Всё про распредвал двигателя

Всё про распредвал двигателя

Устройство распределительного вала (или распредвала, как его чаще всего называют) меняется по форме, но остается неизменным по своей сути. Независимо от того, какие модификации с ним происходят, распредвал остается неизменной деталью двигателей внутреннего сгорания.

Функции распредвала

В ДВС распредвал отвечает за открытие и закрытие впускных и выпускных клапанов, то есть за газораспределение непосредственно в камере сгорания двигателя. От особенностей конструкции мотора и самого распредвала, а также корректной настройки ГРМ, зависит эффективность работы двигателя: мощность, динамика, КПД. Эволюция двигателей влечет за собой и некоторые изменения в форме и функциях распредвала: создаются системы, подстраивающие газораспределение под частоту оборотов, устанавливаются валы на впуск и выпуск по отдельности, и, конечно, меняются материалы и способы обработки металлов.

Конструкция распредвала

В большинстве случаев распредвал вытачивается из цельного металлического цилиндра, и только некоторые производители устанавливают накладки с кулачками на ось, делая не цельную, а сборную конструкцию (например, распредвал на Audi Valvelift System (AVS), на котором кулачки перемещаются на оси распредвала). Но пока в большинстве автомобилей используются цельнолитые конструкции распредвалов, изготовленные из чугуна или износостойких слоев стали. Дополнительную твердость готовые валы получают в результате закалки: азотирования, лазерной обработки, отбеливания и т.д.

Основными конструктивными элементами распредвала являются кулачки, которые открывают клапаны напрямую или через толкатели. Опорные элементы (шейки) устанавливаются в подшипники скольжения (вкладыши), на которых распредвал вращается благодаря эффекту масляного клина с минимальным трением.

При вращении вала кулачки в строгой очередности открывают клапаны (как правило, на один клапан – один кулачок, хоть есть и другие варианты конструкции), а закрытие их происходит за счет пружин.

Принцип работы распредвала

Особое внимание конструкторы уделяют форме и размерам кулачков, ведь именно от их параметров зависит, на какую высоту и на какое время откроются клапаны, а значит, насколько эффективно будет подаваться воздух и отводиться выхлопные газы.

Существует закономерность: чем дольше открыт клапан, тем больше воздуха поступает в камеру сгорания, а значит, можно подать больше топлива. С другой стороны, слишком длительное открытие клапана грозит «поцелуем» между ним и поршнем. Это противоречие и пытаются всеми силами решить инженеры.

Для спортивных двигателей разработаны особые распредвалы, с измененной геометрией кулачка, на более длительный срок открывающей клапан. Такая конструкция позволяет мотору развивать максимальную мощность, что и требуется для автогонок. Однако при этом на порядок вырастает потребление топлива даже на холостом ходу, что совершенно не подходит для повседневного вождения.

Сравнение профиля кулачков обычного (слева)
и спортивного (справа) распредвалов

Скорость вращения распределительного вала в два раза меньше, чем у коленвала: за один полный такт двигателя коленвал делает два полных оборота, но каждый из клапанов должен открыться только один раз (на такте сжатия и рабочем такте оба клапана закрыты). Для синхронизации скорости вращения коленвала и ГРМ используется ременная или цепная передача (зубчатый ремень или цепь ГРМ), и самым совершенным на сегодняшний день вариантом является разрезная шестерня, зафиксированная на одном конце распредвала, на которую передается вращение от двигателя. Конструкция шестерни для ремня и цепи отличается.

Разрезная шестерня для цепного (слева)
и ременного (справа) привода

Тонкости конструкции

От высоты и профиля кулачков зависит глубина и продолжительность открывания клапана.

На рисунке видно, что кулачок С больше по высоте, чем остальные, D имеет более тонкую ось и за счет этого опускает клапан ниже, а Е дольше всех продержит клапан в открытом положении (только теоретически, на практике такой профиль кулачков не используется).

