Распределительный вал двигателя - что это такое?
Распределительный вал, он же распредвал, или попросту распред, в газораспределительном механизме выполняет основную функцию – открытие и закрытие клапанов в необходимый момент (для разных моделей оно разное), благодаря чему производится приток воздуха (для образования топливно-воздушной смеси), а после их сгорения выпуск отработавших газов. Проще говоря, процесс газообмена в двигателе управляется распределительным валом.
Чтобы уменьшить инерционные нагрузки и потери, увеличить жесткость элементов газораспределительного механизма, распределительный вал должен находиться как можно ближе к клапанам. Вот почему на современных двигателях в головке блока цилиндров стандартное положение распредвала так называемое верхнее расположение распределительного вала. Раньше били распреды нижнего расположения, но они малоэффективны для современных машин. Они обеспечивают огромную тягу на низах (вспомним старые Волги и Москвичи – хотя динамика так себе и обороты меньше 5000 об/мин., но зато трогаются около на 900 об/мин., а Жигули на 1600-1750). Поэтому данной системой сейчас оснащаются в основном грузовиках, где важен крутящий момент на низах, и не столь важен максимальные обороты.
Газораспределительный механизм может иметь один или два распредвала на ряд цилиндров, если это рядный мотор, или на каждый ряд, если это V-образник, то есть V6, V8 и т.д. При одновальном механизме обслуживаются на каждом цилиндре два клапана - впускной и выпускной. В двухвальной схеме впускными клапанами управляет один вал, а другой – выпускными, и, как правило, бывает два впускных и два выпускных клапана на каждый цилиндр, реже три впускных.
Кулачки составляют собой основу конструкции распредвала. На каждый клапан приходится, как правило, по одному кулачку. Кулачок обладает сложной формой, которая гарантирует открытие и закрытие клапана в установленное для каждой модели время, также его подъём на определенную высоту (также в зависимости от модели). Бывают разные конструкции, и в зависимости от системы газораспределительного механизма кулачок может работать либо с толкателем, либо с коромыслом.
Кулачкам приходится преодолевать усилия из-за возвратных пружин клапанов при работе распредвала, и силы трения, возникающие от взаимодействия с толкателями. На все это расходуется полезная мощность двигателя. Данные недостатки у беспружинных систем отсутствуют, как и такая проблема, как зависания клапанов! Работа таких систем реализована на основе десмодромного механизма. Это довольно интересное решение, которое почему то не нашло массовое применение в автоиндустрии, лишь в 50х гг. прошлого века Мерседес применял в своих гоночных моторах, но позже забросил это идею, а из современных моделей лишь Ducati применяет на своих мотоциклах, и эта система их визитная карточка. Для того чтобы уменьшить силы трения между толкателем и кулачком плоскую поверхность толкателя могут заменять роликом. Хотя есть теория использования магнитной системы, но всё же, его массовое применение ожидается в не так уж скором будущем использование этой системы для управления клапанами, который обеспечит отказ от услуг распределительного вала! Чтобы предотвратить зависание клапанов и другие «фирменные» баги распредвала есть и другие решения, к примеру, применение двух или трёх пружин вместо одного! Они находятся не рядом, а друг в друге, чтобы предотвращать вышеупомянутые проблемы и резонансные колебания. Или вот такой способ – все механизмы на вид такие же, но они выполнены из лёгких сплавов металлов и даже из других материалов, что здорово снижает их вес, и чем больше обороты мотора, чем легче он крутится и без катастрофических последствий. Ну и ещё альтернатива – из мира гоночных «формульных» болидов, это пневмопривод клапанов. Это даёт преимущества двух предыдущих систем вместе взятых.
Распределительный вал для обычных, базовых моделей изготавливается из чугуна способом литья, или стали методом ковки. Распредвал располагается в опорах, которые являются одновременно подшипниками скольжения, когда он вращается. По умолчанию, число опор превышает число цилиндров на одно. Опоры, как правило, разъемные, но порой – неразъемные. Такие опоры выполнены с головкой блока как одно целое. В опорах, которые выполнены в чугунной головке, применяются тонкостенные вкладыши. Они заменяются при изнашивании.
Упорные подшипники удерживают распредвал от продольного перемещения, которые располагаются поблизости приводной шестерни - звездочки. Распредвал смазывается под давлением. Предпочтительнее всего к каждому подшипника индивидуальный подвод масла.
