На что влияет распредвал
Распределительный вал: Повреждение, признаки, затраты
Как распознать признаки неисправности распредвала.
Распределительный вал является важным компонентом системы управления двигателем. Он редко выходит из строя, но если это произошло, то ремонт часто оказывается очень дорогим. Особенно если не следить за техническим состоянием двигателя и вовремя не распознать признаки неисправности распределительного вала. Вот самая подробная информация об этом важном компоненте двигателя.
Функция распределительного вала
Распределительный вал в четырехтактном двигателе обеспечивает открытие и закрытие клапанов в головке цилиндров и, таким образом, контролирует газообмен в двигателе. Для этого на распредвале есть кулачки (как правило, их количество соответствует количеству клапанов в двигателе), которые преобразуют вращательное движение распределительного вала в движение хода клапанов. Если кулачок распредвала выдвигает клапан вниз (через толкатель или коромысло), открывается вход или выпуск в головке блока цилиндров двигателя.
Затем клапан закрывается. Его задвигает назад пружина клапана.
Распределительный вал приводится в движение коленчатым валом. Распредвал вращается с половинной скоростью коленвала. Соединяются коленвал и распредвал обычно через зубчатый ремень или цепь ГРМ (в более старых автомобилях соединение шло через зубчатый редуктор).
В линейных двигателях (плоские силовые агрегаты) может быть установлено максимум два распределительных вала. В V- и W-образных двигателях могут вращаться до четырех распредвалов в головках блока цилиндров.
OHC и DOHC – что это значит?
Распределительный вал Volkswagen Beetle: Кулачок (слева) передает движение через длинный плунжер на коромысло клапана
В современных двигателях используются только верхние распределительные валы (OHC = верхний распределительный вал). Часто в современных моторах установлено два распредвала. Один служит для впускных клапанов, второй отвечает за выпускные клапана (DOHC = двойной верхний распределительный вал).
В старых моторах двигатели были сконструированы, как правило, с одним распредвалом. Также в них клапаны в головке блока управлялись плунжерами. Эта конструкция моторов приводит к большому механическому трению, что делает силовые агрегаты этого типа менее эффективными и менее мощными.
Ниже в графической анимации вы можете увидеть, как два распредвала работают в современном четырехцилиндровом двигателе (принцип DOHC).
Конструкция распределительного вала
Существуют различные материалы, из которых изготавливаются распределительные валы. В основном в автопромышленности прижились кованые кулачковые валы. Но также есть и литые распредвалы, которые еще называют «полые литые валы». В том числе есть еще новые распредвалы, которые только начали появляться в автомире. Речь идет о трубчатых валах из трубчатой стали.
Эти новые валы могут сэкономить около 40 процентов энергии.
Как и все части автомобиля, инженеры при проектировании распредвала стараются сделать его как можно легче без ущерба качеству и надежности. Это касается и всех других движущихся компонентов двигателя и других частей машины. Уменьшение движущихся масс в двигателе оказывает гораздо большее влияние на общую эффективность силового агрегата транспортного средства, чем, например, снижение веса других компонентов авто.
Повреждение распределительного вала
Распределительные валы считаются износостойкими деталями двигателя и обычно служат весь срок службы автомобиля. Именно поэтому повреждение распредвала является редким явлением. Особенно если речь идет о старых автомобилях. В более современных моторах распредвал имеет больше рисков повреждения, но тем не менее дефекты этой детали также редки.
Правда, если современное авто использовать в нормальном режиме. Если же часто ездить на высоких оборотах двигателя («винтить» машину), то распредвал в современном моторе выйдет из строя намного раньше, чем в старой машине. Но опять же это касается не всех автомобилей. Все зависит от того, какой распредвал использует автопроизводитель и какая конструкция ГРМ в моторе.
Неисправность: Вкладыши подшипников и впускной распределительный вал
Значительные следы износа на вкладышах подшипников распределительного вала: если поверхности подшипников распределительного вала повреждены, то достаточно заменить вкладыши.
