия на контроль, сортировку и восстановление распределительных валов

Контроль размеров кулачков и опорных шеек распределительного вала осуществляется с помощью приспособления, показанного на рис. 50, а размеры кулачков указаны в табл. 28.

Технологические условия на контроль, сортировку и восстановление распределительных валов представлены в табл. 29.


Рис. 50. Приспособление для контроля профиля кулачков и опорных шеек распределительного вала:

а — профиль кулачка, б — расположение впускных кулачков; в — расположение выпускных кулачков; Вп — впускной кулачок; Вып — выпускной кулачок; 1 — основание приспособления; 2,9 — центры; 3 — диск с градуировкой, град; 4 — указательная стрелка, закрепленная на шейке распределительного вала; 5 — ножка индикатора; 6 — стойка индикатора; 7 — индикатор, 8 — распределительны вал

Последовательность контроля распределительного вала следующая:

  • проверить вал на отсутствие трещин и отколов кулачков;
  • радиальное биение средних опорных шеек относительно передней и задней опорных шеек; проверить износ шейки под шестерни;
  • кулачков по высоте;
  • цилиндрической части кулачков;
  • передней и средней шеек;
  • задней шейки.

28. Размеры кулачков распределительного вала КамАЗ-740

Выпускных Впускных
а° Л мм а° h, мм а° h, мм а° Л, мм Л, мм а° а° Л, мм
99 0,000 128 0,656 150 5,142 94 0,000 126 0,967 152 5,901
104 0,019 132 1,235 156 6,163 100 0,027 130 1,663 160 6,939
110 0,088 138 2,562 164 7,200 108 0,138 134 2,520 170 7,769
114 0,156 140 3,034 174 7,929 116 0,300 140 3,788 176 8,005
118 0,236 148 4,759 180 8,050 120 0,419 146 4,922 180 8,050

Примечание: а — угол поворота кулачка; h — высота подъема профиля кулачка.

Сделать заключение о годности распределительного вала и о способе восстановления распределительного вала.

Деталь № 740.1006015.

Материал: сталь 18ХГТ

Твердость опорных шеек, кулачков и торца распределительного вала: HRC 58—63

29. Технические условия на контроль, сортировку и восстановление распределительного вала

Возможные дефекты Способ установления дефекта и средства контроля Размер, мм Рекомендации по устранению дефектов
по рабочему чертежу допустимый без ремонта
Трещины Дефектоскоп Браковать
1 Отколы по торцам вершин кулачков Штангенциркуль 1-125-0,10 Зачистить острие кромки, браковать при отколах более 3 мм
2 Уменьшение цилиндрической части кулачков Скоба 36,00 в=8,05±0,1 а=37±0,05 в=7,9 а=36,00 Шлифовать по копиру, браковать при уменьшении размера в менее 44,5 мм
3 Износ впускных и выпускных кулачков по высоте (в—а)
4 Износ передней и средней опорных шеек. Скоба CP 50-75 54 53,89 Шлифовать под ремонтный размер
Размеры:
I ремонтный 53,69 53 53,89
II ремонтный 53,49 53,6 53,49
5 Погнутость распределительного вала Приспособление для контроля погнутости вала Биение средних шеек не более 0,025 0,04 Править
6 Износ задней опорной шейки. Скоба CP 25-50 42 41,93 Шлифовать под ремонтный размер
Размеры:
I ремонтный 41,73 41,8 41,73
II ремонтный 41,53 41,6 41.73
7 Износ шейки под шестерню Скоба 35.01 35 35,01 Осталивать
8 Износ шпоночного паза Калибр 5 5 5 Фрезеровать новый паз под углом 180° к изношенному

Технологический процесс восстановления распределительных валов

Технологический процесс восстановления распределительных валов включает следующие операции: мойку распределительного вала, снятие шестерни, правку и проверку биения распределительного вала, шлифовку шеек вала под ремонтный размер, контроль размеров шеек, шлифовку кулачков цилиндров, контроль профиля кулачков, изготовление паза под шпонку, установку шестерен, сдачу распределительного вала ОТК.

Восстановление опорных шеек распределительного вала производится шлифованием под ремонтный размер, а его кулачков — шлифованием по копиру с целью восстановления профиля кулачков на копировально-шлифовальных станках ЗА433 шлифовальным кругом ПП 600X20X305 марки Э46—60 СМ1—СМ2К. После шлифования шейки и кулачки распределительного вала полируются полировальной лентой ЭБ220 или пастой ГОИ № 10.

Режимы шлифования опорных шеек и кулачков распределительного вала приведены в табл. 30.

30. Режимы шлифования опорных шеек и кулачков распределительного вала

Шлифование Операция Вращение шлифовального круга
Окружная скорость, м/мин Частота вращения, мин-1
Опорных шеек Черновая 30—35 955
Чистовая 30—35 955
Кулачков Черновая 25—30 796
Чистовая 25—30 796

Ремонт постели распредвала своими силами АвтоНоватор

Здравствуйте, уважаемые автомобилисты! Вдруг возникла неприятно-непонятная ситуация. Начав проводить тюнинг двигателя путем замены распредвала, или ремонта головки блока цилиндров, для устранения каких-то неисправностей, вдруг выясняется, что происходит зажимание распредвала.

Причины износа постели распредвала

Вроде бы никаких видимых дефектов: шейки в норме, блок двигателя в порядке, вкладыши заменены. Паниковать нет причин. Проведем дефектовку постели распредвала.

Ремонт или восстановление постели распредвала своими силами возможно лишь в части, касающейся выявлению неисправностей и съёму постели. Ремонт, восстановление постели придётся выполнять на станке. Такова особенность этой детали. Но, давайте по порядку.

Причины выхода из строя постели распредвала, напрямую влияют и на возникновение неисправностей шеек распредвала.

  • относительно долгий срок службы двигателя;
  • «масляное голодание». Проще говоря, работа двигателя определенное время с недостаточным уровнем моторного масла;
  • отсутствие определенного масляного давления в двигателе;
  • двигатель работает со старым или засорившимся масляным фильтром;
  • разжижение масла, происходящее из-за попадания в него топлива;
  • перегрев двигателя, и не обязательно он может быть явным (когда пар над капотом до неба).

Для того, чтобы принять решение о том, что нужно: замена, ремонт, восстановление постели распредвала, необходимо провести элементарную проверку состояния постели.

Проверка диаметров производится при помощи индикаторного нутромера, который настроен на определенный размер.


Полученные результаты вы сравниваете с теми параметрами, которые указаны в мануале от производителя. Кстати, данную операцию очень желательно выполнять и тогда, когда вы решили произвести замену штатного распредвала на тюнинговый распредвал.

После получения результатов и сравнения их с требуемыми, нужно принимать решение. Вариантов всего два: замена постели и ремонт (восстановление) постели распредвала. Третьего не дано. Мы не станем вам описывать последствия того, как неисправная постель распредвала, в итоге, приводит к необходимости капитального ремонта двигателя или замене головки блока цилиндров.

Ремонт постели распредвала

Восстановление постели распредвала своими силами, как уже говорилось, сводится к тому, что вы определяете неисправность и снимаете постель. Затем вы везёте её в мастерскую, где существует специальный станок, на котором можно провести расточку или хонингование постели распредвала. Станки для восстановления постели распредвала относятся к разряду постельно-расточных.

Желательно для консультации и подготовки везти и ГБЦ. Это связано с тем, что перед ремонтом постели ГБЦ потребует специальной обработки – напыления алюминиево-цинкового порошка.

Восстановление постели распредвала проводится одним из двух способов: расточка или хонингование. Саму технологию вам вряд ли будет интересно знать. Специалист, работающий на данном станке, доводит поверхность постели до требуемых параметров.

При этом вам скажут, возможен ли ремонт постели распредвала, или проще и эффективней будет произвести замену постели на новую.

https://youtube.com/watch?v=7NYwV6NXP3w

Параллельно с ремонтом постели распредвала

Вы помните, какие причины приводят к выходу из строя постели распредвала. Поэтому, расточка постели является всего лишь шагом в комплексе ремонтно-диагностических работ. Попутно вам придётся выяснить и устранить причину возникновения неисправности постели распредвала.

А для этого нужно:

  • диагностировать систему смазки в т.ч. и масляного насоса;
  • провести чистку и промывку масляных каналов блока и ГБЦ;
  • проверка системы охлаждения двигателя;
  • проверка топливной системы.

Естественно, при обнаружении неисправностей – ремонт для того, чтобы исключить в дальнейшем возникновение причин выхода из строя постели распредвала.

