Содержание
-
- Детали механизма газораспределения
- Распределительный вал
- Назначение распределительного вала
- Устройство распределительного вала
- Смазка распределительного вала
- Магия газораспределения
- Распределительный вал — главный дирижёр ГРМ
- Кулачки
- Опорные шейки распредвала
- Масляные каналы
- Разновидности распредвалов
- Разновидности компоновок ДВС
- Рекомендуем посмотреть:
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.
Читайте также: Закрылся автомобиль ключи в салоне
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.
Детали механизма газораспределения
Распределительный вал
Назначение распределительного вала
Распределительный вал, или как его обычно называют – распредвал, является основной деталью ГРМ и служит для управления клапанами механизма газораспределения.
В бензиновых двигателях он также может использоваться для привода механизмов и устройств различных систем – зажигания, смазки, питания.
Основная функция распределительного вала – своевременное и точное открытие и закрывание клапанов двигателя с учетом фаз газораспределения. Это обеспечивается подбором формы профиля кулачков, которые надавливая на толкатели, заставляют клапана перемещаться по требуемой кинематической схеме.
Привод распределительного вала осуществляется, как правило, от коленчатого вала посредством зубчатой, ременной, цепной или вальной передачи.
Поскольку газораспределение напрямую связано с тактами, происходящими в цилиндрах, а те, в свою очередь, определяются положением коленчатого вала, то вращение распределительного вала должно быть строго согласовано с вращением коленчатого вала.
По этой причине распредвал конструктивно связан с коленчатым валом двигателя и вращается синхронно с ним, но, не обязательно с одинаковой частотой. Частота вращения распределительного вала четырехтактного двигателя, обычно, в два раза ниже частоты вращения коленчатого вала.
Как отмечалось в предыдущей статье, ГРМ современных двигателей может содержать один или два распределительных вала. Количество распредвалов обычно соответствует типу двигателя.
Рядные двигатели с одной парой клапанов на каждый цилиндр (по одному клапану впуска и выпуска) оснащаются одним распределительным валом. В рядных двигателях с двумя парами клапанов (по два клапана впуска и выпуска) устанавливают два распределительных вала.
В оппозитных и V-образных двигателях может быть установлен один вал (в развале), либо два в каждой головке блока цилиндров.
Читайте также: Вилка для снятия шаровых опор
Устройство распределительного вала
Распределительный вал состоит из опорных шеек и кулачков одинакового профиля, а также может содержать элементы конструкции приводов других систем двигателя.
В процессе работы распределительный вал испытывает скручивающие и изгибающие нагрузки. На кулачках возникают значительные контактные напряжения, вызывающие их интенсивный износ. В опорных шейках присутствуют силы трения, которые тоже способствуют износу сопрягаемых поверхностей шейки и подшипника.
Для противодействия изгибающим моментам и обеспечения необходимой жесткости распределительного вала число опорных шеек должно быть равно числу коренных шеек коленчатого вала.
Распределительные валы изготавливают штамповкой или ковкой из малоуглеродистых или среднеуглеродистых сталей. Рабочие элементы валов (кулачки, эксцентрики, опорные шейки, зубчатые колеса) из малоуглеродистых сталей цементируются и закаливаются, а при изготовлении валов из среднеуглеродистой стали закаливаются токами высокой частоты на глубину 2…3 мм, после чего опорные шейки и кулачки шлифуют и полируют.
Подшипниками распределительных валов при нижнем расположении обычно служат стальные втулки, внутренняя поверхность которых заливается тем же антифрикционным сплавом, который используется для коренных и шатунных шеек коленчатого вала. Для облегчения установки вала в блок-картере диаметр опорных шеек, начиная с первой, уменьшают.
Для верхних распределительных валов в качестве подшипников часто используют разъемные втулки, которые обычно выполняются в опорных стойках, если они отлиты из алюминиевого сплава. Если стойки чугунные, то в них устанавливают антифрикционные вкладыши.
Распредвалы карбюраторных двигателей, как правило, имеют эксцентрики для привода бензиновых насосов.
На носках распределительного валов выполняются посадочные поверхности и каналы под сегментные шпонки для установки зубчатых колес или звездочек привода, которые крепятся гайками или болтами, вворачиваемыми в торец вала.
В распределительных валах могут возникать значительные осевые усилия, поскольку для их привода и привода механизмов и устройств различных систем двигателя чаще всего применяются косозубые зубчатые колеса. Для предотвращения осевого перемещения нижние распределительные валы фиксируются упорным фланцем (рис. 1, а), при этом зазор ∆ обеспечивается дистанционной шайбой 2 или с одной стороны буртиком подшипника, а с другой – регулировочным болтом 3 (рис. 1, б) или пружинным упором.
При верхнем расположении вала и съемных крышках подшипников фиксация осуществляется буртиком 5 (рис. 1, в), который опирается в торец подшипника.
Смазка распределительного вала
Смазочный материал к подшипникам при нижнем расположении вала подводится по каналам в перегородках картера. Промежуточные опорные шейки нередко имеют серповидные канавки, обеспечивающие пульсирующую подачу масла к деталям ГРМ, расположенным в головке блока цилиндров.
К подшипникам при верхнем расположении вала смазочный материал подводится через внутреннюю полость вала и отверстия в его опорных шейках и кулачках.
Смазывание привода масляного насоса и распределителя системы зажигания бензиновых двигателей с нижним распределительным валом осуществляют цилиндрические зубчатые колеса со спиральными зубьями.
Знаете что такое распределительный вал и где находится? Правильно, в двигателе! И распредвал это невероятно важная деталь двигателя.
