Распредвал в двигателе внутреннего сгорания¶

Распредвал (распределительный вал, газораспределительный вал) — элемент механизма газораспределения двигателя внутреннего сгорания, вал с кулачками, обеспечивающий своевременное открытие и закрытие впускных и выпускных клапанов. Кулачки, насаженные на вал или отлитые с ним единым целым, преобразуют вращательное движение вала в возвратно-поступательное движение клапанных толкателей. Распредвал работает в такте синхронно с коленчатым валом: за два оборота коленвала распредвал совершает один оборот, обеспечивая правильный цикл газообмена.

¶Устройство и принцип работы

Распредвал изготавливается из прочного чугуна или стали, поверхность кулачков подвергается закалке для повышения износостойкости. На валу размещаются кулачки (по одному на каждый клапан), а также опорные шейки, которые размещаются в подшипниках головки блока цилиндров. Для привода распредвала от коленчатого вала используются зубчатая цепь, зубчатый ремень или зубчатая передача.

Профиль кулачка определяет параметры газораспределения: подъём клапана, продолжительность открытия (фазу) и скорость перемещения. Профиль разрабатывается с учётом требований к наполнению цилиндра свежим зарядом и удалению отработавших газов.

¶Виды распредвалов

По расположению в двигателе различают:

• Верхний распредвал — размещается в головке блока цилиндров над клапанами. Наиболее распространённая схема в современных двигателях.
• Нижний распредвал — устанавливается в блоке цилиндров, приводит клапаны через штанки и толкатели. Применялся преимущественно в старых конструкциях.

По количеству валов на двигатель:

• Один распредвал на весь двигатель (SOHC, Single Overhead Camshaft) — один вал приводит и впускные, и выпускные клапаны.
• Два распредвала на головку (DOHC, Double Overhead Camshaft) — отдельный вал на впускные и выпускные клапаны. Такая схема позволяет разместить больше клапанов на цилиндр и точнее управлять газообменом.

¶Механизм привода

Привод распредвала от коленчатого вала осуществляется с передаточным отношением 2:1. Основные типы привода:

• Цепной привод — цепь работает в масляной ванне, имеет большой ресурс, но создаёт шум и требует натяжителя.
• Ременной привод — зубчатый ремень легче и тише цепи, не требует смазки, но имеет ограниченный ресурс и подлежит периодической замене. Обрыв ремня при интерференсном двигателе (клапаны и поршни пересекаются в цилиндре) приводит к столкновению клапанов с поршнем и повреждению двигателя.
• Шестерённый привод — применяется редко, обычно в форсированных или специальных двигателях.

¶Газораспределительные фазы

Фазы газораспределения — моменты открытия и закрытия клапанов относительно положения поршня — задаются формой кулачков. Для улучшения наполнения цилиндров на разных режимах применяются системы изменения фаз газораспределения (VVT). Они позволяют смещать фазы в зависимости от оборотов и нагрузки, повышая мощность и экономичность. Примеры систем: VVT-i (Toyota), VANOS (BMW), MIVEC (Mitsubishi), VTEC (Honda).

¶Регулировка тепловых зазоров

Между кулачком и толкателем (или коромыслом) должен существовать тепловой зазор, компенсирующий температурное расширение деталей. Слишком большой зазор приводит к шуму и снижению подъёма клапана, слишком малый — к неполному закрытию клапана и прогару. Регулировка выполняется:

• подбором шайб под толкатель;
• регулировочными винтами на коромыслах;
• гидравлическими компенсаторами, автоматически удерживающими нулевой зазор.

¶Неисправности

Основные признаки неисправного распредвала: стук на холодном или горячем двигателе, неустойчивая работа, повышенный расход топлива, снижение мощности, чёрный выхлоп. Причины износа: недостаток смазки, применение некачественного масла, естественный износ кулачков и опорных шеек, деформация вала при перегреве. При обрыве ремня или цепи привода возможен загиб клапанов, деформация распредвала и повреждение головки блока.

¶Применение

Распредвалы применяются во всех современных бензиновых и дизельных двигателях с клапанным газораспределением. В России распредвалы производятся на предприятиях двигателестроения, в том числе на заводах, выпускающих двигатели для автомобилей «АвтоВАЗ», «КАМАЗ», «УАЗ». В тюнинге и моторспорте применяются спортивные распредвалы с изменённым профилем кулачков, увеличивающим подъём и продолжительность открытия клапанов.

Источники:

• Двигатели внутреннего сгорания: учебник под ред. В. М. Тавзова
• Хомич А. И. Конструкция автомобилей
• Кулешов В. П., Невзоров Л. А. Автомобильные двигатели
• Сайты производителей двигателей и систем газораспределения