Распределительный вал: что такое и как устроен распредвал?

Ищем двух авторов для нашего сайта, которые ОЧЕНЬ хорошо разбираются в устройстве современных автомобилей.
Обращаться на почту aleksandr.belozerov@gmail.com.

Распределительный вал газораспределительного механизма или «распредвал» отвечает за открытие и закрытие клапанов в четырехтактных двигателях внутреннего сгорания. От формы и исполнения распредвала сильно зависят конечные динамические показатели вашего автомобиля. Распредвалы устанавливаются на все типы ДВС. Во многих двигателях распредвал передает движения для работы масляного и топливного насосов.

Распредвал

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
ГБЦ с верхним расположением распредвалов
Разрез двигателя с нижним 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.
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.

Принцип работы распредвала

Распределительный вал имеет особую форму: на типичном цилиндрическом валу расположены кулачки и шейки распредвала. Подшипник распредвала имеет форму втулки либо вкладыша и принудительную систему смазки.

Втулка и вкладыши распредвала
Втулка и вкладыши распредвала

Распредвал совершает вращение вместе с коленчатым валом двигателя, но вращается в 2 раза медленней. Для вращения распредвала используются цепные, ременные, зубчатые передачи. Благодаря форме кулачков распредвала формируются фазы газораспределения, клапана открываются в нужный момент, обеспечиваются условия работы двигателя. Изменяя геометрию кулачков, можно добиться улучшения работы двигателя.

Распредвал Nissan Patrol 1 — болты; 2 — приводная шестерня распределителя; 3 — шайба; 4 — звездочка распредвала; 5 — упорная пластина; 6 — шпонка; 7 — рабочий выступ кулачка; 8 — распределительный вал; 9 - опорная шейка распредвала.
Распредвал Nissan Patrol
1 — болты; 2 — приводная шестерня распределителя; 3 — шайба; 4 — звездочка распредвала; 5 — упорная пластина; 6 — шпонка; 7 — рабочий выступ кулачка; 8 — распределительный вал;
9 — опорная шейка распредвала.

Через различные толкатели, рокеры, либо почти напрямую через гидрокомпенсаторы кулачок распредвала нажимает на подпружиненный клапан, открывая его. Далее, проходя вершину кулачка, клапан открывается на максимальное расстояние и плавно закрывается проходя по обратной его части. Геометрия кулачков распредвала позволяет относительно плавно взаимодействовать с толкателями клапана, от их формы зависит характеристика распредвала.

На распредвале кулачки расположены под особыми углами, благодаря чему и формируются фазы газораспределения. На разных двигателях углы фаз могут немного отличаться. Например, если сравнивать бензиновый двигатель и дизель, стандартные распредвалы, рассчитанные на городскую езду, будут иметь похожее строение.

Если рассматривать спортивный распредвал, созданный для быстрой, динамичной езды, в отличие от обычного, он будет иметь более широкий профиль, что позволит, например, раньше открывать клапан, дольше держать его открытым. Такие валы улучшают динамику, но сказываются на экономичности двигателя.

На двигателях с ЭБУ устанавливается датчик распредвала. Это устройство постоянно определяет его положение, что позволяет синхронизировать электронные системы подачи топлива с работой клапанов.

Привод распредвала
Привод распредвала
Геометрические формы кулачков
Геометрические формы кулачков

Отдельно стоит остановиться на шестернях распредвалов. Механизм ГРМ требует точной их настройки. Зачастую достаточно выставить элементы по «контрольным точкам». Для более точной настройки работы распредвала существует разрезная шестерня распредвала. Принцип в том, что зубцы шестерни фиксируются на болтах относительно ее основания. Открутив болты можно, корректировать положение шестерни на 5-10º, что позволяет выставить ГРМ в более оптимальное положение.

Разрезная и простая шестеренки распредвала двигателя ВАЗ 2106
Разрезная и простая шестеренки распредвала двигателя ВАЗ 2106

На современных дорогих двигателях этот процесс автоматизирован, применяются муфты распредвала с гидравлическим управлением. Датчик положения распредвала сообщает бортовым компьютерам текущий угол и обороты, что позволяет управлять фазами газораспределения, корректировать их для разных режимов двигателя.

ГРМ с гидроуправляемыми муфтами
ГРМ с гидроуправляемыми муфтами

Эксплуатация и ремонт распредвалов

Распределительный вал— деталь достаточно надежная, которая «проходит» как минимум, до первого серьезного ремонта двигателя. В случае, если у вас классическая модель двигателя без гидрокомпенсаторов, через каждые 10-15 тысяч километров необходимо контролировать зазоры распредвала с рокерами, выполнять их настройку. Во всех типах двигателей следует контролировать натяжку ремня или цепи ГРМ. Подобные узлы имеют ограниченный ресурс работы. Со временем цепи могут растягиваться и задевать в работе блок двигателя.

Неисправности распредвалов

Распредвалы, как и все «трущиеся» детали, подвергаются механическому износу. Также приходят в негодность подшипники, может разрушится и потерять форму сальник распредвала. Поломка распредвала может в последствии вывести из строя другие механизмы двигателя.

Причинами подобных проблем могут быть:

  • естественный износ распредвала;
  • низкое качество масла;
  • недостаточное давление масла;
  • недостаточный уровень масла;
  • нарушения температурных режимов работы двигателя (вне рабочего диапазона температур масло становится жидким и частично теряет свои свойства);
  • механические повреждения, например натяжной ролик и ремень распредвала имеют ограниченный срок эксплуатации, при разрыве ремня ГРМ двигатель и распредвалы могут получить значительный урон.