Распределительный вал, как правило, имеет подшипники, в корпусах которых есть небольшие отверстия. Эти отверстия соединены с масляным контуром двигателя, благодаря чему между рабочими поверхностями распределительного вала и вкладышами подшипников есть постоянная смазочная пленка, которая уменьшает трение между этими компонентами. Однако некоторые двигатели спроектированы так, что распредвалы работают без вкладышей подшипников.
В таких моторах при отсутствии подачи масла или чрезмерного напряжения двигателя (например, при больших скоростях) начинается ускоренный износ распредвала. Также в таких моторах при большой нагрузке на двигатель кулачки, постоянно вынужденные прижимать клапаны сопротивляясь силы прижимной пружины), при недостаточной смазки могут изменять время вывода клапанов. Из-за того что клапаны открываются и закрываются в неподходящее время, они больше не достигают своего максимально предусмотренного хода.
В итоге это отражается на плавности хода и мощности, которая падает. Также подобную проблему несвоевременного открытия и закрытия клапанов можно заметить по работе двигателя на холостых оборотах. К сожалению, неправильная работа клапанов двигателя может привести к его повреждению.
Потеря масла при повреждении сальника распределительного вала
Признаки износа распредвала: Такой дефект может остаться незамеченным в течение длительного времени
Как мы уже сказали, распределительный вал соединен с коленчатым валом через шестерню распредвала, который вращается с помощью цепи газораспределения или зубчатого ремня ГРМ. В этой точке есть уплотнительное резиновое кольцо (сальник), которое с течением времени может затвердеть или стать пористым. В результате сальник перестанет выполнять функцию уплотнения и начнется течь масла из-под сальника распредвала.
В этом случае течь масла должна быть устранена как можно скорее. Особенно если в вашей машине используется ремень ГРМ. Дело в том, что попадание на ремень ГРМ моторного масла нежелательно, поскольку это может привести к преждевременному износу ремня. В итоге он может неожиданно порваться. К сожалению, во многих современных автомобилях используются двигатели, в которых при повреждении ремня ГРМ клапана могут встретиться с поршнями, что приведет к серьезному повреждению двигателя.
Сальник распредвала стоит очень дешево. Но вот поменять его очень сложно. Следовательно, замена сальника распределительного вала – дорогое удовольствие, поскольку для того чтобы его поменять, нужно снять ремень или цепь ГРМ. В некоторых автомобилях, чтобы это сделать, придется разобрать пол автомобиля в передней части. Именно поэтому многие автолюбители не спешат с заменой сальника, мирясь с течью масла с распредвала, откладывая замену уплотнителя на тот момент, когда согласно регламенту необходимо планово менять ремень или цепь ГРМ. Ведь в этом случае вам так и так придется все разбирать. Но это далеко не лучшее решение.
Датчик положения распредвала
Датчик распределительного вала определяет текущее положение распредвала. В зависимости от показаний датчика коленвала и датчика распредвала блок управления двигателем решает, как делать впрыск топлива и как управлять детонацией силового агрегата.
Датчики распредвала довольно-таки часто выходят из строя. Как правило, при неисправностях датчика начинают плавать обороты двигателя на холостом ходу. Также на приборной панели автомобиля появляется значок «Чек двигателя», а в памяти компьютера записывается код ошибки блока управления двигателем, по которой при диагностике можно расшифровать причину появления индикации «Чек двигателя».
Замена датчика распредвала относительно несложная. Обычно для этого не нужно даже снимать клапанную крышку двигателя. Но все, конечно, зависит от конструкции двигателя, от марки и модели. В среднем для того чтобы заменить датчик распределительного вала, необходимо от 30 минут до 2 часов времени. Сам датчик стоит ориентировочно от 2000 до 6000 рублей. Но стоимость, безусловно, зависит от автомобиля. Сами понимаете, что датчик распредвала на премиальных авто может обойтись в круглую сумму.