Описывая автомобиль мы, как правило, говорим о его мощности, расходе топлива, надёжности, но вряд ли задумываемся о том, что все эти параметры сильно зависят от работы этого узла, его ключевой детали, и название его — распредвала.
Магия газораспределения
Распределительный вал, именуемый в простонародье распредвал, является основным элементом газораспределительного механизма (ГРМ) двигателя внутреннего сгорания. Давайте попробуем разобраться детально в этом каламбуре сложных слов. Итак, по порядку.
Как вы уже, наверное, знаете, полезная работа мотора автомобиля осуществляется за счёт сгорания топлива в цилиндрах. Этот процесс воздействует на поршни, которые, перемещаясь, вращают коленчатый вал.
Чтобы в цилиндры вовремя поступала свежая порция топливно-воздушной смеси, а также, чтобы они освобождались от продуктов горения, нужна синхронная работа поршней, а также впускных и выпускных клапанов, на которые и возложена функция своеобразных дежурных по очистке и наполнению.
А управляет их деятельностью специально обученный «сотрудник» ГРМ – распредвал. Именно он в слаженной кооперации с коленчатым валом ответственный за своевременное открытие и закрытие клапанов или, как это называют в серьёзной технической литературе, за фазы газораспределения.
Если симбиоз коленчатого и распределительного валов работает чётко, а клапаны открываются и закрываются в выверенные моменты – автомобиль радует вас обещанным расходом и заявленной мощностью мотора.
Читайте также: Какой термостат лучше поставить на ваз 2109
Но если какой-нибудь из элементов газораспределительного механизма дал сбой, всё не так радужно. Так, к примеру, при неправильной синхронизации валов, клапаны могут ударять об поршень, что может привести к очень печальным последствиям вплоть до дорогостоящего капитального ремонта двигателя.
Распределительный вал — главный дирижёр ГРМ
Как выяснилось, распредвал отыгрывает далеко не второстепенную роль в моторе автомобиля. Давайте познакомимся немного ближе с устройством и видами этого элемента.
Кулачки
По сути, распределительный вал представляет собой толстый металлический стержень, на который «нанизаны» так называемые кулачки, имеющие в поперечном разрезе форму капли.
Каждый кулачок отвечает за работу одного клапана. Взаимодействие этих элементов происходит следующим образом: во время вращения кулачок за счёт своей сложной формы через систему толкателей или коромысел надавливает на клапан и открывает его – происходит выпуск отработанных газов или впуск свежей порции воздуха (воздушно-топливной смеси).
Момент открытия клапана чётко синхронизирован с положением поршня в цилиндре. Реализовано это в современных двигателях при помощи ременной или цепной связи распределительного и коленчатого валов. Кстати, эти же привода зачастую раскручивают и масляные насосы, управляют распределителями зажигания и прочим.
Опорные шейки распредвала
Помимо кулачков в конструкции распредвала необходимо выделить опорные шейки, на которые одеты подшипники – посредники между валом и его местом крепления в двигателе.
Как правило, в современных моторах распределительный вал располагается в непосредственной близости с клапанами, в головке блока цилиндров.
Масляные каналы
Есть у распредвала и своя система смазки – крайне важный узел, предотвращающий износ трущихся деталей. Масло к валу подводится через сделанное в нём же сквозное отверстие по оси, которое имеет выходы наружу в критичных зонах – кулачках и опорных подшипниках.
Разновидности распредвалов
А теперь несколько слов о разновидностях распредвалов, а вернее о разнообразии их конфигураций в составе газораспределительного механизма и двигателя. В зависимости от расположения распредвалы различают:
- с верхним расположением;
- нижним расположением.
Нижнерасположенная схема на сегодняшний день считается устаревшей, так как не позволяет развивать высоких оборотов двигателя и имеет кучу технологических ограничений. Верхнее расположение, в свою очередь, эффективно и наилучшим образом позволяет выжать из мотора максимум.
Разновидности компоновок ДВС
В отдельную категорию необходимо вывести виды двигателей в зависимости от количества распредвалов. Под капотами современных авто можно встретить:
- ГРМ с одним валом (SOHC — Single OverHead Camshaft);
- ГРМ с двумя валами (DOHC — Double OverHead Camshaft);
- ГРМ с более чем двумя распределительными валами.
Первые две разновидности наиболее распространены. Как правило, количество распредвалов определяется числом клапанов на цилиндр. Так, если у мотора автомобиля приходится три и более клапана на один цилиндр, то, скорее всего, в этом случае мы имеем дело с двухвальной схемой.
Естественно, как и в любом правиле встречаются исключения. Например, у рядной «четвёрки» 4G18 от Mitsubishi Lancer. В этом двигателе по четыре клапана у каждого цилиндра, но всего один распредвал. Бывают и более экзотические варианты – у суперкара Bugatti Veyron целых четыре распределительных вала.
Конечно же, в этой небольшой статье сложно уместить все нюансы, связанные с работой газораспределительных механизмов. Автопроизводители с завидным постоянством выдают на гора всё новые и новые технологические решения, улучшающие эффективность ГРМ и моторов за счёт возможности изменения фаз газораспределения.
К примеру, можно вспомнить систему VTEC от Honda, в которой используется несколько кулачков для регулировки высоты поднятия одного клапана.
Подвожу черту под рассказом о том, что такое распределительный вал, но продолжу публиковать материалы, раскрывающие секреты работы других узлов двигателя в рубрике Двигатель.
Подписывайтесь на статьи, делитесь ссылками на блог с вашими друзьями и углубляйте свои технические знания.
Источник: