Распредвал: устройство и принцип действия

Распределительный вал— «диспетчер» двигателя, обеспечивающий открытие и закрытие клапанов для запуска внутрь подготовленной смеси и выхода отработавших газов.

Нормальная работа мотора без элемента невозможна. Ниже рассмотрим устройство и принцип действия узла, поговорим о вариантах расположения и возможном количестве валов. Выделим основные неисправности детали и причины их появления.

Принцип действия и устройство распредвала

Конструктивно распределительный вал выполнен в виде металлического стержня, связанного с коленвалом с помощью цепной или ременной передачи. Изготавливается методом литья, ковки или имеет вид трубы. Вращение передается с помощью звездочки или шкива.

Для обеспечения работы на распредвале предусмотрены следующие элементы:

• Носок. Начало детали, где имеется паз под шпонку, крепление приводного шкива или звезды. Фиксация осуществляется болтовым соединением.
• Подшипники. Крепятся на опорной шейке и обеспечивают их вращение. Число таких деталей зависит от длины вала. 
• Кулачки. Каплеобразные выступы, толкающие клапанную штангу и гарантирующие их открытие. Устанавливаются с учетом числа клапанов. Имеют разные габариты, от которых зависят параметры открытия входа / выхода. По форме детали определяются фазы распределения: узкие —  на низких оборотах, широкие — на высоких.
• Фиксаторы. Закрывают техническое отверстие, используемое для подачи смазывающего вещества. Имеют вид сальника.
• Масляные каналы. Используются для доставки смазывающей жидкости к трущимся элементам вала: подшипникам и кулачковым узлам. Дефицит смазки приводит к быстрому повреждению.

Важно

Место установки распредвала — блок цилиндров. При начале движения коленчатого вала через шкив или звезду передается вращение на распределительный узел.

Кулачки, расположенные под определенным углом и на конкретном расстоянии, поднимают клапаны и дают им впустить подготовленную горючую смесь или выпустить отработавшее топливо. Процесс происходит циклично и до тех пор, пока двигатель заведен.

Для правильной работы требуется выполнение ряда условий:

• передача вращения с помощью цепи или ремня;
• скорость распредвала вдвое меньше, чем коленвала;
• синхронизация угловой положения распредвала;
• наличие установочных меток для правильного выбора первичной позиции.

Корректным считается режим, когда кулачок открывает клапан впуска и дает горючей смеси зайти в цилиндр.

После заполнения он позволяет входу закрыться, обеспечивает нужную герметичность. На завершающем этапе устройство открывает клапан и дает сгоревшим газам выйти. Правильность положения определяет датчик распредвала, который сравнивает взаимную позицию двух валов: распределительного и коленчатого.

Верхнее и нижнее расположение

В зависимости от положения распределительный вал бывает двух типов:

1. Нижний. Смонтирован в блоке и называется «Cam-in-Block». Конструкция использовалась ранее и применяется сегодня на многих автомобилях с карбюраторными и газовыми моторами. Обеспечивает меньшую высоту двигателя за счет компактности ГБЦ.  Упрощается конструкция и доступ к узлу для ремонта. Из минусов — низкий коэффициент наполнения, ограниченная степень сжатия (не более 7.5 к 1) и ухудшение параметров силового агрегата. Нижнее расположение распредвала невозможно для дизельных моторов из-за уменьшения камеры сгорания и невозможности установить клапаны с торцевой части цилиндра.
2. Верхний. Классический вариант расположения распредвала, характерный для большей части двигателя. Обозначается как «Cam-in-Head». Открывает больше возможностей с позиции повышения мощности / оборотов. Дополнительные плюсы — небольшие размеры камеры сгорания, снижение потерь и риска детонации, повышение КПД, увеличение степени сжатия и уменьшение расхода топлива. Минусы — более сложный механизм и большая высота двигателя.

Раньше нижнее расположение считалось лучшим и активно применялось до 50-х годов прошлого века. Конструкция объяснялась стремлением к простоте и снижению расходов на изготовление. Со временем инженеры поняли, что при таком подходе страдает производительность. Они стали отказываться от такой версии в пользу верхнего позиционирования.

Несмотря на снижение популярности, распредвалы с нижним расположением устанавливаются на некоторых авто. Они оптимизированы в сравнении с прошлых версий и требуют монтажа специальных штанг для покрытия расстояния между толкателями и кулачками.

Один или два распредвала

Рассматриваемый узел отличается по количеству валов. Наиболее популярный тип —SOHC, предусматривающий наличие одного распредвала и его расположения в блоке цилиндров. В некоторых случаях встречается сокращенное название OHC без буквы «S» (Single).

