Распределительный вал: что и как будем распределять

Распределительный вал: что и как будем распределять?

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.

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.

Что такое вал электродвигателя?

Для передачи усилий от работающего электродвигателя на различные механизмы необходимо связующее звено. В большинстве таких случаев, прямым звеном является сам ротор, длинный конец которого выведен в форме вала за пределы корпусной части двигателя. Самыми главными параметрами, по которым оценивается вал двигателя – это его диаметр и свободный вылет (часть вне корпуса). Внешне этот элемент напоминает стальной стержень с разной величиной диаметра по своей длине. Самая толстая его часть как раз находится в середине магнитопровода и испытывает наибольшие нагрузки, далее, через колена меньшего диаметра, на которых сидят подшипники к заданному расчётами диаметру выходного конца. Величина диаметра зависит от назначенных будущими условиями допустимых нагрузок, задаваемых двигателю при его создании.

В зависимости от сферы применения самого двигателя, валы могут быть:

• цилиндрические – распространённые практически во всех сферах человеческой деятельности;
• конические – чаще всего встречаемые в крановых и экскаваторных электродвигателях.

Так же, в зависимости от назначения и функциональности двигателя, Вал может иметь различное число выходных концов – один или два. При этом в отношении второго варианта концы могут быть как одинакового диаметра, так и иметь различия. Такие валы применимы в трёхфазных электродвигателях как общепромышленного, так и специального назначения. Бывают случаи, когда один конец имеет цилиндрическую форму, а второй – коническую. Такая комбинация характерна для крановых электродвигателей, где в условиях одного устройства выполняются различные по направлению действий задачи. Поскольку второй конец вала всегда прикрыт колпаком, то вариант двигателя с двумя выходными валами всегда решается с заказчиком индивидуально.

Главная задача вала, как известно – это передача усилия от электромотора, задавая требуемую частоту вращения механизмов, выполняющих определённую задачу. Используют для передачи шкивы, муфты или шпонки, если речь идёт о прямом участии двигателя, как, например, в современных стиральных машинах. Наша электротехническая компания по продаже автоматизированных приспособлений, узлов и аппаратов, а так же разнообразных комплектующих позаботилась о том, чтобы каждый электродвигатель, предлагаемый нами, был оснащён только качественным валом, изготовленным из высококачественной стали, прошедшей термическую и прочую обработку и имеет высокую степень допуска и точность изготовления.

Требования к валу

В электротехнической машине вал испытывает самую большую нагрузку, так как передаёт крутящий момент выполняющему определённую работу механизму. От показателей жёсткости и прочности так же будут зависеть качество работы электродвигателя, а значит и всего электрического агрегата. В зависимости от характера работы валы может отличаться конструктивными особенностями упоминаемых выше ступеней. По техническим требованиям валов должны соблюдаться следующие условия:

• для снижения возникающих напряжений переходы в диаметре выполняют максимально плавными;
• выполнение шпоночной канавки для валов большого диаметра, с целью крепления сердечника;
• материал изготовления – углеродистая сталь 45 либо сталь легированных марок с содержанием хрома, никеля и прочих, повышающих прочность и стойкость к нагрузкам элементов;
• обязательная нормализация заготовок валов в процессе термообработки;
• высокая точность ступеней под подшипники, соответствующая классу 2.

Выполнение данных требований позволяет купить электродвигатель с максимальной величиной прочности его рабочего элемента, приводящего в действие целые электротехнические машины, производственные линии, гидравлические, вентиляционные и обрабатывающие системы. Наша компания, имеющая достаточный опыт в данной сфере сотрудничает только с самыми ответственными зарубежными и отечественными изготовителями электродвигателей, чтобы предоставить покупателю высококлассную продукцию с большим эксплуатационным периодом в пределах различной степени возможных нагрузок.

Остались вопросы?
Специалисты ЭНЕРГОПУСК ответят на Ваши вопросы:
8-800-700-11-54 (8-18, Пн-Вт)

Что такое коленвал и почему без него не обойтись?

Двигатель внутреннего сгорания (ДВС) сам по себе не может стронуть с места автомобиль, потому что поршни способны только на поступательное движение, которое должно быть преобразовано через коленвал в крутящий момент, обязательный для трансмиссии. Иными словами, последний служит передачей между ДВС и ведущими колесами, если не принимать во внимание ряд других узлов и механизмов.

Из чего состоит коленвал

Как известно, гениальность – в простоте, и коленвал является ярким тому примером, так как устройство данного автомобильного узла не отличается сложностью, а эффективность его чрезвычайно высока. Именно этот элемент кривошипно-шатунного механизма, выполненный из стали или чугуна, несет на себе основную нагрузку вращения колес, передавая им энергию двигателя. Составлен вал из ряда колен (число их соответствует числу цилиндров ДВС), каждое из которых состоит из двух щек и соединяющей их шатунной шейки. Между собой колена связаны коренными шейками, снабженными одноименными подшипниками.

