Сколько опорных шеек имеет распределительный вал двигателя?

Классификация, устройство и принцип работы ГРМ двигателя

Газораспределительный механизм (ГРМ) представляет собой совокупность деталей и узлов, обеспечивающих открытие и закрытие впускных и выпускных клапанов двигателя в определенный момент времени. Основная задача ГРМ заключается в своевременной подаче топливовоздушной смеси или топлива (это зависит от типа мотора) в камеру сгорания и выпуск отработавших газов. Для реализации этой задачи слажено работает целый комплекс механизмов, часть из которых управляется при помощи электроники.

Устройство газораспределительного механизма

В современных моторах газораспределительный механизм располагается в головке блока цилиндров двигателя. В его состав входят следующие основные элементы:

Распределительный вал. Это сложная по конструкции деталь, которая изготавливается из прочной стали или чугуна с высокой точностью обработки. В зависимости от конструкции ГРМ распредвал может устанавливаться в головке блока цилиндров или в картере двигателя (такая компоновка сейчас не применяется). Это основная деталь, которая отвечает за последовательное открытие и закрытие клапанов. Распределительный вал

На валу имеются опорные шейки и кулачки, которые и толкают стержень клапана или коромысло. Форма кулачка имеет строго определенную геометрию, поскольку от этого зависит длительность и степень открытия клапана. Также кулачки выполнены разнонаправленными, чтобы обеспечивать попеременную работу цилиндров.

Впускные и выпускные клапаны. Они расположены в головке блока цилиндров и представляют собой стержни с плоской головкой на одном конце, которая называется тарелкой. Впускные и выпускные клапаны отличаются по конструкции. Впускной изготавливается цельной деталью. Также он имеет больший диаметр тарелки для обеспечения лучшего наполнения цилиндра свежим зарядом. Выпускной часто изготавливают из жаропрочной стали и с полым стержнем для лучшего охлаждения, так как в работе он подвергается более высоким температурам. Внутри полости находится натриевый наполнитель, который легко плавится и отводит часть тепла от тарелки к стержню. Впускные и выпускные клапаны с пружинами

На тарелках клапанов сделаны специальные фаски, которые обеспечивают более плотное прилегание к отверстиям в головке блока цилиндров. Это место называется седлом. Кроме самих клапанов, в механизме предусмотрены дополнительные элементы, обеспечивающие его правильную работу:

• Пружины. Возвращают клапаны в исходное положение после нажатия.
• Маслосъемные колпачки. Представляют собой специальные уплотнители, которые не допускают попадания масла в камеру сгорания по стержню клапана.
• Направляющая втулка. Устанавливается в корпус ГБЦ и обеспечивает точное движение клапана.
• Сухари. С их помощью пружина крепится на стержне клапана.

Принцип работы

Работу газораспределительного механизма сложно рассматривать отдельно, в отрыве от рабочего цикла двигателя. Ведь его основная задача — это вовремя открыть и закрыть клапана на определенный промежуток времени. Соответственно на такте впуска открываются впускные, а на такте выпуска — выпускные. То есть фактически механизм должен реализовывать рассчитанные фазы газораспределения.

Технически это происходит следующим образом:

1. Коленчатый вал передает крутящий момент посредством привода на распределительный.
2. Кулачок на распределительном валу нажимает на толкатель или коромысло.
3. Клапан перемещается внутрь камеры сгорания, открывая доступ свежему заряду или отработавшим газам.
4. После того как кулачок проходит активную фазу воздействия, клапан возвращается на место под действием пружины.

Стоит также отметить, что за полный рабочий цикл распредвал совершает 2 оборота, попеременно открывая клапана в каждом цилиндре, в зависимости от порядка их работы. То есть, например, при схеме работы 1-3-4-2 в один и тот же момент времени в первом цилиндре будут открыты впускные клапаны, а в четвертом выпускные. Во втором и третьем клапаны будут закрыты.

Классификация или типы ГРМ

Двигатели могут иметь различную компоновку газораспределительного механизма. Рассмотрим следующую классификацию.

По расположению распределительного вала

Существуют два типа положения распредвала:

При нижнем расположении распредвал находится в блоке цилиндров рядом с коленчатым валом. Усилие от кулачков передается через толкатели на коромысла, при этом применяются специальные штанги. Они представляют собой длинные стержни и связывают толкатели внизу с коромыслами наверху. Нижнее расположение считается не самым удачным, но имеет и свои плюсы. В частности, более надежное соединение распредвала с коленвалом. Данный тип расположения на современных моторах не применяется.