Удачи вам при ремонте постели распредвала.

Устройство и принцип работы распредвала

Устройство распредвала

1 – распредвал для впускных клапанов; 2 – распредвал для выпускных клапанов; 3 – упор; 4 – рабочая (верхняя) часть кулачка; 5 – шейка распредвала; 6 – нижняя часть кулачка.

Конструкция распредвала обычно цельная, весь он выточен из одной металлической заготовки. Можно выделить несколько важных элементов:

  1. Кулачки. Так называют выступы в форме капли, «нанизанные» на ось вала. Их функция – постоянный контакт с толкателями клапанов, причем для каждого клапана предназначен свой отдельный кулачок. При повороте вала выступ «капли» нажимает на толкатель, открывая клапан в строго определенный момент на заданное время.
  2. Опорные шейки. Это участки вала, оснащенные подшипниками, на которые он, собственно, и опирается при установке на двигатель. Торцы вала оснащены сальниками для герметизации стыка с корпусом двигателя.
  3. Масляные каналы. Это отверстия, через которые моторное масло подходит к элементам распредвала, испытывающим самое большое трение: опорным подшипниками и кулачкам. Без моторного масла в таком режиме работы распредвал прослужил бы совсем недолго.

В редких случаях кулачки «нанизаны» на вал, так что получается не цельная, выточенная из одной болванки конструкция, а сборная система. В настоящее время такие распредвалы встречаются редко.

Принцип работы

Принцип работы распредвала в ГРМ

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.

Существует закономерность: на два полных оборота коленвала приходится один оборот распредвала. Причина – в механизме открытия клапанов. В двигателе два цикла из четырех проходят при закрытых клапанах, поэтому нужен один оборот распредвала для их открытия.

Вращаясь синхронно с оборотами двигателя, распредвал открывает клапана подачи воздуха и выхода выхлопных газов на определенное время, которое зависит от настроек двигателя. Дополнительные регулировки того, как работает двигатель, реализуются с помощью дроссельной заслонки, управления системой впрыска и т.д.


Ниже, на видео-уроке, детально описано принцип работы газораспределительного механизма (ГРМ) и роль распредвала в нем.

Характерные неисправности

Будет справедливо назвать распределительный вал достаточно надёжным и долговечным элементом двигателя. Зачастую деталь изнашивается только к моменту первого серьёзного ремонта силовой установки. Для автомобилистов, в распоряжении которых оказался двигатель без наличия гидрокомпенсаторов, рекомендуется каждые 10-15 тысяч километров проверять зазоры распределительного вала, оснащённого рокерами, и настраивать их по мере необходимости. Вне зависимости от типа ДВС, во всех моторах обязательно в процессе эксплуатации контролируется степень натяжения цепи или ремня газораспределительного механизма. Они более ограничены по сроку своей службы, чем сам распредвал. Распределительные валы относятся к трущимся деталям двигателя, а потому наиболее опасным явлением для них считается механический износ. Ещё одной характерной неисправностью для распредвала считается выход из строя подшипника, разрушение и деформация сальника. Если элементы распредвала выходят из строя, это запускает цепную реакцию, в результате которой ломаются иные компоненты силовой установки. Поломка распредвала обычно обусловлена:

  • естественным износом элемента;
  • низким давлением масла в смазочной системе;
  • использованием низкокачественных масел;
  • дефицитом масла в системе;
  • нарушением температурного режима работы двигателя;
  • механическими повреждениями.

В случае с механическими повреждениями чаще всего ломаются натяжные ролики и ремни распредвала, которые ограничены по сроку службы. Когда происходит разрыв ремня газораспределительного механизма, сами распредвалы могут серьёзно пострадать. В итоге можно выделить несколько наиболее часто встречающихся поломок в конструкции распределительных валов:

  • механическая поломка компонентов;
  • износ подшипников;
  • износ кулачков;
  • деформация вала.

Всё это не обязательно происходит сугубо по причине естественного износа. Многие автомобилисты сталкиваются с проблемой заводского брака. Тут речь идёт о недостатках конструкции, ошибках в проектировании или использовании некачественных компонентов при изготовлении распределительного вала. Но это в основном встречается на бюджетных автомобилях. Определить неисправность, возникшую в распределительном валу, можно по характерному стуку. Он появляется при возникновении рассмотренных поломок и неисправностей. Но не всегда причина стука именно в самом распредвале. Также посторонние стуки иногда возникают, если автомобилист залил в двигатель плохое или не подходящее этому мотору моторное масло, либо подача топлива не была должным образом отрегулирована после вмешательства в систему по причине ремонта или замены компонентов.

