Вал распределительный: ключевой элемент механизма газораспределения
Практически во всех четырехтактных поршневых моторах внутреннего сгорания присутствует газораспределительный механизм на основе распределительного вала. Все о распредвалах, их существующих типах, конструкции и особенностях работы, а также о верном выборе и замене валов читайте в предложенной статье.
Назначение распределительного вала и его место в силовом агрегате
Распределительный вал (РВ, распредвал) — компонент газораспределительного механизма (ГРМ) поршневых четырехтактных двигателей внутреннего сгорания, управляющий процессом газообмена; металлический вал с отформированными кулачками специального профиля, обеспечивающий открытие и закрытие клапанов с целью впуска в цилиндр горючей смеси или воздуха и выпуска отработавших газов в соответствии с движением поршней и работой всех цилиндров.
ГРМ является одной из основных систем поршневого ДВС, благодаря ему обеспечивается подача в цилиндры топливовоздушной смеси (в карбюраторных моторах) или воздуха (в инжекторах и дизелях), и выпуск из цилиндров отработавших газов только в строго определенные моменты. Газообмен осуществляется посредством клапанов, встроенных в каждый цилиндр, а их привод и синхронизация работы с кривошипно-шатунным механизмом и иными системами силового агрегата осуществляется одной деталью — распределительным валом.
На РВ возлагается ряд ключевых функций:
- Привод (прямой или косвенный через промежуточные детали) впускных и выпускных клапанов;
- Обеспечение синхронной работы ГРМ с другими системами силового агрегата;
- Обеспечение открытия и закрытия впускных и выпускных клапанов в соответствии с заданными фазами газораспределения (для впуска и выпуска газов при определенном угле поворота коленчатого вала относительно ВМТ и начала/конца тактов);
- В некоторых случаях — привод различных механизмов и узлов, в том числе и работающих синхронно с ГРМ (прерывателя-распределителя зажигания, маслонасоса и др.).
Основная роль, которую играет РВ, сводится к управлению работой клапанов ГРМ в соответствии с расчетными фазами газораспределения данного конкретного силового агрегата. Благодаря особой конструкции распредвал обеспечивает открытие и закрытие всех клапанов только в нужные моменты времени, задает углы их перекрытия на определенных тактах, и т.д. Именно благодаря распредвалу обеспечивается нормальная работа мотора на всех режимах. Изношенный, деформированный или поврежденный распределительный вал нарушает функционирование силового агрегата или полностью выводит его из строя, такой вал требует незамедлительной замены. Но прежде, чем покупать новую деталь, следует разобраться в существующих типах РВ, их устройстве и применяемости.
Типы, устройство и характеристики распределительных валов
Устройство распределительного вала
В общем случае РВ выполнен в виде металлического вала малого диаметра, на котором отформировано несколько элементов:
- Кулачки;
- Опорные шейки;
- Шестерня и/или эксцентрик привода различных механизмов;
- Носок для монтажа приводного шкива/шестерни.
Основные элементы распредвала — кулачки, количество которых в двигателе без механизма изменения фаз соответствует общему числу клапанов (как на впуске, так и на выпуске). Кулачки имеют сложный каплеобразный профиль, при вращении РВ кулачки набегают и сбегают с толкателей, обеспечивая тем самым привод клапанов. За счет особенностей профиля кулачков достигается не просто открытие и закрытие клапанов, но также поддержка их в открытом состоянии в течение определенного времени, перекрытие в соответствии с фазами, и т.д.
Вершины всех кулачков смещены друг относительно друга, чем обеспечивается последовательная работа всех цилиндров в соответствии с определенным для конкретного силового агрегата порядком. В РВ для четырехцилиндровых двигателей вершины кулачков одного цилиндра смещены на 90 градусов, для шестицилиндровых — на 60 градусов, для восьмицилиндровых V-образных — на 45 градусов, и т.д. Однако часто можно встретить исключения, обусловленные конструктивными особенностями мотора.
РВ устанавливается в блок или головку двигателя посредством опорных шеек в специально предназначенные для этого отверстия или постели. Опирается РВ на разъемные (вкладыши) или неразъемные (втулки) подшипники качения, изготовленные из специальных сплавов с низким коэффициентом трения. В подшипниках выполняются отверстия для подачи к шейкам моторного масла из общей системы смазки двигателя. В подшипнике одной из шеек (обычно передней или задней) выполняется упорное кольцо или иное фиксирующее устройство, предотвращающее осевые перемещения РВ.
