Все про розподільний вал двигуна

Розподільчий вал двигуна

Для стабільної роботи двигуна внутрішнього згоряння кожна його деталь відіграє важливу функцію. Серед них - розподільний вал. Розглянемо, яка його функція, які несправності зустрічаються, і в яких випадках він потребує заміни.

Що таке розподільник

У двигунах внутрішнього згоряння з чотиритактним типом роботи розподільний вал - невід'ємний елемент, без якого в циліндри не надходитиме свіже повітря або повітряно-паливна суміш. Це вал, встановлений голівці блоку циліндрів. Він потрібен, щоб своєчасно відкривалися впускні та випускні клапани.

На кожному розподільчому валу є кулачки (каплеподібні ексцентрики), які натискають на штовхач поршня, відкриваючи відповідний отвір у камері циліндра. У класичних чотиритактних двигунах завжди використовуються розподільні вали (їх може бути два, чотири або один).

Принцип роботи

З торцевої частини розподільного валу закріплений шків приводу (або зірочка залежно від типу приводу ГРМ). На нього надягається ремінь (або ланцюг, якщо встановлена ​​зірочка), який з'єднаний зі шківом або зірочкою колінчастого валу. У процесі обертання коленвала через ремінь або ланцюг на привід розподільного валу надходить момент, що крутить, завдяки чому цей вал провертається синхронно з коленвалом.

У поперечному розрізі розподільного валу видно, що кулачки на ньому мають форму краплі. Коли розподільний вал провертається, кулачок витягнутою частиною натискає на штовхач клапана, відкриваючи впускний або випускний отвір. При відкритті впускних клапанів в циліндр надходить свіже повітря або повітряно-паливна суміш. Коли відкриваються випускні клапани, з циліндра видаляються гази, що відпрацювали.

Особливість конструкції розподільного валу дозволяє завжди в потрібний момент відкривати/закривати клапани, забезпечуючи ефективний газорозподіл у моторі. Тому ця деталь так і називається – розподільний вал. При зміщенні моменту обертання валу (наприклад, при розтягнутому ремені або ланцюгу) клапани відкриваються не відповідно до такту, що виконується в циліндрі, що призводить до нестабільної роботи ДВС або взагалі не дає можливість йому працювати.

Де розташований распредвал?

Розташування розподільного вала залежить від особливостей конструкції мотора. У деяких модифікаціях він знаходиться внизу, під блоком циліндрів. Найчастіше зустрічаються модифікації моторів, распредвал яких знаходиться в голівці блоку циліндрів (зверху ДВС). У другому випадку ремонт і настройка механізму газорозподілу набагато легше, ніж в першому.

Модифікації двигунів V-подібної форми оснащуються ГРМ, який розташований в розвалі блоку циліндрів, а іноді окремий блок оснащується своїм газорозподільним механізмом. Сам розподільний вал фіксується в корпусі підшипниками, що дозволяє йому постійно і плавно обертатися. У оппозітних моторах (або боксер) конструкція ДВС не дозволяє встановити один распредвал. У цьому випадку на кожну сторону встановлюється свій газорозподільний механізм, але їх робота синхронізується.

функції распредвала

Шток - елемент ГРМ (газорозподільного механізму). Він визначає порядок тактів мотора і синхронізує відкривання / закривання клапанів, які подають в циліндри повітряно-паливну суміш і відводять відпрацьовані гази.

Газорозподільний механізм працює за наступним принципом. У момент запуску двигуна стартер провертає колінчастогоі валу. Шток приводиться в рух за допомогою ланцюга, ременя, посадженого на шків коленвала або шестерень (у багатьох старих американських автомобілях). У циліндрі відкривається впускний клапан, і в камеру згоряння надходить суміш бензину і повітря. В цей же момент датчик коленвала подає імпульс на котушку запалювання. У ній генерується розряд, який йде на свічку запалювання.

До моменту, коли з'являється іскра, обидва клапана в циліндрі закриті, а паливна суміш стиснута. Під час загоряння утворюється енергія, і поршень переміщається вниз. Так колінвал провертається і приводить в рух розподільний вал. У цей момент він відкриває випускний клапан, через який виходять відпрацьовані в процесі горіння гази.

Шток завжди відкриває потрібний клапан на конкретний проміжок часу і на стандартну висоту. Завдяки своїй формі цей елемент забезпечує стабільний цикл зміни тактів в моторі.