Преобразование поступательного движения в крутящее происходит за счет того, что оси шеек, соединенных через подшипники с шатунами, не совпадают с осью вращения всего вала. К слову, во избежание возникновения центробежных сил во время работы узла щеки с противоположной стороны от шатунных шеек утяжелены противовесами. Таково устройство коленчатого вала в целом, если не рассматривать маховик, устанавливаемый на одном конце узла, и соединение через ведомый диск с коробкой передач на другом конце.

Как работает коленчатый вал двигателя

Итак, в камерах двигателя внутреннего сгорания, после воспламенения нагнетенного туда горючего, образуются газы, которые, расширяясь, толкают поршни. Те, в свою очередь, оказывают воздействие на присоединенные к ним шатуны через кинематическую пару (бронзовая втулка и палец, тончайший зазор между ними заполнен маслом, подающимся сквозь отверстие во втулке). Шатун нижней головкой через подшипник соединен с шейкой колена, расположенного на валу, и каждое движение поршня, таким образом, проворачивает весь коленчатый вал двигателя.

Чтобы крутящий момент был передан на трансмиссию без ослабления, каждую коренную шейку охватывает специальный подшипник коленвала, состоящий из двух половинок, установленных внутри крышек картера. В последнем предусмотрены ячейки для вращающихся колен, с отверстиями для шатунов в верхней части и поддоном для масла в нижней. Между ячейками, по числу опорных шеек, располагаются подшипники, у каждого вместо элементов качения с внутренней стороны имеется канавка для масла.

Чтобы масло не вытекало из картера, на оба конца вала устанавливаются сальники, которые также имеются с каждой стороны от опорных подшипников.

Шестерня коленвала и ее значение

Когда картер полностью собран, снаружи устанавливается сальник, а затем – шестерня коленвала. Необходима она для того, чтобы через зубчатый ремень или непосредственно через шестерню распределительного вала происходила его синхронизация с работой коленчатого вала. В свою очередь распредвал посредством установленных на нем кулачков с определенной периодичностью открывает и закрывает клапаны газораспределительного механизма (ГРМ). Это необходимо для своевременной подачи в цилиндры ДВС топлива и отвода газов после его сгорания.

Если используется ременная передача, она попутно охватывает шкив насоса охлаждающей жидкости. К слову, натяжение ремня должно быть строго отрегулировано, для этого предусмотрен специальный ролик. Если у шестерни вдруг обнаружится люфт, проверьте, насколько надежно сидит в своем гнезде шпонка коленвала. Даже после того, как последняя будет вынута, шестерня при натянутом ремне должна сидеть достаточно плотно. Если люфт продолжается, значит, произошла деформация посадочного места, и не остается ничего другого, кроме как поменять вал. То же самое, если разбивает гнездо под шпонку.

А теперь — «горбатый»!

А ТЕПЕРЬ — «ГОРБАТЫЙ»!

РАСПРЕДВАЛЫ С ИЗМЕНЕННОЙ ГЕОМЕТРИЕЙ ОТКРЫВАЮТ МОТОРУ ВТОРОЕ ДЫХАНИЕ

ТЕКСТ / ВИКТОР СЛЕСАРЕВ

Существуют странные — в глазах «всегда правого» большинства — автолюбители. Нет бы купить подержанную «Тойоту» и спокойно на ней «рассекать»! Вместо этого тратят куда большие суммы на тюнинг почему-то полюбившейся «Самары». Да еще смотрят на гордого «иномарочника» свысока — на «японке», мол, и «чайник», не знакомый со словом капот, поедет.

Не будем говорить о том, какую роль в конструкции двигателя играет распредвал. Перейдем сразу к делу — особенностям распредвалов, разработанных НПФ «МастерМотор» и выпускаемых сегодня под двигатели различных модификаций переднеприводных ВАЗов. Для любителей тюнинга мотора популярные у спортсменов «горбатые» валы открывают ряд возможностей.

Если читатель помнит, впервые о «резвых» распредвалах журнал сообщал еще в 1995 году. Но и в последующие годы фирма на месте не стояла.

