Что такое распределительный вал двигателя
Устройство автомобилей
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.
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.
Распределительный вал
Распределительный вал или распредвал — вал двигателя внутреннего сгорания, управляющий открытием и закрытием клапанов двигателя. Основная деталь газораспределительного механизма (ГРМ), служащего для синхронизации тактов работы двигателя и впуска-выпуска топливной смеси/воздуха и отработанных газов.
В современных автомобильных двигателях, как правило, расположен в верхней части головки блока цилиндров и соединён со шкивом или зубчатой звёздочкой коленвала ремнём или цепью ГРМ соответственно, и вращается с вдвое меньшей частотой, чем последний (на 4-тактных двигателях). Составной частью распредвала являются его кулачки, количество которых традиционно соответствует количеству впускных и выпускных клапанов двигателя. Таким образом, каждому клапану соответствует индивидуальный кулачок, который и открывает клапан, набегая на рычаг толкателя клапана. Когда кулачок «сбегает» с рычага, клапан закрывается под действием мощной возвратной пружины.
По расположению относительно блока цилиндров двигателя, распредвалы делятся на нижние и верхние.
Нижние расположены в самом блоке и в английской литературе обозначаются как «Cam-in-Block», могут управлять клапанами как с боковым, так и верхним расположением. Применялись широко в прошлом, а также и поныне для ряда тихоходных двигателей, либо там где требуется малая высота мотора.
Верхнее расположение распредвала достигается его размещением в головке блока цилиндров, и в английской терминологии обозначается как «OHC» (overhead cam) или «Cam-in-Head». Позволяет создавать моторы с высокими рабочими оборотами и мощностью. Двигатели с единственным верхним распредвалом на головку блока цилиндров в английской терминологии обозначаются «SOHC», с двумя распредвалами — «DOHC». Часть двигателей вовсе лишена распредвала в механизме ГРМ (поршневой либо золотниковое газораспределение). Ниже описаны варианты верхнего расположения распредвала:
Двигатели с рядной конфигурацией цилиндров и 2 клапанами на цилиндр обычно имеют один распределительный вал, с 3 клапанами (как правило 2 впускных и один выпускной) — также один распредвал, с 4 клапанами — как один, так и два распредвала, хотя преобладают решения с двумя валами. V-образные и оппозитные двигатели — либо один распредвал в развале блока, либо два — по одному на каждую головку блока.
Использование одного распредвала упрощает конструкцию, удешевляет её, делает компактнее и дешевле в обслуживании. Применяется как правило в бюджетных моторах, либо там где использование двух распредвалов нерационально или технически затруднено.
Использование двух распредвалов позволяет проще организовать привод 4-х клапанов на цилиндр (это необходимо для увеличения наполнения цилиндров), уменьшить инерционные нагрузки в ГРМ, легко организовать сдвиг фаз газораспределения. Это один из обязательных пунктов в увеличении мощности и эффективности мотора. Современные двигатели всё чаще имеют системы регулировки фаз газораспределения, то есть механизмы, которые позволяют проворачивать распредвал относительно приводной звездочки, тем самым изменяя момент открытия и закрытия (фазу) клапанов, и тем самым увеличить наполнение цилиндров. Также применяются системы изменения хода клапанов, имеющие большее количество кулачков распредвала, чем самих клапанов.
Распредвал
- 224 37 206k
- 218 2 262k
Распределительный вал, в сокращенном варианте распредвал – основная часть главного распределительного механизма или ГРМ, важный элемент автомобильного двигателя. Его задача заключается в синхронизации впускного и выпускного тактов работы ДВС.
Конструктивные особенности
Расположение данного механизма целиком зависит от конструкции ДВС, поскольку в некоторых моделях распредвал размещается внизу, в основании блока цилиндров, а в других – вверху, прямо в головке блока цилиндров. На данный момент оптимальным считается верхнее расположение распредвала, поскольку это существенно упрощает сервисный и ремонтный доступ к нему. Распредвал напрямую связан с коленвалом. Они соединяются между собой цепной или ременной передачей посредством обеспечения связи между шкивом на валу ГРМ и звездочкой на коленвале. Это необходимо потому, что приводится в движение распредвал именно коленвалом.