Нижнее расположение распредвала и устройство ГРМ

При верхнем положении распредвал находится в головке блока цилиндров (ГБЦ) непосредственно над клапанами. При таком положении могут быть реализованы различные варианты воздействия на клапаны: через толкатели, коромысла или рычаги. Такая конструкция более простая, надежная и компактная. Верхнее положение распредвала получило более широкое распространение.

По количеству распределительных валов

На рядных двигателях могут быть установлены один или два распределительных вала. Моторы с одним распредвалом имеют аббревиатуру SOHC (Single Overhead Camshaft), а с двумя — DOHC (Double Overhead Camshaft). Один вал отвечает за открытие впускных, а другой за открытие выпускных клапанов. В двигателях c V-образной компоновкой используются четыре распредвала, по два на каждый ряд цилиндров.

По количеству клапанов

От количества клапанов на один цилиндр будет зависеть форма распредвала и количество кулачков на нем. Клапанов может быть два, три, четыре или пять.

Самый простой вариант с двумя клапанами: один работает на впуск, другой на выпуск. В трехклапаном двигателе два работают на впуск и один на выпуск. При четырех клапанах: два на впуск и два на выпуск. Пять клапанов: три на впуск и два на выпуск. Чем больше клапанов на впуске, тем больше объем поступающей топливовоздушной смеси в камеру сгорания. Повышается мощность и динамика двигателя. Сделать больше пяти не позволят размер камеры сгорания и форма распредвала. Наиболее часто встречается схема с четырьмя клапанами на цилиндр.

По типу привода

Различают три типа привода распределительного вала:

1. Шестеренчатый. Данный привод возможен только при нижнем положении распредвала в блоке цилиндров. Коленвал и распредвал имеют зубчатый привод через шестерни (звездочки). Главное преимущество такого привода – надежность. При верхнем положении распредвала в ГБЦ применяется цепной и ременный привод.
2. Цепной. Этот привод считается более надежным. Но использование цепи требует особых условий. Для гашения колебаний устанавливаются успокоители, а натяжение цепи регулируется натяжителями. В зависимости от количества валов могут применяться несколько цепей.

Ресурса цепи хватает в среднем на 150-200 тысяч километров пробега.

Главной проблемой цепного привода считается поломка натяжителей, успокоителей или разрыв самой цепи. При плохом натяжении цепь может перескакивать между зубьев в ходе работы, что приводит к нарушению фаз газораспределения.

Ременный и цепной приводы ГРМ

Автоматически регулировать натяжение цепи помогают гидронатяжители. Они представляют собой поршни, которые давят на так называемый башмак. Башмак прилегает непосредственно к цепи. Он представляет собой изогнутую дугой деталь со специальным покрытием. Внутри гидронатяжителя находится плунжер, пружина и рабочая полость для масла. Масло поступает в натяжитель и выталкивает цилиндр до нужного уровня. Клапан закрывает масляный канал, и поршень постоянно поддерживает нужное натяжение цепи. По похожему принципу работают гидрокомпенсаторы в ГРМ. Успокоитель цепи гасит остаточные колебания, которые не погасил башмак. Так достигается оптимальная и точная работа цепного привода.

Самые большие неприятности может принести разрыв цепи.

Распредвал прекращает вращение, а коленвал продолжает крутиться и двигать поршни. Днища поршней ударяются о тарелки клапанов, что приводит к их деформации. В самых тяжелых случаях может быть поврежден и блок цилиндров. Чтобы такого не произошло, иногда применяются двухрядные цепи. При обрыве одной другая продолжит работу. Водитель без последствий исправит ситуацию.
Ременный. Ременный привод не требует смазки, в отличие от цепного.

Ресурс ремня также ограничен и в среднем он равен 60-80 тысячам километров пробега.

Для лучшего сцепления и надежности используются зубчатые ремни. Такой привод более прост. Разрыв ремня при работающем двигателе приведет к тем же последствиям, что и при разрыве цепи. Главными преимуществами ременного привода является простота эксплуатации и замены, дешевизна и бесшумная работа.

От правильной работы всего газораспределительного механизма зависит работа двигателя, его динамика и мощность. Чем больше количество и объем цилиндров, тем сложнее будет устройство ГРМ. Каждому водителю важно понимать устройство механизма, чтобы вовремя заметить неисправность.