Оно применялось до 60-х годов прошлого века, когда появился двойной распределительный вал. В дальнейшем во избежание путаницы были добавлены впереди буквы «S» и «D» (Double).

При S-исполнении выделяется три вида узлов, обеспечивающих открытие и закрытие клапанов:

1. Коромысло. Клапаны имеют V-образное расположение с двух сторон.
2. Рычаги. Имеют рядное расположение.
3. Толкатели. Находятся под распределительным валом и установлены в ряд.

Преимущества:

• простая конструкция;
• отсутствие проблемы в эксплуатации;
• низкая цена;
• легкость монтажа турбины (для V-образной версии).

Недостатки:

• меньшая мощность;
• большой расход топлива;
• снижение ресурса при тюнинге;
• необходимость дополнительного обслуживания ГРМ;
• шумность (для рычажной системы);
• трудности регулировки толкателей.

Второй вариант —DOHC, предусматривающий 2 распредвала и более сложную конструкцию.

Бывают двух типов:

1. Два клапана на цилиндр для впуска и выпуска.
2. Четыре, шесть или больше клапанов, имеют двухрядное исполнение. 

Плюсы:

• точная установка фазы ГРМ;
• большая мощность;
• надежность;
• экономичность топлива;
• меньший уровень шума.

Минусы:

• высокая стоимость обслуживания и ремонта;
• требовательность к качеству и уровня смазки;
• опасность нарушения синхронизации из-за расслабления ремня или цепи.

Получается, что SOHC—простота и надежность, а DOHC—экономичность и лучшая тяга. С числом валов меняется конфигурация транспортного средства. Что касается количества клапанов и кулачков, этот нюанс определяется индивидуально с учетом требований к мощности, экономичности и иным показателям.

Главные характеристики

У распределительного вала выделяется три параметра, требующие особого внимания:

• Высота клапанного подъема, мм. Показывает расстояние, которое клапан проходит с момента начала и до конца движения. 
• Время открытия, град. Отображает временной промежуток, в течение которого клапан открыть для впуска рабочего состава или выпуска сгоревшей смеси. Измеряется в градусах поворота коленчатого вала. С увеличением высоты повышается и время открытия, а также мощность двигателя.
• Фазы распределения. Показывают момент открытия и закрытия относительно распредвала. Информация с угловыми позициями указывается в специальной таблице.  В ней можно увидеть моменты открытия / закрытия клапанов впуска / выпуска.

Временной параметр является одним из главным для разработчиков. К примеру, на спорткарах задача вала — обеспечение большей длительности открытия клапанов в сравнении с классическими версиями. Следовательно, клапан выход остается закрытым и обеспечивает лучшее сжигание горючего. 

Неисправности распредвала

Простота конструкции не мешает выходить из строя некоторым элементам распределительного вала. К наиболее популярным стоит отнести:

• Износ, появление задир и царапин. В зоне риска находятся шейки узла. Причиной может быть дефицит давления, низкое качество масла, загрязнение фильтров, чрезмерный нагрев и т. д. Для решения проблемы может потребоваться ремонт или замена распредвала. Причины неисправности должны быть устранены. Если ничего не предпринимать, выходят из строя клапаны и гидравлические компенсаторы.
• Искривление. Деформация распределительного вала также требует замены, ведь изделие не сможет нормально работать. Для проверки детали на прогиб используется специальная стойка. Допустимое искривление для грузовых машин — до 0,1 мм, а для легковых — 0,05 мм. Если этот параметр больше, эксплуатация запрещена.
• Трещина. Причиной может быть механическое воздействие и попадание внутрь посторонних элементов, ошибки установки фаз или повреждение ременной передачи. Ремонтировать треснутый узел бесполезно, поэтому единственный выход — купить распредвал и установить новую деталь.
• Износ резьбы в креплениях. Объясняется недостаточной протяжкой винтов. При такой неисправности приходится менять вал без возможности ремонта.
• Расширение пазов и посадочных мест под штифты. Для начала устраняются причины в виде плохой протяжки болтов. Ремонтировать узел в таком случае бесполезно, а единственный выход — замена.
• Выработка и царапины под сальниками распредвала. Распространенная неисправность при длительной эксплуатации и применения неоригинальной смазки. Причиной могут быть ошибки в установке сальников. Для исправления царапин требуется шлифовка, а при выработке — замена на новые.

Итоги

Распределительный вал является обязательным элементом мотора, обеспечивающим его правильную работу. В процессе эксплуатации важно следить за функционированием и состоянием, а при необходимости менять.

Стоимость детали составляет 15000-30000 рублей плюс расходы на установку. Несмотря на высокую цену монтажа, работы лучше доверять специалистам. Любые ошибки могут привести к повреждению других элементов двигателя и еще большим расходам на ремонт.