Устанавливается распределительный вал в подшипники, которые в свою очередь надежно закрепляются в блоке цилиндров. Осевой люфт детали не допускается за счет применения в конструкции фиксаторов. Ось любого распредвала имеет сквозной канал внутри, через который осуществляется смазка механизма. Сзади данное отверстие закрыто заглушкой.
Важными элементами являются кулачки распредвала. По количеству они соответствуют числу клапанов в цилиндрах. Именно эти детали выполняют основную функцию ГРМ – регулирование порядка работы цилиндров.
На каждый клапан приходится отдельный кулачок, открывающий его через нажим на толкатель. Освобождая толкатель, кулачок позволяет распрямиться пружине, возвращающей клапан в закрытое состояние. Устройство распределительного вала предполагает наличие двух кулачков для каждого цилиндра – по числу клапанов.
Устройство распределительного вала.
Следует отметить, что от распределительного вала также осуществляется привод топливного насоса и распределителя масляного насоса.
Принцип работы
Распределительный вал двигателя, располагаемый в блоке цилиндров, приводится в движение зубчатой или цепной передачей от коленвала.
Вращаясь, распредвал проворачивает располагающиеся на на нем кулачки, которые попеременно воздействуют на впускные и выпускные клапана цилиндров, обеспечивая их открывание-закрывание в определенном порядке, уникальном для каждой модели ДВС.
Рабочий цикл двигателя (поочередное движение каждого из клапанов цилиндров) осуществляется за 2 оборота коленвала. За это время распределительный вал должен выполнить только один оборот, поэтому его шестерня имеет вдвое больше зубьев.
В одном ДВС может быть больше одного распределительного вала. Их точное количество определяется конфигурацией двигателя. Наиболее распространенные бюджетные рядные моторы, имеющие по паре клапанов для каждого цилиндра, оборудуются только одним распредвалом. Для систем с двумя парами клапанов нужно использовать уже два распределительных вала. Например, силовые агрегаты с другим расположением цилиндров имеют или единственный распределительный вал, установленный в развале, или пару – для каждой головки блока отдельно.
Поломки распредвала
Существует довольно много причин, по которым в работу двигателя вплетается стук распредвала, что свидетельствует о появлении проблем с ним. Вот только наиболее типичные из них:
Распределительный вал требует должного ухода: замену сальников, подшипников и периодичной дефектовке.
По утверждениям специалистов при возникновении легкого стука распредвала автомобиль может ездить еще не один месяц, но это ведет к усиленному износу цилиндров и других деталей. Поэтому при обнаружении проблемы следует заняться ее устранением. Распредвал – разборный механизм, поэтому ремонт чаще всего осуществляется методом замены его всего или только некоторых элементов, например, подшипников.
Что такое распределительный вал двигателя
Распределительный вал управляет работой клапанов. Он состоит из кулачков и опорных шеек.
В качестве подшипников распределительного вала используют сталебаббитовые или алюминиевые втулки, реже подшипники качения. Осевые перемещения распределительного вала (0,1…0,25 мм) чаще всего ограничиваются регулировочным и упорным болтом или стопорной шайбой (фланцем).
При однорядной компоновке цилиндров распределительный вал, как правило, располагается в блок-картере сбоку от цилиндров, в V-образном двигателе распределительный вал устанавливается в развале цилиндров (нижнее расположение). В отдельных случаях распределительные валы размещают непосредственно над клапанами (над коромыслами), благодаря чему упрощается передача усилий от кулачков к клапанам (верхнее расположение).
Рекламные предложения на основе ваших интересов:
Привод распределительного вала осуществляется от шестерни на коленчатом валу через шестеренчатую цепную передачу или передачу с помощью промежуточных валов..
Шестеренчатая передача наиболее проста по устройству, отличается стабильностью в работе (износ шестерен мало влияет на работу газораспределения). Применяется при нижнем расположении распределительного вала.
Цепная передача применяется при верхнем расположении распределительного вала. Износ и вытяжка цепей, приводящие к нарушениям работы газораспределения, основные недостатки этого привода.
Чтобы обеспечить строго согласованную работу механизмов газораспределения и кривошипно-шатунного, шестерни привода распределительного вала при сборке устанавливают строго по меткам на их зубьях и впадинах и картере распределительных шестерен.
Для изготовления распределительных валов применяют углеродистые (40, 45) и легированные (15Х, 12ХНЗА, 15НМ) стали или легированный чугун. Рабочие поверхности опорных шеек и кулачков подвергают поверхностной закалке, после чего их шлифуют и полируют.