Питтинг распределительного вала – Появление углублений на поверхности
Явление питтинга встречается преимущественно в высокооборотных мотоциклетных двигателях. Но иногда это явление наблюдается и в двигателях легковых автомобилей. Питтинг в переводе с английского – «яма». Таким образом, питтинг распредвала означает, что на его поверхности начинают появляться углубления.
Из-за поврежденной поверхности распредвала в этих местах смазка становится неоптимальна, что ведет к преждевременному износу распределительного вала и его компонентов. Кроме того, отслоившийся металл является серьезной проблемой в масляном контуре двигателя, поскольку эти частицы металла приводят к засорению мотора и могут спровоцировать его повреждение.
Системы фаз газораспределения
Регулировка фаз: Распределительный вал регулируется специальной системой. Это позволяет регулировать время открытия и закрытия клапанов.
Современные бензиновые двигатели часто имеют систему регулировки распредвала (система фаз газораспределения Variable Valve Timing, VVT ). Эта система позволяет достичь соответствия современным экологическим нормам, принятым Евросоюзом и рядом других стран. Благодаря этой системе происходит адаптация синхронизации распредвала в соответствии с текущей ситуацией вождения. Например, во время остановки машины и работы двигателя на холостом ходу система регулировки распредвала настраивает систему газораспределения двигателя на более эффективную работу, чтобы снизить расход топлива и, соответственно, уменьшить уровень вредных веществ, выпускаемых через выхлопную систему автомобиля.
На мощных двигателях система фаз газораспределения, как правило, общая как на стороне всасывания, так и на стороне выхлопа. Регулировка распределительного вала в основном состоит из гидравлической системы регулировки и регулирующего клапана. Благодаря этой системе фазы газораспределения. Например, на разных режимах работы двигателя требуется разная величина фаз газораспределения. Так, при работе двигателя на холостом ходу фазы должны быть короткими. На высоких оборотах фазы должны быть более широкими.
В итоге двигатели с изменяемыми фазами газораспределения постоянно меняют работу распредвала в зависимости от режима движения.
Помимо гидравлической системы регулирующие фазы газораспределения, система Variable Valve Timing, VVT регулирует работу двигателя с помощью датчиков на коленчатом валу и с помощью информации о вращении распредвала.
Одним из самых известных типов регулировки распределительного вала является система «Vario Cam» от Porsche (теперь «Vario Cam Plus» ). Натяжитель цепи действует как регулировочный элемент, который поднимает или опускает звенья цепи между двумя распредвалами (DOHC) в зависимости от частоты вращения двигателя. В этой системе давление масла имеет решающее значение.
Еще одна известная система регулировки распредвала была представлена компанией Тойота в начале 2000-х годов. Она называется VVTL-i (система с изменяемым временем работы клапанов).
Здесь помимо фазировки распределительного вала может изменяться ход клапанов через распредвал. Функцию регулировки подъема клапанов автопроизводители видят по-разному. Например, некоторые автопроизводители реализуют работу клапанов через переменные углы отклонения. Другие же ( Porsche Vario Cam Plus ) используют специальные по конструкции кулачки в сочетании с многоточечными толкателями.
Honda использует, например, разные по размеру кулачки ( i-VTEC ), которые в сочетании с переключаемыми коромыслами позволяют изменять подъем клапана в два этапа.
Вот как работает эта система с изменяемыми фазами газораспределения:
Ремонт распредвала
Обычно распределительный вал в двигателе автомобиля может служить весь срок службы автомобиля. Это означает, что распредвал может прослужить примерно 200 000-300 000 километров пробега автомобиля (именно такой средний срок службы устанавливают сегодня для большинства автомобилей многие автопроизводители). Тем не менее существуют случаи, когда распредвал выходит из строя намного раньше. Например, при заводском браке распредвала. Или же когда автовладелец использовал автомобиль в экстремальных условиях или часто ездил на высоких оборотах (как говорится, постоянно «винтил» свою машину).