Переднеприводные ВАЗы сегодня одни из самых распространенных в России — и многие их владельцы заинтересованы в том, чтобы скоростные и динамические показатели автомобиля стали выше при минимуме затрат. «МастерМотор» производит распредвалы именно с таким расчетом, чтобы каждый мог выбрать наиболее полно отвечающий характеристикам «тюнингованного» двигателя. Гамма распредвалов фирмы включает в себя девять модификаций, «перекрывающих» широкий диапазон требований — от самого «скромного» 2108–80 до тюнинговых и спортивных. Характеристики распредвалов — в таблице. Заметьте: величины подъема впускного и выпускного клапанов существенно увеличились, для спортивных вариантов — чуть ли не в полтора раза. А с учетом изменений в профилировании кулачков еще сильнее выросло «время-сечение» — для впускных клапанов оно стало больше в 1,75–1,9 раза. Этим и определяется, при соответствующих оборотах, рост крутящего момента и мощности двигателя.

Теперь познакомимся с особенностями этих изделий. Распредвалы 2108 и 2110 показаны в таблице для сравнения. Кроме них — еще девять. Начнем с «низовых» валов 2108–80, 2108–26 и 2108–49.

Распредвал 2108–80 предназначен для моторов рабочим объемом 1,1–1,3 и 1,5 л, причем в последнем он оказывается самым «низовым»: при оборотах 5600 в минуту в лучшем случае не уменьшит мощность по сравнению с серийным. Зато на средних и низких оборотах двигатель станет более «тяговит».

Распредвал 2108–26 позволяет добиться повышения крутящего момента двигателя во всем рабочем диапазоне оборотов — и тем самым, без изменений в трансмиссии, не только улучшить разгонные показатели автомобиля, но и сохранить или даже несколько повысить его максимальную скорость.

2108–49 в сравнении с предыдущим более «верховой», хотя некоторое повышение момента происходит и на пониженных оборотах.

Отметим, что все эти три вала можно установить в серийную головку блока без каких-либо ее доработок. Их достоинство в том, что они существенно улучшают разгонную динамику машины без форсировки двигателя по оборотам.

Следующие два распредвала — 2108–52 и 2108–54 — «верховые». На низких оборотах их крутящий момент в лучшем случае на уровне серийного исполнения. Зато на высоких существенно возрастает при условии, что обороты достигают 6000–7000 в минуту. Следовательно, для реализации новых возможностей двигателя на высших передачах может потребоваться вмешательство в трансмиссию (возможно, главную пару нужно несколько «укоротить»). Этим хорошо владеют специалисты тюнинговых фирм. Сравнение вала 2108–52 с серийным показано на графике.

2108–52 полностью взаимозаменяем с серийным распредвалом и не требует подготовки головки (если это не связано с какими-либо иными соображениями). Прототип этого вала с обозначением 2108–14 применялся фирмой «Лада Инжиниринг» при подготовке форсированных двигателей.

Распредвал 2108–54 оставляет автовладельцу лишь одну вольность: можно сохранить серийные толкатели и пружины. Но, значительно увеличив подъем клапанов, одновременно уменьшили базовый диаметр кулачков с 38 до 36 мм, поэтому применение этого вала требует доработки головки блока. Обычно опускают седла клапанов на 1 мм (для данного варианта). При этом несколько меньше предварительное усилие пружин, само же занижение седел, как показал опыт, увеличивает наполнение цилиндра на высоких оборотах — «верхи» лучше.

Итак, мы познакомились с пятью распредвалами, где подъем впускных клапанов от 9,05 до 10,55 мм. Они позволяют улучшить тяговые характеристики серийных двигателей и при разной их форсировке по оборотам, и при возможности увеличения рабочего объема до 1,7 л.

Следующие четыре распредвала — спортивные.

2108–62 — работающий до 9000 об/мин с серийными толкателями, регулировочными шайбами и пружинами. Номинально при подготовке головки требуется только занизить седла клапанов. Этот вал часто используют и любители тюнинга.

Далее 2108-М1, М2 и М3 — спортивные распредвалы для кросса, ралли, ипподрома или кольцевых гонок. Требуют применения специальных пружин клапанов и цельных толкателей без шайб. В этом ряду (в порядке перечисления) крутящий момент «наверху» наращивается, а «внизу» снижается.

Как было сказано выше, «МастерМотор» производит распредвалы для самых различных целей, и, судя по всему, автолюбители легко ориентируются в гамме этих изделий. Например, до появления распредвала 2108–52 самыми ходовыми были 2108–26 и 2108–49. А ныне — 49-й и 52-й.

Кто-то может спросить: как изменятся с «резвым» распредвалом расход топлива и ресурс двигателя? В ответ напомним, где бывает бесплатный сыр! Только очень наивный может надеяться на меньший расход при скорости, выросшей на 20–30 км/ч. Или на увеличение ресурса мотора, да и машины в целом. Эти распредвалы — для тех, кто во главу угла ставит именно мощность машины, ее скоростные и динамические показатели.

Сравнение характеристик одного и того же двигателя 21083 с серийным распредвалом 2108

и «верховым» — 2108–52 (по заявлению производителя).