И наконец, об одной весьма интересной системе – о механизме эластичного, или плавного изменения фаз газораспределения, или же просто фазовращателе. Этот механизм значительно увеличивает КПД и эффективность газораспределительной системы, позволяет добиться повышения мощности и тяги в любом диапазоне оборотов, без ущерба для «низов» и «верхов», экономии топлива и заметного снижения токсичности выхлопных газов. На сегодняшний день существует несколько подходов к плавному регулированию фаз газораспределения: поворот распредвала при различных, определённых режимах работы; использования сразу нескольких кулачков с различным профилем для одного клапана; и изменение расположения оси коромысла. У большинства машин без этой системы распредвал оптимизирован для работы на средних оборотах, а на низах и верхах тяга мощность и тяга не особо впечатляют, так как диапазон работы узкий.
У старых американских, а иногда европейских многолитровых моторах распред обеспечивает чудовищную тягу на низах, но к средним оборотам мощность уже не такая, а на верхах почти отсутствует, да и то эти верха, как правило, заканчиваются отметкой 4800-5300 об/мин. А у старых высокооборотистых моторов всё 100 % наоборот – то есть низы отсутствуют (можно глохнуть на старте даже на ровной дороге при казалось бы мощном моторе!), средние обороты так себе, а на верхах просто бомба! Да и крутятся они до 7500-9000 об/мин. А смысл фазовращателей в том чтобы сочетать все их плюсы, и по мере возможности полностью исключить минусы. К примеру, для «горячей» версии Тойоты Ярис его турбомотор с крохотным объёмом 1,5л снабдили подобной системой, в итоге, когда машинка трогается, кажется, что под капотом минимум 2,5литровый «атмосферник» о мощности 180-190 л.с., а на верхах он прикидывается гоночным болидом, с большими оборотами (для турбомотора, конечно). Или же наоборот, новейшие американские мастодонты , у которых тяга ещё больше впечатляет, чем у прежних поколений, но и крутятся они до немыслимых 6000-6600 об/мин при не ухудшающийся мощности и тяге!
Устройство и принцип работы распредвала
Распределительный вал, он же распредвал, он же «распред», получает свою энергию от работы коленчатого вала мотора. Практически в любом моторе внутреннего сгорания о четырехтактной работе распредвал приводится во вращение ременным или цепным приводом со скоростью с вдвое меньшей частотой, чем сам коленчатый вал. Сейчас широко применяется распред с верхним расположением распредвала/распредвалов. Бывает двух типов - с одним распредом для версий с двумя или тремя клапанов для цилиндров (к примеру, старые маздовские моторы, и мерседесовские моторы прошлых поколений – 3,2литровый – 18 клапанов, пятилитровый 24 и т.д.). И с двумя для многоклапанных головок - тут уже четыре клапана для каждого цилиндра, и редко по пять, например как некоторые модели Ауди и Феррари.
Как говорилось ранее, распредвал приводится во вращение с помощью цепного или ременного привода, которые используются как в «бензинниках», так и в дизелях на равных. Ранее на некоторых моделях для привода производители использовали шестеренные передачи, однако ввиду громоздкости такого механизма и повышенной шумности они перестали применять её в своих моделях.
Ременной привод
О ременном приводе распределительного вала. В этой конструкции используется зубчатый ремень, роль которой охватывать соответствующие зубчатые шкивы на валах. Приводной ремень оснащён натяжным роликом. У ременного привода компактные размеры, практически бесшумный, довольно надёжный, и всё это делает его популярным у производителей. У современных зубчатых ремней огромный ресурс - до 100 т. км пробега и более.
Цепной привод
Цепной приводом объединяет металлическую цепь, обегающую звездочки на коленвалу и распредвалу. Кроме того в приводе применяется натяжитель и так называемый успокоитель. Цепь сделана из звеньев, соединенных шарнирами. Одна цепь может крутить два распредвала.
Цепной привод распредвала довольно надёжный, имеет компактные размеры и вес, может использоваться при больших межосевых расстояниях. Помимо того, износ шарниров со временем может привести к растяжению цепи, последствия которого ясно к чему могут привести – фатальный исход для ГРМ. Тут не спасёт даже натяжитель с успокоителем. Чтобы это предотвратить, приходится состояние цепного привода регулярного держать под контролем.
Привод распреда может использоваться также и для привода других механизмов автомобиля, к примеру, для масляного насоса, и/или топливного насоса высокого давления для турбодизелей, распределителя зажигания и т.д..