Устройство и назначение распределительного вала

При всей своей внешней сложности и кажущейся недоступности для понимания, ДВС удивительно рациональное и целесообразно сконструированное устройство. Назначение любой его детали – обеспечение правильной работы и максимальной отдачи от двигателя. При этом, буквально все его элементы взаимосвязаны между собой, но тем не менее, работу ГРМ (газораспределительного механизма), а также его основу – распределительный вал стоит рассмотреть отдельно.

О циклах и работе ДВС

ДВС является четырехтактным силовым агрегатом, это значит, что все процессы, связанные с его работой, осуществляются за четыре такта. Их последовательность строго определена, и при ее нарушении работа такого мотора невозможна. Последовательность, т.е. открытие клапанов в нужное время для вывода отработанных газов и запуска горючей смеси, определяет распределительный вал, который можно видеть на приведенном рисунке.

Его основным рабочим элементом необходимо считать кулачки. Именно они через систему привода, включающую в себя толкатели, коромысло, пружины и прочие детали, определяемые конструкцией ГРМ, осуществляют открытие клапанов в нужное время. На каждый клапан работает свой кулачок, когда он имеющимся выступом, через толкатель надавливает на клапан, тот приподнимается, и в цилиндр либо может поступать свежая смесь, либо выводятся продукты ее сгорания. Когда выступ уходит с толкателя, то под действием пружины клапан закрывается.

Опорная шейка распределительного вала предназначена для его установки на заданные места, на них он вращается в процессе работы. Трущиеся детали закаливаются при помощи токов высокой частоты и смазываются в процессе.

О конструктивном исполнении распредвала

Устройство и чертеж ГРМ, в том числе и распределительного вала, приведены ниже.

Конструктивно распределительный вал может располагаться либо в блоке цилиндров, либо в головке блока силового агрегата. В зависимости от его месторасположения меняется и привод, благодаря которому передается усилие от кулачков на клапан. Привод распределительного вала связан с коленвалом. Привод может быть выполнен как с помощью цепной передачи (см. чертеж выше), так и с помощью гибкой ременной. Кроме того, могут быть иные способы передачи управляющего усилия к клапанам, но это уже определяет чертеж и документация мотора.

Какой лучше использовать привод распределительного вала, определяет устройство двигателя. В тех случаях, когда распределительный вал располагается в блоке цилиндров, (так называемое нижнее расположение), то может быть даже задействован шестеренчатый привод. Последний, правда, в последнее время не применяется из-за своей громоздкости и повышенного шума при работе. Что цепной, что ременный привод отличаются достаточной надежностью, но у каждого из них есть свои особенности эксплуатации, которые надо учитывать при обслуживании двигателя.

Его устройство может предусматривать, что распределительный вал в моторе может быть не один. Как правило, в современных многоклапанных двигателях его располагают по возможности ближе к клапанам для уменьшения на нем нагрузки. Конструкция и чертеж, например, V-образного двигателя, предусматривает как минимум два вала, тогда как в обычном рядном, как правило, один распределительный вал. Хотя для многоклапанных двигателей определяющим будет их назначение – может быть отдельно выпускной и впускной распределительные валы, т.е. они управляют работой выпускных или впускных клапанов.

О совместной работе с коленвалом

Не стоит забывать, что для распределительного вала основное назначение – обеспечение правильного газораспределения при работе двигателя. Для этого работа распределительного и коленчатого валов должна быть согласована, т.е. открытие и закрытие клапанов обязано происходить в нужные моменты – в положении ВМТ или НМТ поршня, или в соответствии с опережением, которое устанавливает чертеж или конструкторская документация.

Для выполнения такой связи на шестернях ГРМ делают специальные метки, совпадение которых означает обеспечение нужного положения распределительного и коленчатого валов. Чтобы добиться этого, используется специальная методика регулировки их положения.

Датчик положения распредвала

С переходом на инжекторные двигатели для этих целей стали применять специальный датчик положения распределительного вала. Так, на автомобилях ВАЗ для этого служит датчик Холла. Его работа основана на изменении магнитного поля, для создания которого устройство датчика предусматривает магнит. При изменении магнитного поля, которое происходит, когда распределительный вал находится в нужном положении, датчик определяет, что в первом цилиндре поршень располагается в положении ВМТ, и передает эти данные в контроллер. Он в соответствии с ними обеспечивает впрыск топлива и его сгорание, как предусматривает порядок работы отдельных цилиндров двигателя чертеж или документация.