Всё это приводит к потере синхронности в процессе работы клапанов цилиндров двигателя и кулачков. В результате мотор теряет свою мощность, начинает потреблять значительно больше топлива, а также отмечается нестабильная работа в разных режимах. Во многом жизнеспособность и продолжительность эксплуатации распределительного вала зависит от грамотности эксплуатации двигателя. Если соблюдать все правила по обслуживанию и содержанию мотора, распредвал сможет проработать в течение всего срока службы двигателя вплоть до капитального ремонта. Иногда, даже после капитального восстановления, старый распределительный вал остаётся в хорошем состоянии, что позволяет и дальше его использовать.

Замена распределительных валов на двигателях внутреннего сгорания является крайне ответственной и сложной задачей. Она требует проведения обязательной предварительной проверки и доработки поверхностей по мере необходимости. Если этого не сделать, уже новый распредвал начнёт очень быстро изнашиваться. В конечном итоге он за короткий срок полностью выйдет из строя

Специалисты отмечают, что при возникновении необходимости замены в двигателе его распределительного вала, крайне важно параллельно заменить все элементы, работающие в непосредственном контакте с распредвалом

Виды

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:

  • с нижним расположением;
  • с верхним размещением.

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 валов

Отдельно рассматриваются виды двигателей в зависимости от того, сколько распределительных валов предусмотрено в их конструкции. Если заглянуть в подкапотное пространство современного силового агрегата, можно встретить несколько вариантов:

  • Газораспределительные механизмы (ГРМ), оснащённые только одним распредвалом;
  • ГРМ, конструкция которых включает пару распределительных валов;
  • Двигатели, где используется более 2 распредвалов.

Именно первые два типа двигателей внутреннего сгорания, где газораспределительный механизм включает 1 или 2 распредвала, являются наиболее популярными и распространёнными. Зачастую количество распредвалов зависит напрямую от количества клапанов на цилиндр. Если у двигателя конструкция предусматривает от 3 и более клапанов, которые приходятся на 1 цилиндр, то здесь скорее всего будет использовать двухраспредвальная схема. Несмотря на наличие таких правил и закономерностей, исключения встречаются всегда и везде. Компания Mitsubishi из Японии выпускает модель Lancer, под капотом которого может размещаться рядный четырёхцилиндровый двигатель, именуемый как 4G18. На каждом цилиндре здесь сразу 4 клапана, но распределительный вал используется всего один. А если взять в качестве примера модель гиперкара Veyron производства компании Bugatti, то есть конструкторы предусмотрели сразу 4 распределительных вала на двигателе.

Есть и другие примеры несколько иного подхода к использованию распредвала и его конструкции. Японские инженеры из компании Honda для своей системы под названием VTEC придумали оригинальный ход. Здесь сразу несколько кулачков отвечают за регулировку высоты поднятия только одного клапана. То есть на каждый из клапанов приходится по несколько рабочих кулачков. Инженеры постоянно работают над усовершенствованием систем газораспределения, повышают эффективность работы ГРМ, меняют фазы. Всё это позволяет повысить производительность двигателя, поднять его максимальную скорость, обеспечить лучшее ускорение. При этом не забывают о вопросах экономии топлива.

OHC и DOHC — что это значит

Распределительный вал Volkswagen Beetle: Кулачок (слева) передает движение через длинный плунжер на коромысло клапана

В современных двигателях используются только верхние распределительные валы (OHC = верхний распределительный вал). Часто в современных моторах установлено два распредвала. Один служит для впускных клапанов, второй отвечает за выпускные клапана (DOHC = двойной верхний распределительный вал).

В старых моторах двигатели были сконструированы, как правило, с одним распредвалом. Также в них клапаны в головке блока управлялись плунжерами. Эта конструкция моторов приводит к большому механическому трению, что делает силовые агрегаты этого типа менее эффективными и менее мощными.

Ниже в графической анимации вы можете увидеть, как два распредвала работают в современном четырехцилиндровом двигателе (принцип DOHC).


С этим читают