Детально про фазах відкриття і закриття клапанів, а також про їх налаштування, показано в даному відео:

Фази на распредвалах, яке перекриття виставити? Що таке "фаза распредвала"?

Залежно від модифікації двигуна в ньому може стояти один або кілька розподілвалів. У більшості автомобілів ця деталь розміщена в головці блоку циліндрів. Вона приводиться в рух за рахунок обертання колінчастого вала. Ці два елементи з'єднуються за допомогою ременя, ланцюзі ГРМ або шестеренчатой ​​передачі.

Найчастіше одним распредвалом оснащені ДВС з рядним розташуванням циліндрів. Більшість таких двигунів має по два клапани на циліндр (один впускний, а інший випускний). Зустрічаються також модифікації з трьома клапанами на циліндр (два на впуск, один на випуск). Двома валами частіше комплектуються двигуни, в яких на один циліндр доводиться по 4 клапана. У оппозітних ДВС і з V-подібною формою теж встановлюється два розподільних вала.

Мотори з одним валом ГРМ мають просту конструкцію, що призводить до зниження вартості агрегату в процесі виготовлення. Такі модифікації легше обслуговувати. Їх завжди встановлюють на бюджетні автомобілі.

На більш дорогих модифікаціях двигунів деякі виробники встановлюють другий распредвал для зменшення навантаження (в порівнянні з варіантами ГРМ з одним валом) і в деяких моделях ДВС для забезпечення зсуву фаз розподілу газів. Найчастіше така система зустрічається в автомобілях, які повинні відрізнятися спортивними характеристиками.

Шток завжди відкриває клапан на конкретний проміжок часу. Щоб поліпшити ефективність мотора на підвищених обертах, необхідно змінити цей інтервал (двигуну потрібно більше повітря). Але при стандартному налаштуванні газорозподільного механізму при підвищених обертах коленвала впускний клапан закривається раніше, ніж в камеру надійде потрібний об'єм повітря.

У той же час, якщо встановити спортивний распредвал (кулачки на довше і на іншу висоту відкривають впускні клапани), на низьких оборотах двигуна є велика ймовірність, що впускний клапан відкриється ще до того, як закриється випускний. Через це частина суміші потрапить у вихлопну систему. Як результат - втрата потужності на низьких швидкостях і підвищення токсичності вихлопів.

Найпростіша схема для досягнення такого ефекту - встановити распредвал з функцією прокручування на певний кут щодо коленвала. Цей механізм дозволяє здійснити раннє і пізнє закриття / відкриття впускних і випускних клапанів. На оборотах до 3500 він буде перебувати в одному положенні, а коли цей поріг долається, вал трохи провертається.

Кожен виробник, який оснащує свої автомобілі такою системою, в технічній документації вказує власне маркування. Наприклад, Honda вказує VTEC або i-VTEC, Hyundai - CVVT, Fiat - MultiAir, Mazda - S-VT, BMW - VANOS, Audi - Valvelift, Volkswagen - VVT і ін.

На сьогоднішній день з метою підвищення продуктивності силових агрегатів розробляються електромагнітні і пневматичні бескулачковие системи газорозподілу. Поки такі модифікації дуже дорогі у виробництві і обслуговуванні, тому їх ще не встановлюють на серійні автомобілі.

Крім розподілу тактів двигуна дана деталь надає руху додаткове обладнання (залежить від модифікації двигуна), наприклад, масляний і паливний насоси, а також вал трамблера.

конструкція распредвала

Розподільні вали виготовляються шляхом кування, цільного лиття, полого лиття і останнім часом з'явилися трубчасті модифікації. Мета зміни технології створення - полегшити конструкцію для отримання максимальної ефективності роботи мотора.

Шток виготовляється у вигляді стрижня, на якому є такі елементи:

• Шкарпетка. Це передня частина вала, в якому зроблений паз для шпонки. Тут встановлюється шків приводу ГРМ. У разі ланцюгової передачі на його місці встановлюється зірочка. Ця деталь фіксується з торця болтом.
• Шийка сальника. На ній кріпиться сальник, запобігає витікання мастила з механізму.
• Опорна шийка. Кількість таких елементів залежить від довжини стержня. На них кріпляться опорні підшипники, що знижують силу тертя під час обертання стрижня. Ці елементи встановлюються у відповідні пази в головці блоку циліндрів.
• Кулачки. Це виступи, що мають форму застиглої краплі. Під час обертання вони штовхають штангу, приєднану до коромисла клапана (або сам штовхач клапана). Кількість кулачків залежить від числа клапанів. Їх розмір і форма впливає на висоту і тривалість відкриття клапана. Чим гостріше буде вершина, тим швидше закриється клапан. І навпаки - пологий край трохи затримує клапан у відкритому стані. Чим тонше буде вісь кулачка, тим нижче опуститься клапан, що збільшить обсяг палива і прискорить відведення відпрацьованих газів. За формою кулачків визначається тип фаз газорозподілу (вузькі - на знижених оборотах, широкі - на підвищених). 
• Масляні канали. Усередині вала зроблено наскрізний отвір, за яким на кулачки (на кожному зроблено невелике вихідний отвір) подається масло. Це запобігає передчасному стирання штанг штовхачів і вироблення на площинах кулачків.