В любом удобном месте РВ может формироваться косозубая шестерня или эксцентрик для привода различных агрегатов. С помощью шестерни обычно реализуется привод масляного насоса или трамблера, а с помощью эксцентрика — привод масляного насоса. На некоторых типах РВ присутствуют оба этих элемента, на современных моторах, напротив, этих элементов нет вовсе.
В передней части вала располагается носок, на который посредством шпонки и болта монтируется приводной шкив или шестерня. Здесь же может располагаться съемный противовес, который обеспечивает балансировку распредвала при наличии на нем эксцентрика привода насоса или иных несимметричных деталей.
Распределительные валы различных типов двигателей
РВ делятся на несколько групп по способу установки и количеству в одном моторе, типу привода, применяемости в различных типах ГРМ и некоторым конструктивным особенностям.
По способу установки распредвалы делятся на две основных группы:
- Установка непосредственно в блоке двигателя (моторы с нижним расположением вала);
- Установка в головке блока (моторы с верхним расположением вала).
Обычно в нижних валах нет дополнительных элементов, их смазка выполняется за счет масляного тумана в картере и подачей масла под давлением к опорным шейкам через втулки. В верхних валах часто присутствует продольный канал и выполнены поперечные сверления в опорных шейках — так обеспечивается смазка шеек подачей масла под давлением.
В двигателе может быть один или два РВ, в первом случае один вал обеспечивает привод всех клапанов, во втором случае один вал обеспечивает привод только впускных клапанов, второй — только выпускных. Соответственно, на общем РВ количество кулачков соответствует числу всех клапанов, а на каждом из раздельных РВ количество кулачков вдвое меньше общего числа клапанов.
Привод РВ может осуществляться с помощью ремня, цепи или шестерни, непосредственно связанной с шестерней коленчатого вала. Сегодня чаще всего используются первые два типа приводов, так как шестереночный привод менее надежен и сложен в регулировке (требует значительной разборки агрегата для выставления фаз или для ремонта).
Наконец, все РВ можно разделить на две группы по виду газораспределительного механизма, в котором они могут функционировать:
- Для двигателей с обычным ГРМ;
- Для агрегатов с ГРМ с изменяемыми фазами газораспределения.
В распредвалах второго типа могут присутствовать дополнительные кулачки, смещенные на небольшой угол относительно основного кулачка — с их помощью осуществляется привод клапанов при изменении фазы. Также эти валы могут иметь специальные элементы для поворота, смещения всей детали вдоль оси, и т.д.
Распределительный вал и его место в ГРМ
РВ всех типов и конструкций изготавливаются из стали или чугуна, поверхности кулачков стальных РВ дополнительно проходят термическую обработку (закалку токами высокой частоты), кулачки чугунных РВ подвергаются отбелу (отбеливанию увеличением скорости охлаждения отливки) — этим достигается увеличение износостойкости деталей. Готовые валы балансируются для снижения биений, и лишь затем устанавливаются на двигатель или поступают в торговые сети.
Как верно выбрать и заменить распределительный вал
Распредвал со временем подвергается износу, на его кулачках образуются сколы и наклеп, а в определенных условиях деталь частично или полностью разрушается. Во всех этих случаях вал следует заменить на новый. Данная работа требует значительной разборки двигателя и выполнения дополнительных операций по регулировке, поэтому ее лучше доверить специалисту или автосервису.
На замену необходимо брать распредвал только того типа и модели, что был установлен на двигателе ранее. Зачастую с целью тюнинга или улучшения работы мотора используются валы с иным профилем и расположением кулачков, однако такую замену следует делать только после выполнения необходимых расчетов. Также вместе с валом необходимо покупать новые втулки или вкладыши, иногда требуется менять шкив, шестерню привода трамблера и другие детали. Работы по замене вала нужно выполнять только в соответствии с инструкцией по ремонту двигателя, после этого проводится обкатка.
При верном выборе и замене распредвала весь ГРМ двигателя будет работать надежно и уверенно, обеспечивая функционирование силового агрегата на всех режимах.