Техническое обслуживание распредвала

В первую очередь при проведении регламентных работ, затрагивающих распределительный вал, необходимо обратить внимание на состояние ремней или цепи его привода. Дело даже не столько в том, что нарушится весь механизм газораспределения, который обеспечивает распредвал, а в том, что возможно механическое повреждение как клапанов, так и поршня.

Порой причиной отказа или неправильной работы двигателя является датчик положения. Проявлением этого может быть плохая динамика машины и значительный расход топлива, а также загорание контрольной лампочки исправности двигателя на панели приборов. Дефектация неисправности и определение ее источника – датчик это или нет, выполняется с помощью мультиметра. Часто возможной причиной служит не сам датчик, а проводка. В случае, если дефектация показывает, что неисправен датчик, то его надо менять.

Причинами отказа датчика могут быть:

• выход из строя зубчатого диска датчика импульсов;
• его смещение из-за нарушения крепления;
• замыкание во внутренней схеме датчика;
• воздействие повышенной температуры от перегрева двигателя.

Правильно выполненная дефектация позволит избежать отказа нового датчика, устанавливаемого вместо старого.

Распределительный вал является основным узлом, обеспечивающим правильное газораспределение при работе двигателя, и зачастую в основном обеспечивает его эффективную работу. Его своевременное обслуживание и контроль технического состояния позволят правильно и без дополнительных затрат эксплуатировать автомобиль.
” alt=””>

Распределительные валы

Распределительный вал Chevrolet Lacetti:
1 — проточка и отверстие для подвода масла внутрь вала; 2 — отверстия для подвода масла к подшипникам

НАЗНАЧЕНИЕ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОГО ВАЛА

Главная функция распределительного вала — управление клапанным механизмом. Форма или профиль кулачков распределительного вала является основным фактором, определяющим рабочие характеристики двигателя. Кулачки распределительного вала открывают клапаны, преодолевая сопротивление пружин. Посредством кулачков вращательное движение распределительного вала преобразуется в поступательное движение клапанов.

Форма вершины кулачка распределительного вала влияет на рабочие характеристики двигателя сильнее любой другой детали двигателя. Двигатели, идентичные во всем, за исключением формы вершин кулачков распределительного вала, могут обладать совершенно разными рабочими характеристиками и мощностью. На рис. 15.1 показаны два распределительных вала с отличающимися по форме вершинами кулачков, предназначенные для одного и то же восьмицилиндрового V-образного двигателя Chevrolet.

Рис. 15.1. Посмотрите, насколько отличаются по форме вершины кулачков этих двух распределительных валов, предназначенных для одного и того же восьмицилиндрового V-образного двигателя Chevrolet. Слева находится стандартный распределительный вал, справа — распределительный вал форсированного двигателя

Распределительный вал может также управлять:

• Механическим топливным насосом.

Рис. 15.2. На разрезе восьмицилиндрового V-образного двигателя Chevrolet показаны детали механизма газораспределения

РАЗМЕЩЕНИЕ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОГО ВАЛА

В двигателях, оснащенных системой газораспределения с верхним расположением клапанов и нижним расположением распределительного вала, распределительный вал находится в блоке цилиндров. Двигатели такой компоновки меньше и легче двигателей с верхним расположением распределительного вала. В блоке цилиндров распределительный вал стоит в подшипниках и приводится во вращение от коленчатого вала посредством шестеренной или цепной передачи.

КОНСТРУКЦИЯ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОГО ВАЛА

Распределительный вал представляет собой цельную литую деталь с кулачками, опорными шейками, упорными фланцами ведущих звездочек и местами для бобышками-заготовками шестерен привода вспомогательных агрегатов. Шестерни на валу фрезеруются модульными фрезами. Кулачки и шейки вала подвергаются механической обработке для придания им заданной формы. Остальная часть поверхности распределительного вала механически не обрабатывается (рис. 15.6).

Рис. 15.6. Элементы конструкции распределительного вала и кулачка распределительного вала (наименования конструктивных элементов)

В двигателях с верхним расположением клапанов и нижним расположением распределительного вала диаметр опорных шеек распределительного вала должен быть больше высоты кулачка, чтобы распределительный вал можно было установить в двигатель через посадочные гнезда подшипников в опорах блока. В некоторых конструкция двигателей с верхним расположением распределительного вала опорные подшипники распределительного вала крепятся крышками. В таких конструкциях распределительный вал имеет большие кулачки и опорные шейки малого диаметра. В некоторых конструкциях опорные подшипники распределительного вала имеют последовательно уменьшающийся, от передней к задней опорной шейке, диаметр. Однако в большинстве двигателей все опорные подшипники распределительного вала имеют одинаковый диаметр.