Как правило, каждый цилиндр двигателя имеет по одному впускному и одному выпускному клапану. Таким образом, для привода клапанов одного цилиндра на распределительном валу должно быть два кулачка, а общее количество кулачков в два раза больше общего числа цилиндров двигателя. От профиля кулачка зависят моменты открытия и закрытия клапана, а следовательно, продолжительность открытого состояния клапана или фаза газораспределения. На рисунке 28 показаны схема работы кулачка и теоретический график его перемещения h в зависимости от угла поворота распределительного вала ср.
Толкатель, поднимаясь вверх, вначале выбирает тепловой зазор в клапанах h0. Затем усилие от толкателя начинает передаваться клапану, и он открывается. Когда кулачок поворачивается от положения начала подъема толкателя на угол ф/2, клапан максимально открывается на hmax. Клапан находится в открытом состоянии до тех пор, пока кулачок удерживает толкатель на высоте, превышающей значение теплового зазора h0. Таким образом, фаза начинается в точке а и заканчивается в точке Ь.
Действительный график h (ф) несколько отличается от расчетного, так как детали механизма газораспределителя изнашиваются и контакты его передаточных деталей становятся более резкими.
Схема расположения кулачков на распределительном валу зависит от тактности двигателя, порядка работы его цилиндров и схемы размещения цилиндров в блоке.
К основным передаточным деталям клапанного механизма газораспределения относятся толкатели, штанги и коромысла.
Толкатель передает движение от кулачка распределительного вала к клапану непосредственно или через штангу и коромысло. Наибольшее распространение получили цилиндрические и грибообразные толкатели (рис. 3). Цилиндрические толкатели применяют в механизмах газораспределения с верхним расположением клапанов., грибообразные — преимущественно при нижнем расположении клапанов.
В толкателях рабочими поверхностями являются нижняя торцевая (опорная) и боковая цилиндрическая (направляющая) поверхности.
Опорная поверхность толкателя воспринимает давление кулачка, а направляющая — боковое усилие и силу сопротивления вращению. Она может быть плоской или сферической (R = 750… 1000 мм). Для повышения износостойкости ее наплавляют легированным чугуном и подвергают термической обработке, после чего шлифуют и полируют. Цилиндрическую поверхность (направляющую часть) толкателя термически обрабатывают, шлифуют и полируют.
Грибообразные толкатели для механизма газораспределения с нижним расположением клапанов имеют болты с контргайками, которые ввертываются сверху в торец и предназначены для регулировки теплового зазора в клапанах. Иногда такие толкатели оборудуют гидравлическим устройством для автоматического регулирования теплового зазора.
Цилиндрические толкатели полые, в них входят шаровые наконечники штанг. Для смазки такого толкателя на нем имеется сверление 5, по которому масло вытекает на трущиеся поверхности.
Толкатели устанавливают в цилиндрические расточки блок-картера таким образом, чтобы при взаимодействии с кулачками они проворачивались. Это достигается смещением толкателя относительно середины кулачка (рис. 4, а и б) или взаимодействием сферической опорной поверхности толкателя с конической поверхностью кулачка (рис. 4, в).
Для изготовления толкателей применяют сталь или чугун.
Штанги передают усилия от толкателей к коромыслам. Стержень штанги изготовляют трубчатого сечения из стали или дюралюминия. Наконечники штанг стальные.
Коромысла воспринимают усилия от штанг и используют эти усилия для открытия клапанов.
Коромысло представляет собой двухплечий рычаг с соотношением плеч 1,3… 1,5. Такое соотношение плеч коромысла позволяет при сравнительно небольшом ходе толкателя обеспечивать необходимое перемещение клапана при его открытии. Короткое плечо коромысла имеет регулировочный болт с контргайкой. Длинное плечо заканчивается бойком, ударяющим при работе в стержень клапана.
В средней части коромысло имеет отверстие с запрессованной бронзовой втулкой (редко с подшипником качения). Коромысла устанавливают на полых осях, закрепленных в специальных стойках на головке цилиндров.
Для подвода смазки к передаточным деталям используются полые оси и каналы в коромыслах.
Коромысла изготовляют из стали или ковкого чугуна. Боек коромысла подвергают закалке, затем шлифуют и полируют.