Естественно, при появлении дефекта распредвала требуется его восстановительный ремонт или покупка нового компонента. Кстати, в прошлом восстановительный ремонт был популярным средством. Ведь помимо некоторой экономии денежных средств ремонт распредвала в некоторых автомобилях давал небольшой прирост мощности. Дело в том, что в свое время было модно растачивать распределительные валы, проводя их шлифовку и т. п. Сегодня же расточка и ремонт распредвала менее популярны.
Как обнаружить дефект распредвала
При верхнем расположении распределительных валов первый же визуальный осмотр механика поможет быстро выявить возможные дефекты детали. Ведь при этом расположении распредвалов, после демонтажа клапанной крышки, доступ к распределительным валам становится свободным. Различные дефекты на распредвале могут быть видны невооруженным взглядом. Естественно, перед демонтажем клапанной крышки опытный мастер проверит работу двигателя с целью выявления характерных шумов в работе распредвала. Единственное, что часто тяжело выявить даже визуально эти дефекты кулачков, которые при износе не имеют заметных меток повреждения.
Если причиной повреждения распредвала являются подшипники, то обнаружить это можно только после разборки верхней части двигателя. Например, на изношенных подшипниках распредвалов легко обнаружить абразивные метки. В этом случае нужно заменить подшипники на новые.
Стоимость нового распределительного вала
В зависимости от типа и марки двигателя новые распредвалы стоят по-разному. Цены варьируются от 15 000 до 30 000 рублей. Естественно, это средняя стоимость оригинальных распредвалов для авто средней ценовой категории иностранного производства.
Но стоимость распредвала – это только половины истории при его неисправности. Ведь его еще предстоит заменить. Вот здесь разброс цен действительно не имеет границ. Все, конечно, зависит от марки, модели, года выпуска автомобиля и места, где будут проводиться работы. Сами понимаете, что у официалов замена распредвала влетит в огромные деньги. У частника в гараже эта работа может стоить в 5 раз дешевле. Но в этом случае есть риски по качеству предоставленных услуг.
Так что если вашей машине нужна замена распредвала, вы должны тщательно подходить к вопросу выбора места ремонта, поскольку это касается двигателя вашего автомобиля, который может быть серьезно поврежден в случае неправильной замены распределительного вала.
Кроме того, не забывайте, что во многих автомобилях добраться до распредвала очень тяжело из-за конструктивных особенностей транспортного средства. Именно поэтому в таких авто стоимость замены распредвала не может быть низкой, поскольку для этого необходимо слишком много времени. И если вы владелец такого авто и вам объявляют недорогой ценник по замене, то стоит призадуматься, будет ли в таком сервисе оказана действительно качественная услуга.
Может быть, не стоит рисковать? Ведь в итоге ваша экономия может выйти вам боком. Согласитесь, мы же не настолько богаты, чтобы экономить. Сами знаете, скупой обычно платит дважды. Особенно когда речь идет о сложном устройстве, которым является автомобиль.
Распредвал автомобиля: понимание технической основы для выбора
Главная страница » Распредвал автомобиля: понимание технической основы для выбора
Распредвал (полная форма термина: распределительный вал) – неотъемлемая деталь автомобильного двигателя, посредством которой осуществляется переключение рабочих элементов клапанной группы. Распределительному валу отводится важная роль газораспределительного устройства, обеспечения синхронизации (тактирования) в процессе распределения рабочей топливной смеси ДВС (двигателя внутреннего сгорания). Рассмотрим эту компоненту автомобильного мотора в подробностях, дабы иметь в запасе точное представление по выбору в случае надобности.
Типичное исполнение распределительных валов автомобилей
Распространены в наибольшей степени два типа распредвалов автомобилей, в работе с которыми применяются:
Ходовые плоскостные толкатели (подъёмники) распредвала традиционно присутствуют в конструкциях моторов типа V8. Буквальный смысл дизайна такой механической детали распредвала определяется плоскостной формой «лобной» области под контакт с кулачковым эксцентриком.