Распределительные валы автомобильных двигателей, работающие с толкателями, которые имеют плоскую или выпуклую форму днища, изготавливаются как правило, из закаленного легированного чугуна. Он обладает высокой износостойкостью и необходимой прочностью. Чрезвычайно высокая твердость распределительного вала делает его очень подверженным сколам в результате краевых нагрузок или неосторожного обращения.

Чугунные распределительные валы имеют практически одинаковую твердость по всему объему. Перешлифовыванный вал должен быть подвергнут фосфатированию поверхности.

Стальные распределительные валы изготавливаются обычно из стали марок SAE 4160 и SAE 4180 и, как правило, проходят высокочастотную закалку. Она заключается в нагреве распределительного вала в высокочастотном поле (за счет возбуждения в металле индукционных токов) до вишневого цвета и принудительном охлаждении в масле. Быстрое охлаждение вызывает поверхностную закалку изделия. Упрочение распределительных валов может также осуществляться с использованием следующих технологий:

• Азотирование в жидкой среде — поверхность упрочняется на глубину от 0,001 дюйма до 0,0015 дюйма.

• Азотирование в газовой среде — поверхность упрочняется на глубину от 0,004 дюйма до 0,006 дюйма.

Типичные значения твердости для распределительных валов находятся в диапазоне от 42 до 60 по шкале «С» Роквелла.

ПРИМЕЧАНИЕ

Твердость по Роквеллу — это показатель твердости, измеренный по определенной методике. Шкала «С» — шкала значений твердости, используемая при данном измерении. Чем выше число твердости по Роквеллу, тем тверже поверхность. Обозначение Rc60 означает твердость по Роквеллу, равную 60 единиц по шкале «С».

Ксли поверхностный слой изнашивается, вершины кулачков быстро стираются и кулачки превращаются практически в цилиндрические кольца. Пример такого износа показан на рис. 15.7 и рис. 15.8.

ДИАГНОСТИКА РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОГО ВАЛА

Диагностика распределительного вала с частично изношенными кулачками часто представляет собой трудную задачу. Иногда клапан начинает “тикать”, когда изношена вершина кулачка. Тикающий звук может появляться и пропадать, что затрудняет установление причины его появления. В двигателе с верхним расположением распределительного вала (ОНС) обычно достаточно просто снять крышку головки блока цилиндров и визуально проверить состояние вершин всех кулачков и остальных деталей механизма газораспределения (рис. 15.3).

Рис. 15.3. Во многих конструкциях двигателей с нижним расположением распределительного вала на торце головки блока цилиндров предусмотрено отверстие, закрываемое резиновой пробкой (заглушкой), которое предназначено для демонтажа распределительного вала. Негерметичность этой заглушки часто становится причиной утечки масла из двигателя. Поэтому если в двигателе с верхним расположением распределительного вала обнаруживается утечка масла, необходимо тщательно проверить эту заглушку на герметичность

В двигателе с верхним расположением клапанов и нижним расположением распределительного вала (OHV) распределительный вал находится в блоке двигателя, и осмотреть его без разборки двигателя невозможно (рис. 15.4).

Рис. 15.4. Вот что происходит при обрыве роликового толкателя клапана от держателя. Клиент жаловался на “небольшой шум из двигателя ‘(а). В двигателях, оснащенных роликовыми толкателями клапанов, всегда используется стопор, препятствующий повороту толкателя вокруг своей оси (б)

Проверьте, вращаются ли штанги толкателей

Быстро и легко проверить, все ли в порядке с распределительным валом, можно, просто проследив, вращаются ли штанги толкателей клапанов при работе двигателя. Этот способ проверки подходит только для тех двигателей с нижним расположением распределительного вала и верхним расположением клапанов, в которых стоят плоскодонные толкатели клапанов. Вследствие того, что рабочей поверхности кулачка придан небольшой скос и ось толкателя смещена по отношению к ее средней линии, толкатель (и штанга толкателя) должен вращаться при работе двигателя. Для проверки просто снимите клапанную крышку головки блока цилиндров и понаблюдайте за штангами толкателей при работающем двигателе. Если какие-то из них не вращаются, то соответствующий кулачок и/или толкатели — изношены.