Якщо в конструкції двигуна використовується один распредвал, то кулачки в ньому розташовані так, щоб один комплект рухав впускні клапани, а трохи зміщений набір - випускні. У двигунах, циліндри яких оснащені двома клапанами на впуск і двома на випуск, встановлюється два розподільних вала. У цьому випадку один відкриває впускні клапани, а інший - випуск відпрацьованих газів.

Види

Здебільшого розподільники немає кардинальних відмінностей друг від друга. Кардинально у різних моторах відрізняються газорозподільні механізми. Наприклад, в системах ОНС розподільний вал встановлюється в головку блоку циліндрів (над блоком), і безпосередньо надає руху клапани (або через штовхачі, гідрокомпенсатори).

У газорозподільних механізмах типу OHV розподільний вал знаходиться поруч із колінвалом внизу блоку циліндрів, а клапани наводяться в рух через штангові штовхачі. Залежно від типу ГРМ у головці блоку циліндрів може встановлюватися або один, або два розподільні вали на ряд циліндрів.

Розподвал між собою відрізняються типом кулачків. Одні мають більш витягнуті «краплі», інші навпаки менш витягнуту форму. Така конструкція забезпечує різну амплітуду руху клапанів (одні мають більший інтервал відкриття, інші відкриваються на довше). Такі особливості розподільних валів надають широкі можливості до тюнінгу моторів за рахунок зміни моменту та кількості подачі ВТС.

Серед розподільних валів для тюнігу розрізняють:

1. Низові. Забезпечують мотору максимальний момент, що крутить, на нижчих оборотах, що відмінно підходить для міського режиму.
2. Низ-середина. Це золота середина між нижніми та середніми оборотами. Такий розподільний вал часто використовується на машинах для дрэг-рейсингу.
3. Верхові. У моторах з такими распредвалами максимальний момент, що крутить, доступний на максимальних оборотах, що позитивно позначається на максимальній швидкості авто (для їзди по трасі).

Крім спортивних розподільних валів також існують модифікації, які відкривають обидві групи клапанів (і впускні, і у відповідний момент випускні). Для цього на розподільнику використовується дві групи кулачків. У системах ГРМ типу DOHC встановлюються індивідуальні розподільники для впускних та для випускних клапанів.

За що відповідає датчик распредвала

У двигунах з карбюратором до распредвали приєднується трамблер, який визначає, яка фаза виконується в першому циліндрі - впуск або випуск.

В інжекторних ДВЗ трамблера немає, тому за визначення фаз першого циліндра відповідає датчик положення распредвала. Його завдання не ідентична функціоналу датчика коленвала. За один повний оборот валу ГРМ колінвал провернеться навколо осі двічі.

ДПКВ фіксує ВМТ поршня першого циліндра і подає імпульс на формування розряду для свічки запалювання. ДПРВ подає сигнал на ЕБУ, в який момент потрібно подати паливо і іскру в перший циліндр. Цикли в інших циліндрах відбуваються по черзі в залежності від конструкції двигуна.

Датчик распредвала складається з магніту і напівпровідника. На валу ГРМ в районі установки датчика є репер (невеликий металевий зуб). Під час обертання цей елемент проходить повз датчика, завдяки чому магнітне поле в ньому замикається і утворюється імпульс, що йде на ЕБУ.

Електронний блок управління фіксує швидкість імпульсів. За ним він орієнтується, коли в першому циліндрі виконати подачу і займання паливної суміші. У разі установки двох валів (один на такт впуску, а інший - випуску), будуть встановлені по датчику на кожному з них.