Однако эксцентрики под такую конфигурацию фактически не обладают идеальной плоскостной формой в области контактных поверхностей с толкателем. Форма эксцентриков здесь отмечена небольшой кривизной.
Один из многочисленных вариантов конструкции распределительных валов автомобильных моторов. В данном случае – это компонент автомобиля с дизельным двигателем
Другой вариант — роликовый толкатель, отличается тем, что этой конструкцией используется клапанный подъёмник распредвала, дополнительно оснащённый роликом. По сути, роликовый подъёмник выглядит подобно ходовому плоскостному толкателю, но при этом отмечается существенная разница в плане контакта с кулачком эксцентрика распредвала.
Эксцентриковым кулачкам под роликовые толкатели присущи утолщения выступов в зависимости от того, как роликовый подъёмник вступает в контакт. Стоит отметить, что распредвалы автомобильных моторов на основе эксцентриков под роликовые толкатели:
Профили эксцентриковых кулачковых выступов
Распредвалы на ходовых плоскостных толкателях способны выдерживать достаточно сильное давление пружины клапана. Этим давлением подъёмник выталкивается по направлению к кулачку.
Между тем, по мере увеличения давления пружины клапана на плоскостной кулачковый толкатель, естественным образом увеличивается износ рабочего выступа распредвала, находящегося в контакте.
Классическое исполнение толкателей (подъёмников) под эксцентриковые кулачки распределительного вала автомобильного мотора: А – плоскостной тип; В – роликовый тип
Этот момент является ограничивающим фактором по сравнению с исполнением распредвала на основе конфигурации эксцентриков под роликовые толкатели. Для создания большой мощности необходим кулачок, наделённый большой подъёмной силой, чтобы максимально широко открывать клапан.
Для увеличения подъёма клапана кулачком потребуется клапанная пружина более высокого давления. В этом смысле распредвал под роликовые толкатели имеет преимущество перед распредвалом с профилем для плоскостных кулачковых толкателей. Особенно важен этот фактор в случае задачи достижения более высокой мощности двигателя.
Рабочая высота кулачка распредвала автомобильного мотора
Важно знать о базовых вариациях прохода кулачков распредвала автомобильного мотора. Проход кулачка — это расстояние, на которое перемещается подъёмник (толкатель). Поскольку коромысло увеличивает перемещение толкателя, расстояние подъёма клапана отличается от расстояния прохода кулачка эксцентрика.
Отношение коромысла 1,5: 1 даёт 10 мм (0,4 дм) прохода кулачка эксцентрика и перемещает клапан в 1,5 раза больше относительно величины прохода. Соответственно, эксцентрик с проходом кулачка 10 мм (0,4 дм) переместит клапан на 15,2 мм (0,6 дм) при отношении коромысла 1,5: 1.
Распространённые формы профилей эксцентриков распределительных валов автомобильных двигателей с параметром «Peak (Gross) Lift» на уровне 0,475 дм для всех трёх вариантов
Рычаг качения (коромысло) с другим отношением изменит расстояние подъёма клапана, но не рабочий проход кулачка эксцентрика. Таким образом, в случае надобности вполне допустимо увеличить подъём клапана, используя увеличенное передаточное число. Увеличение прохода кулачка приведёт к большему открытию клапана. В свою очередь этот момент приведёт к увеличению пропускания топливной смеси (выхлопа) через двигатель.
Если планируется модернизировать эксцентрик для увеличения подъёмной силы, необходимо убедиться в том, что клапанные пружины способны работать на увеличенной подъёмной силе. Зазор между поршнем и клапаном, однако, может стать проблемой реализации такой цели. Нужно убедиться в наличии отмеченных возможностей, прежде чем приступать к реализации задуманного.
Что такое длительность (протяжка) распредвала мотора автомобиля?