Диагностика и ремонт распредвала

Возможные проблемы с распредвалом выдает шум при его работе. Причиной шума может быть подшипник распредвала, требующий замены.

Если стучит распредвал, вероятней всего, выработка рабочих поверхностей привела к критичным люфтам. Обычно валы имеют допуски на размер выработки и искривления. В случае возникновения шумов необходимо выполнить замеры поверхностей распредвала. Стук распредвала — повод срочно обратится в сервисный центр.

Падение давления масла в двигателе также может указывать на износ распредвала.

Замер диаметра шеек распредвала микрометром
Замер диаметра шеек распредвала микрометром

Если появилась ошибка ЭБУ о нарушении сигнала дпрв (датчик положения распредвала), то необходимо проверить сам датчик. Со временем датчики могут выходить из строя, либо проблема только в контактах, загорается «чек». Замена датчика распредвала точно решит проблему, ошибка должна погаснуть.

Как проверить распредвал? Самый надежный способ — снять распредвалы. Если они имеют явные, ощутимые задиры и полосы, необходимо восстановление либо замена. Для определения точных значений выработки потребуются микрометры различных модификаций. В случае, если ремонт неизбежен, необходимо выполнить полноценную диагностику головки блока цилиндров и всех узлов ГРМ.

Выработка на шейке распредвала
Выработка на шейке распредвала

Как восстановить распредвалы? Распредвалы, имеющие допустимые размеры выработки и кривизны, подлежат восстановлению. В случае относительно небольшого износа вал лишь немного корректируют шлифовкой. При более значительном износе на поверхности наносится гальваническое напыление хрома или железа. Когда требуется значительное восстановление, выполняется наплавка металла с помощью газовой либо электродуговой сварки. После выполняется точная подгонка поверхностей контакта. Постель распредвала (место, куда устанавливается распределительный вал) протачивается на специальном станке либо вручную с помощью «разверток». Все элементы тщательно шлифуются, доводятся до номинальных размеров. Подобные процедуры требуют серьезных знаний технологии процесса и наличия специального оборудования.

Различные развертки для посадочных мест шеек и подшипников распредвалов
Различные развертки для посадочных мест шеек и подшипников распредвалов
Наплавленные кулачки распредвалов перед шлифовкой
Наплавленные кулачки распредвалов перед шлифовкой

Замена распредвала

Как установить новый распредвал самому? Замена распредвала — сложная процедура, но, если вы обладаете необходимыми знаниями и навыками, такую операцию можно выполнить и в условиях домашней мастерской. До начала работ тщательно изучите узлы и механизмы двигателя, и узнайте, как снять его элементы.

Заменить распределительный вал можно двумя способами: снимая или не снимая головку блока цилиндров. Если решитесь «снять голову», учитывайте необходимость покупки новой прокладки.

Головка блока цилиндров ВАЗ 2106 1 - головка цилиндров; 2 - распределительный вал; 3 - задний корпус подшипников распределительного вала; 4 - прокладка; 5 - крышка головки цилиндров; 6 - передний корпус подшипников распределительного вала; 7 - сальник распредвала
Головка блока цилиндров ВАЗ 2106
1 — головка цилиндров; 2 — распределительный вал; 3 — задний корпус подшипников распределительного вала; 4 — прокладка; 5 — крышка головки цилиндров; 6 — передний корпус подшипников распределительного вала; 7 — сальник распредвала

Замена распредвала двигателя ВАЗ 2106

1. Снимаем кожух воздушного фильтра и сам фильтр (он будет мешать работе). Для этого необходимого открутить гайки шпилек кожуха фильтра.

2. Демонтируем крышку головки блока цилиндров (она же «клапанная крышка»).

3. Отгибаем край стопорной шайбы-звездочки распредвала.

4. Ослабляем цепь ГРМ. Для этого необходимо монтировкой ослабить гайку натяжителя изнутри кожуха и зафиксировать его положение затяжкой гайки.

5. Необходимо поставить коленчатый вал в положение 3 — длинная риска (соответствует окончанию сжатия в четвертом цилиндре), а метку звездочки распределительного вала нужно совместить с меткой постели.

Схема меток шкива коленчатого вала
Схема меток шкива коленчатого вала
Звездочка распредвала совмещена с меткой
Звездочка распредвала совмещена с меткой

6. Снять болт звездочки распредвала.

7. Цепь и звездочку увязать проволокой, снять звездочку, уложить цепь в блоке.

8. Открутить крепеж корпуса распредвала и снять его со шпилек.

9. Сняв крепеж, демонтировать упорный фланец.

10. Достать распредвал из корпуса.

11. Собрать детали и узлы в обратном порядке. Затягивание болтов следует выполнять, соблюдая порядок и контролируя момент затяжки.

Положение шпонки при сьорке
Положение шпонки при сборке

На сегодняшний день распредвал остается незаменимой деталью. При надлежащей эксплуатации он может прослужить вам в течении всего срока эксплуатации двигателя. Установка распредвала без проверки и доработки поверхностей может привести к ускоренному его износу. С заменой распредвала рекомендуют поменять другие элементы, работающие с ним в контакте.

Если у вас возникли вопросы - оставляйте их в комментариях под статьей. Мы или наши посетители с радостью ответим на них
Поиск автомобиля