Що станеться, якщо датчик вийде з ладу? Цьому питанню присвячено дане відео:

ДАТЧИК ФАЗ НАВІЩО ВІН ПОТРІБЕН ОЗНАКИ ЙОГО НЕСПРАВНОСТІ ДПРВ

Якщо мотор оснащений системою зсуву фаз газорозподілу, то від частоти імпульсів ЕБУ визначає, в який момент потрібно виконати затримку відкриття / закриття клапанів. В цьому випадку двигун буде оснащений додатковим пристроєм - фазовращателем (або гідроуправляемой муфтою), яке провертає распредвал для зміни часу відкриття. Якщо датчик Холла (або распредвала) несправний, то фази газорозподілу не змінюватимуться.

Принцип роботи ДПРВ в дизелях відрізняється від застосування в бензинових аналогах. У цьому випадку він фіксує положення всіх поршнів у верхній мертвій точці в момент стиснення паливної суміші. Це дозволяє точніше визначити положення распредвала щодо коленвалу, що стабілізує роботу дизеля і полегшує його запуск.

У конструкцію таких датчиків додані додаткові репери, положення яких на заданому диску відповідає нахилу конкретного клапана в окремому циліндрі. Пристрій таких елементів може відрізнятися в залежності від фірмових розробок різних виробників.

Типи розміщення распредвала в двигуні

Залежно від типу двигуна в ньому може знаходитися один, два і навіть чотири вала газорозподільного механізму. Щоб легше було визначити тип ГРМ, на кришку головки блоку циліндрів наноситься таке маркування:

• SOHC. Це буде рядний або V-подібний двигун з двома або трьома клапанами на один циліндр. У ньому распредвал буде один на ряд. На його стрижні є кулачки, керуючі фазою впуску, а трохи зміщені - відповідають за фазу випуску. У разі моторів, виконаних у формі V, таких валів буде два (по одному на ряд циліндрів) або один (поміщається в розвал між рядами).

• DOHC. Ця система відрізняється від попередньої наявністю двох распредвалов на один ряд циліндрів. У цьому випадку кожен з них буде відповідати за окрему фазу: один - за впуск, а інший - за випуск. На однорядних моторах валів ГРМ буде два, а на V-образних - чотири. Така технологія дозволяє зменшити навантаження на вал, що збільшує його ресурс.

Газорозподільні механізми також відрізняються по розміщенню валів:

• Бокове (або нижнє) (двигун OHV або "штовхача"). Це стара технологія, яка використовувалася у карбюраторних моторах. Серед переваг такого типу - простота змащення елементів, що рухаються (розміщується прямо в картері двигуна). Основний недолік - складність обслуговування та заміни. У цьому випадку кулачки тиснуть на штовхачі коромисла, а ті передають рух сам клапан. Такі модифікації моторів малоефективні на підвищених оборотах, тому що в них є велика кількість елементів керування моментом відкривання клапанів. Через підвищену інерцію страждає точність фаз газорозподілу.

• Верхнє (OHC). Така конструкція ГРМ використовується в сучасних моторах. Цей вузол легше обслуговувати і ремонтувати. Один з недоліків - складна система мастила. Масляний насос повинен створювати стабільний тиск, тому потрібно уважно стежити за інтервалами заміни масла і фільтра (про те, на що орієнтуватися, визначаючи регламент таких робіт, розповідається тут). Такий пристрій дозволяє використовувати менше додаткових деталей. В цьому випадку кулачки впливають безпосередньо на штовхачі клапанів.

Як виявити дефект распредвала

Основна причина виходу з ладу распредвала - масляне голодування. Воно може виникати через поганий стану фільтра або невідповідного для даного мотора масла (за якими параметрами підбирається мастило, читайте в окремій статті). Якщо дотримуватися інтервали ТО, вал газорозподільного механізму прослужить стільки ж, скільки і весь двигун.

Типові неполадки распредвала

Через природного зносу деталей і недогляду автомобіліста можуть спостерігатися такі неполадки вала газорозподільні.

• Вихід з ладу приєднуються деталей - шестерня приводу, ремінь або ланцюг ГРМ. В цьому випадку вал приходить в непридатність і його потрібно замінити.
• Задираки на опорних шийках і вироблення на кулачках. Відколи й канавки з'являються через надмірні навантаження, наприклад, в результаті неправильного регулювання клапанів. Під час обертання збільшена сила тертя між кулачками і штовхачами створює додатковий нагрів вузла, руйнуючи масляну плівку.

• Протікання сальника. Вона виникає в результаті тривалого простою мотора. Згодом гумовий ущільнювач втрачає свою еластичність.
• Деформація вала. Через перегріву мотора металевий елемент при великому навантаженні може викривлятися. Така проблема виявляється появою додаткової вібрації в двигуні. Зазвичай така проблема не триває довго - через сильну тряски суміжні деталі швидко вийдуть з ладу, і мотор потрібно буде відправляти на капітальний ремонт.
• Неправильний монтаж. Само по собі це не свідчить про несправність, але через недотримання норм по затягуванню болтів і регулюванню фаз, ДВС швидко прийде в непридатність, і його потрібно буде «капиталить».
• До поломки самого вала може привести погана якість матеріалу, тому, вибираючи новий распредвал, важливо звертати увагу не тільки на його ціну, але і на репутацію виробника.

Як візуально визначити знос кулачків - показано у відео:

Знос распредвала - як визначити візуально?

Деякі автомобілісти намагаються усунути деякі несправності вала ГРМ, шліфуючи пошкоджені ділянки або встановлюючи додаткові вкладиші. У таких ремонтних роботах немає сенсу, тому що при їх виконанні неможливо досягти точності, необхідної для безперебійної роботи вузла. У разі виникнення неполадки з розподільчим фахівці рекомендують відразу його замінити на новий.

Як вибрати розподільний вал

Новий распредвал необхідно підбирати, виходячи з причини заміни:

• Заміна зіпсованої деталі на нову. У цьому випадку замість вийшла з ладу моделі підбирається аналогічна.
• Модернізація двигуна. Для спортивних автомобілів використовуються спеціальні розподільні вали спільно з системою зміни фаз газорозподілу. Мотори для повсякденної їзди теж модернізують, наприклад, підвищуючи потужність за рахунок регулювання фаз за допомогою установки нестандартних розподілвалів. Якщо немає досвіду у виконанні таких робіт, то краще це довірити професіоналам.

На що слід орієнтуватися, підбираючи нестандартний для конкретного двигуна распредвал? Основний параметр - кулачковий розвал, максимальний підйом клапана і кут перекриття.

Про те, як ці показники впливають на характеристики двигуна, дивіться в наступному відео:

Як вибрати розподільний вал (частина 1)

Вартість нового розподільного вала

У порівнянні з капітальним ремонтом всього двигуна вартість заміни распредвала незначна. Для прикладу, новий вал для вітчизняного автомобіля коштує в межах 25 доларів. За настройку фаз газорозподілу в деяких майстернях візьмуть 70 у.о. За капітальний ремонт мотора разом із запчастинами доведеться заплатити близько 250 доларів (і це в гаражних СТО).

Як видно, краще вчасно проводити технічне обслуговування і не піддавати мотор надмірним навантаженням. Тоді він прослужить своєму господареві довгі роки.

Яким брендам віддати перевагу

Робочий ресурс розподільного вала безпосередньо залежить від того, наскільки якісний матеріал використовує виробник, створюючи цю деталь. М'який метал буде сильніше зношуватися, а перегрітий може лопнути.

Самий якісний і надійний варіант - компанія ОЕМ. Це виробник різного оригінального устаткування, продукція якого може продаватися під назвою різних брендів, але в документації буде вказано, що деталь ОЕМ.

Серед продукції даного виробника можна знайти деталь на будь-який автомобіль. Правда, вартість такого распредвала буде дуже дорого в порівнянні з аналогами конкретних брендів.

Якщо необхідно зупинитися на більш дешевому распредвали, то непоганим варіантом є:

• Німецький бренд Ruville;
• Чеський виробник ET Еngineteam;
• Британський бренд АЕ;
• Іспанська фірма Ajusa.

Мінусів при виборі розподільного вала перерахованих виробників є те, що в багатьох випадках на конкретну модель вони не створюють деталі. У такому випадку потрібно буде або купувати оригінал, або звертатися до перевіреного токареві.

Питання та відповіді:

Як працює колінвал та распредвал? Колінвал працює за рахунок поштовхів, що впливають на поршень у циліндрах. З ним через ремінь з'єднаний розподільний вал ГРМ. За два обороти колінвала відбувається один поворот розподільного валу.

У чому різниця коленвала та розподілу? Колінвал, обертаючись, обертає маховик (далі крутний момент йде на трансмісію і на провідні колеса). Розподільний вал відкриває/закриває клапана в ГРМ.

Які бувають розподільні вали? Існують низові, верхові, тюнінгові та спортивні розподільні вали. Вони відрізняються кількістю і формою кулачків, які рухають клапани.