Длительность (протяжка) распредвала — это измеренное время момента от начала открытия клапана до момента закрытия. Следует помнить – длительность (протяжка) измеряется в градусах по вращению коленчатого вала, но не по вращению распредвала. Спецификации распредвалов указывают параметр длительности (протяжки), обычно, оперируя значением измерения – 1,27 мм (0,050 дм).
График (характеристика) зависимости прохода эксцентрика (B) и типа толкателя (A), наглядно демонстрирующий преимущества роликовой конструкции толкателей. Синий цвет – плоскостной толкатель; Красный цвет – роликовый толкатель
Дело в том, что производители автомобильных распредвалов согласовали стандарт для измерения длительности движения любых видов эксцентриков. Идея состоит в том, чтобы измерить протяжку, начиная от точки прохождения 1,27 мм (0,050 дм) толкателя (подъёмника).
Другими словами: когда кулачок поднимает толкатель вверх и толкатель перемещается на расстояние 1,27 мм (0,050 дм), протяжка распредвала измеряется именно от этой точки.
Разделение эксцентриков распредвала (в градусах)
Распредвалы стандартных моторов V8 отмечаются расположением эксцентриков попарно: один впускной — один выпускной. Эти пары отличаются некоторым смещением одного элемента относительно другого. Эксцентричное разделение можно рассматривать как угол, измеренный в градусах между максимальным подъёмом пары кулачков.
Чтобы практически проверить разделение эксцентриков распредвала автомобиля, достаточно направить взгляд с торца этой детали и мысленно провести линию через центр наружу к точке максимального подъёма эксцентриков (выступ кулачков). Обычно разница составляет 104º — 115º.
Важно отметить, что разделение эксцентриков демонстрирует, как впускной клапан реагирует по отношению к выпускному клапану одного цилиндра автомобильного мотора. При этом такие детали, как эксцентриковый проход и длительность распредвала, описывают влияние каждого эксцентрика на клапаны.
Когда угол разделения уменьшается или увеличивается?
Разделение кулачковых эксцентриков распредвала является важной характеристикой, поскольку этот момент рассчитывает время действия впускного / выпускного клапанов. Если угол разделения эксцентриков распредвала равен 0º — впускной / выпускной клапаны открываются и закрываются одновременно.
Практически такого варианта, конечно, не существует, но подобное представление помогает лучше понять, что происходит, когда угол разделения уменьшается или увеличивается.
Угол разделения эксцентриков схемным вариантом: A — осевая линия впускного клапана; B – перекрытие; C — осевая линия выпускного клапана; D – базовый круг
Если угол разделения эксцентриков распредвала узкий, при движении (повороте) кулачка открывается один клапан. По мере вращения кулачка клапан начинает закрываться. Поскольку угол узкий, второй клапан в паре начинает открываться до того, как закрывается первый.
Насколько широко открыт первый клапан, когда второй клапан начинает открываться, зависит от разделения эксцентриков (и от формы контактных поверхностей) распредвала. Соответственно, узкий угол:
Давление в цилиндре увеличивается, потому что после такта выпуска поршень втягивает воздух в цилиндр. Если впускной клапан открывается раньше, в цилиндр поступает больше воздуха.
Как рассчитать время закрытия / открытия клапанов?
Если разделение эксцентриков достигает определённого угла при повороте, открывается один клапан. По мере продолжения вращения распредвала этот клапан начинает закрываться. При достижении эксцентриком более широкого угла, второй клапан пары начинает открываться.
В момент достижения эксцентриком прямого угла, можно рассчитать время закрытия первого клапана до того, как начинает открываться второй клапан. Стоит помнить, что при более широком угле разделения:
Какой распредвал автомобиля оптимальный для выбора?
Распредвалы представляются сложными механизмами, расчёт и подбор которых сопровождаются несметными массивами цифр. Тем не менее, большинство производителей автомобильных распредвалов предоставляют автолюбителям возможности выбрать распределительный вал достаточно просто. Для правильного подбора достаточно следовать двум правилам:
При помощи информации: JEGS