На распредвалах, независимо, установлен он один на впуск и выпуск, или на разные клапаны ставятся отдельные валы, предусмотрена так называемая фаза перекрытия: момент, когда выпускной клапан еще не закрылся, а впускной уже открывается. Конструкторы называют это продувкой: поток отработанных газов, выходя, создает дополнительное разрежение, облегчающее поступление воздуха в камеру сгорания. Чем меньше угол перекрытия (примерно от 15 градусов), тем экономичней мотор и лучше приемистость на низких оборотах. И наоборот, чем дольше оба клапана остаются открытыми одновременно, тем лучше приемистость мотора на высоких оборотах, но теряется экономия топлива и экологические нормы.

Схема построения фаз на распредвале

Типы размещения распредвала в двигателе

В конструкции двигателя может присутствовать один, два или четыре распредвала, в зависимости от компоновки цилиндров и количества клапанов.

При линейном расположении и 2-3 клапанами на цилиндр устанавливается один распредвал, управляющий и впуском, и выпуском (система SOHC).

При 4 клапанах на цилиндр ставится 1 или 2 распредвала (система DOHC – отдельные валы на впуск и выпуск).

Для V-образных или оппозитных двигателей распредвал устанавливается на каждый из блоков цилиндров отдельно (один общий на ряд или по два на ряд), либо один общий распредвал на все цилиндры (ставится по центру, в развале двигателя). Конструкторы предпочитают разделять впускные и выпускные валы, чтобы уменьшить нагрузку на них и сложность конструкции.

Как правило, впускной и выпускной распредвал почти не отличаются: одинаковая длина и диаметр вала, одинаковая высота и профиль кулачков. Разница может заключаться в конструкции крайних опорных шеек и приводных шкивов.

На один из распредвалов устанавливается датчик положения, для которого выделяется отдельное посадочное место.

Расположение распредвала относительно клапанов может различаться в разных конструкциях двигателей. В старых или маломощных моторах вал устанавливают сбоку от клапанов, соединяя их с кулачками через рокеры (Т-образные коромысла) и штанги. Такая система называется боковым или нижним расположением распредвала «Cam-in-Block». Их преимущество в более простой системе смазки (зачастую распредвал устанавливается прямо в картере), а недостаток – в сложной доступности для замены.

Моторы более поздних конструкций делались в распредвалами непосредственно над клапанами, что облегчает обслуживание и ремонт. Такое расположение, когда кулачки вала давят непосредственно на толкатели, называют верхним или «Cam-in-Head». Смазывать верхний распредвал несколько сложней: система подачи масла должна работать бесперебойно, в том числе это касается масляных каналов и отверстий в самом распредвале.

Немного о моторном масле

Долгая и бесперебойная работа ГРМ, и в том числе распредвала, напрямую зависит от качества смазки. Подача масла на подшипники скольжения (постели и вкладыши распредвала), а также на поверхность кулачков, должна быть бесперебойной. Отверстия внутри распредвала, предназначенные для подачи смазки к парам трения, достаточно тонкие и рассчитаны на моторное масло определенной вязкости и качества. Несвоевременная замена или неправильный подбор масла приводят к засорению каналов, после чего трение распредвала происходит не по слою жидкости (гидродинамическое планирование), а по поверхности металл-металл. Итог этого процесса печален, но предсказуем: быстрый износ кулачков (иногда до состояния идеальной окружности) и толкателей, а также шеек и вкладышей приводит к сбоям в работе двигателя. От чрезмерного трения распредвал может сломаться, а это уже чревато не только его заменой, но и капремонтом двигателя. Особенность конструкции распредвала в том, что даже минимальная выработка приводит к его вибрации и окончательному выходу из строя. В большинстве случаев основной причиной ремонта распредвалов является именно некачественное масло, несвоевременная его замена или неподходящая вязкость. При нормальном ТО ресурс распредвала будет столь же долгим, как и ресурс самого двигателя.

Другие причины неисправности распредвала

Помимо масляного голодания, причинами поломок может стать перегрев, от которого металл «ведет», естественный износ (рано или поздно всё изнашивается, как ни старайся), поломки смежных деталей (шкив, цепь или ремень ГРМ), а также изначально низкое качество распредвала (плохой металл, неточное изготовление). Признаки можно определить визуально или даже на слух: характерным симптомом неисправности именно распредвала будет стук при запуске холодного двигателя (в начале проблемы стук пропадает, когда мотор прогреется, а с ухудшением ситуации двигатель будет стучать постоянно).

Выработка и задиры на шейках, подшипниках, сальниках или кулачках – однозначный сигнал к замене детали.

Некачественный распредвал может искривиться (деформация, как правило, определяется не визуально, а только на специальном оборудовании) из-за прогиба опорных шеек. Для легковых автомобилей допустимая степень искривления распредвала составляет 0,05 мм, если больше – усиливается вибрация, выходят из строя смежные узлы двигателя.

При неправильной установке вала, а также некорректной сборке двигателя (недотянуты крепежные болты ГБЦ, распредвала, шкивов и шестерен) появляется вибрация во время работы. Вал срывает крепеж, после чего двигатель в большинстве случаев отправляется на капремонт. На самом распредвале могут появиться трещины, а пазы под штифты разбиваются под нагрузкой.

Ремонт распредвала проводить нецелесообразно: никакая шлифовка или напыление не вернет его первоначальных свойств. В случае выхода из строя деталь просто заменяют на новую, попутно устанавливая новые крепежные болты и проверяя цепь или ремень ГРМ.

Что будет дальше? Эволюция ГРМ

Технологии не стоят на месте, и сегодня можно уже говорить о том, как изменится работа газораспределительного механизма и в частности распредвала. Основные направления работы конструкторов – повышение экономичности двигателей, уменьшение вредных выбросов и увеличение отдачи мощности как на высоких, так и на низких оборотах. Для этой цели разработано несколько концептов, в которых либо используется измененный распредвал, либо не используется вообще.

Условно можно выделить несколько основных направлений работы:

• изменения в работе распредвала: установка дополнительных кулачков, проворот распредвала для увеличения угла перекрытия и т.д.;
• использование других систем управления открытием клапанов: электронное управление, магнитные или пневматические толкатели;
• двигатели без клапанного механизма.

Концерн Honda предложил несколько вариантов улучшения распредвала. Например, это система DOHC i-VTEC, в которой подъемом клапанов управляют кулачки с низким профилем (на малых оборотах) или с высоким профилем (на режиме 5800 об/мин).

Очень похожий принцип использован в моторах Mitsubishi Pajero IV – система газораспределения MIVEC, управляющая высотой и продолжительностью открытия клапанов.

Второй вариант управления впуском – система VTEC-E от Honda, при которой на малых оборотах открывается только один впускной клапан, а на больших – оба. Это удалось реализовать с помощью системы VTC, при которой распредвал проворачивается относительно своей нулевой точки под давлением масла.

Похожий способ управления впуском создал и концерн Volkswagen: блок с кулачками крепится на валу с помощью шлицевого соединения, и под действием управляющего механизма может смещаться относительно продольной оси. Таким образом, над клапанами располагаются кулачки либо с низким, либо с высоким профилем, в зависимости от режима работы двигателя.

Разработка Volkswagen открывает широкие возможности: с помощью такого подхода можно управлять системой газораспределения в большом диапазоне, в том числе подключать или отключать цилиндры при необходимости.

Другой вариант предложила шведская компания Koenigsegg: управлять работой клапанов с помощью пневматических механизмов, а не распредвала, что в теории может дать прибавку мощности до 30% и увеличение крутящего момента до 20 тыс. об/мин. В 2015 году компания представила и реализацию этого принципа: автомобиль Regera с гибридным двигателем мощностью 1500 л.с. Насколько успешной будет эта разработка, покажет только время.

Двигатели без клапанов – тоже возможно! Это доказали в компании EcoMotors, которую возглавляет Петер Хофбауэр, бывший моторист концерна Volkswagen. В компании разработан двухцилиндровый оппозитный двигатель, превосходящий по своей мощности и экономичности современные турбодизели. Экспериментальный образец двигателя развивает мощность 325 л.с., а крутящий момент при 2100 об/мин составляет 900 Нм. Легкий, компактный и мощный мотор пока не запущен в серийное производство и находится в стадии доработки.

Несмотря на постоянно появляющиеся идеи и новинки, самым распространенным механизмом газораспределения остается старый-добрый распредвал, который может меняться по форме, но остается неизменным по сути.

О том, как выбрать новый распредвал и на что обращать внимание при выборе, читайте наш «Гид покупателя».

Зазорный вопрос

Когда водитель стареньких «Жигулей» промахивается передачей, включая вместо первой третью, мы слышим из‑под капота частое металлическое клацанье. Это стучат клапаны. Но не обязательно быть владельцем антиквариата, чтобы услышать этот звук. Разрегулированные зазоры клапанов — частая проблема для ДВС. Об этом сегодняшний обзор нашей «технической рубрики».

Без теоретического абзаца нам не обойтись. Кратко об устройстве ГРМ (газораспределительного механизма): каждый цилиндр большинства современных ДВС имеет два впускных и два выпускных клапана. Клапаны и распредвал находятся в верхней части блока цилиндров, а коленвал (ведущий вал двигателя, на который работает вся мощь цилиндров и поршней) — в нижней части. Распредвал приводится от коленвала посредством роликовой цепи или зубчатого ремня. На распредвале есть кулачки (плос­кие, яйцевидной формы), при вращении распредвала они толкают стержни клапанов в разных фазах, обеспечивая их попеременное открытие и закрытие. Та часть клапана, которая соприкасается с кулачками (толкателями), называется седлом; а широкая часть, запирающая или приоткрывающая отверстие в цилиндре, называется тарелкой. Клапан удерживается в закрытом состоянии с помощью пружины или даже двух, а открывается при нажатии на стержень.

Воздушно-топливная смесь из форсунок через впускные клапаны попадает в камеру сгорания цилиндра; впускные клапаны закрываются, поршень идет вверх и сжимает смесь, свеча дает искру, смесь взрывается и расширяется, поршень идет вниз (и вращает коленвал — вот она, мощность!), а потом вновь вверх; в конце цикла открываются выпускные клапаны, удаляя из цилиндра отработанные газы. А потом все повторяется! Так (упрощенно) работает ГРМ двигателя.

Точная работа клапанов, выверенные фазы газораспределения — залог хорошей мощности и долговечности мотора. Однако есть нюанс. Когда мотор разогревается, металл клапанов и кулачков начинает расширяться — и между ними изменяется величина зазора. Изначально, с завода, эти так называемые тепловые зазоры настроены идеально; но в процессе эксплуатации детали изнашиваются, где‑то появляется нагар (утолщение), а где‑то, наоборот, покрытие выгорает — и зазоры «уходят». Быстрейшему нарушению зазоров помогает плохой бензин, агрессивное вождение в красной зоне тахометра, сбитые фазы зажигания и т. п. В среднем, производители рекомендуют регулировать тепловые зазоры клапанов ГРМ раз в 40—50 тыс. км пробега.

Если зазор между клапаном и толкателем меньше стандартного, седло давит на кулачок и начинает подгорать, нарушается теплообмен между цилиндром и тарелкой клапана, что влечет за собой прогар и тарелки. Прогоревшие клапаны нарушают газораспределение — мотор троит и не тянет. Беда в том, что поначалу малый зазор нелегко распознать — двигатель работает тихо; а заменить прогоревший клапан без дорогостоящего разбора двигателя прос­то невозможно.

При больших зазорах клапаны открываются не полностью, мощность двигателя резко падает (компрессия ухудшается), и слышен характерный металлический лязг. В этом случае толкатели и седла жестко сталкиваются, клапаны постепенно разбиваются. В запущенных случаях из‑за нарушенного газообмена топливо догорает в глушителе — машина «стреляет». «Плюсы» больших зазоров в том, что их нетрудно диагностировать: лязг слышен порой даже на холостых оборотах, и обязательно — под нагрузкой.

Помните — для точной регулировки зазоров двигатель должен быть холодным, поэтому машину лучше всего оставить в сервисе с вечера, чтобы с утра мастер приступил к работе. Сами клапаны должны быть притерты (если недавно ремонтировали головку цилиндров), не разбиты на концах, зазор во втулках не должен превышать нормальный.

Есть, конечно, моторы с гидрокомпенсаторами — они поддерживают нужный зазор автоматически. Но сложная конструкция снижает надежность и ремонтопригодность двигателя. Недаром Honda, например, чьи моторы — образец надежности, не спешит отказываться от простого упорного винта с контргайкой.

А как давно вы проверяли состояние клапанов своего мотора?

Что толкает клапана в двигателе

Газораспределительный механизм (ГРМ) — механизм своевременного распределения впуска горючей смеси и выпуска отработавших газов в цилиндрах двигателя внутреннего сгорания. Осуществляется путём перекрытия и открытия поршнями продувочных окон цилиндров в двухтактных двигателях, либо открытия и закрытия впускных и выпускных клапанов (в четырехтактных двигателях), имеющих привод от распределительного вала (распредвала) и кулачкового механизма. Распредвал имеет жёсткую синхронизацию вращения с коленвалом, реализованную с помощью шестерёнчатой, зубчаторемённой или цепной передачи.

Как правило, на высокофорсированных двигателях обрыв или проскальзывание ремня или цепи ГРМ приводит к выходу двигателя из строя.

По расположению распределительного вала выделяют двигатели:

* С распредвалом, расположенным в блоке цилиндров (Cam-in-Block);
* С распредвалом, расположенным в головке цилиндров (Cam-in-Head).

Эти два типа разделяются на целый ряд подтипов в зависимости от расположения и конфигурации клапанов

Двигатели с распредвалом в блоке цилиндров

Нижнеклапанный двигатель (англ. «L-Head», «Flathead», SV, «Side-Valve») — двигатель, у которого распредвал расположен в блоке и клапана расположены также в блоке, в ряд сбоку от цилиндров, тарелками вверх. Привод непосредственно от расположенного под ними распредвала.

Плюсы схемы — малая шумность, простота изготовления. Минусы — из-за сложного пути бензовоздушной смеси значительно ухудшается наполнение цилиндров, как следствие — достигается ощутимо меньшая мощность по сравнению с остальными конфигурациями. Кроме того, долгий путь выхлопных газов может способствовать перегреву двигателей, работающих в тяжёлых условиях.

Вплоть до 1950-х годов, благодаря своей простоте и дешевизне двигатели с таким ГРМ были наиболее распространены на легковых (кроме спортивных) и грузовых автомобилях. В 1950-х годах стали массово внедрять верхнеклапанные двигатели, лишённые присущих нижнеклапанной схеме недостатков. На грузовых автомобилях эта схема использовалась намного дольше, например, грузовик ГАЗ-52 выпускался до 1990-х годов. Интересно, что за рубежом также были примеры долгоживущих нижнеклапанных двигателей.

Разновидностью схемы были имевшие некоторое распространение до Второй мировой войны двигатели с типом ГРМ, называемым «T-Head» (русский аналог отсутствует). У них впускные клапана находились с одной стороны блока цилиндров, а выпускные — с другой. Соответственно, распределительных валов так же было два. Цель такой конструкции — устранить эффект перегрева впускных клапанов. Дело в том, что низкооктановый бензин, доступный в начале XX века, отличался высокой склонностью к детонации, что делало применение этой схемы в какой-то мере выгодным — более холодная бензовоздушная смесь имеет несколько более высокое октановое число (на этом же принципе работал впрыск воды в цилиндры, охлаждавшей рабочую смесь — конструкция, также относительно распространённая в те годы). Таким двигателем, в числе прочих, оснащались первые модели «Руссо-Балта».

Двигатель получался громоздким, дорогим, поэтому схема не получила особого распространения.

Со смешанным расположением клапанов

Так же встречается обозначение — «F-Head». У такого двигателя обычно впускные клапана находятся в головке блока, как у верхнеклапанного мотора, и приводятся в действие при помощи штанг-толкателей, а выпускные — в блоке, как у нижнеклапанного двигателя. Распредвал был один и был расположен в блоке, как у обычного нижнеклапанного мотора.

Эта схема обладает тем преимуществом, что её мощность ощутимо выше, чем у «чистого» нижнеклапанного. Как правило, такие двигатели переделывались из нижнеклапанных.

Подобные «полуверхнеклапанные» переделки существовали и в СССР — это были спортивные двигатели на базе агрегатов автомобилей «Москвич», «Победа» и «ЗиМ». Выигрыш в мощности, в сочетании с иными мерами форсировки, был значительным — до 20…40 л.с., при исходной мощности самих указанных двигателей в соответственно 35, 50 и 90 л.с.

За рубежом, такие двигатели широко применялись фирмами Rolls-Royce и Rover благодаря их высокой надёжности как по сравнению с нижнеклапанными (из-за хорошего охлаждения верхних клапанов), так и по сравнению с ранними верхнеклапанными двигателями (из-за вдвое меньшего числа штанг-толкателей).

С появлением «настоящих» верхнеклапанных двигателей, эта схема почти полностью вышла из употребления. Тем не менее, последний такой двигатель был выпущен фирмой Willys в 1970-х годах.

Верхнеклапанные (тип OHV)

У этих двигателей клапана расположены в головке цилиндров, а распредвал — в блоке (англоязычное обозначение — OHV, — «OverHead Valve», также встречается I-Head, или «Pushrod», то есть, «с толкателями»). Привод клапанов — штангами-толкателями через коромысла. Изобретена Дэйвидом Данбаром Бьюиком (David Dunbar Buick) в самом начале XX века.

Плюс такой схемы — относительно простая конструкция, в частности, как правило используется простой и надёжный привод распределительного вала шестернями, что исключает саму возможность таких неисправностей, как разрыв ремня ГРМ или «перескакивание» цепи в механизме с цепным приводом.

Кроме того, двигатели с ГРМ типа OHV ощутимо более компактны по сравнению с верхневальными, так как у них отсутствует расположенный сверху в головке блока вал; для рядных двигателей это в особенности касается габарита по высоте, а для V-образных — и высоты, и габаритной ширины.
Механизм привода клапанов в случае схемы OHV получается самым длинным по сравнению с остальными вариантами.

Минус — очень большая инерционность такого механизма газораспределения, что сильно ограничивает максимальные обороты коленчатого вала двигателя и, следовательно, мощность.

Кроме того, такая схема в большинстве случаев не даёт использовать больше двух клапанов на цилиндр, усложняет проектирование впускных и выпускных окон в головке цилиндров с высокоэффективной конфигурацией.

Двигатели этой схемы, как правило, низкооборотные и относительно тихоходные, но с гибкой моментной характеристикой. Если не используются гидравлические толкатели, такой двигатель будет одним из наиболее шумных по сравнению с остальными схемами.

В СССР первым массовым верхнеклапанным мотором стал двигатель «Волги» ГАЗ-21. Из отечественных, такой механизм газораспределения имели такие автомобили, как «Волга» (все карбюраторные модели), «Москвич» всех моделей от —407 до —408 включительно, все грузовики с двигателями конфигурации V8.

В мировой практике, такие двигатели были широко распространены с 1950-х по 1970-е годы, а в настоящее время производятся практически только в США, где налог взымается не с рабочего объёма, а только с мощности автомобиля, что даёт немалое преимущество малофорсированным, относительно тихоходным и маломощным для своего литража, но имеющим большой рабочий объём и, соответственно, крутящий момент двигателям с ГРМ типа OHV.

Кроме того, иногда такие двигатели используются на недорогих современных автомобилях из-за своей дешевизны, а также компактности. Например, Ford Ka первого поколения (на конвейере с 1996 года) до 2002 года использовал инжектированную версию двигателя Ford Kent разработки конца пятидесятых годов с ГРМ типа OHV, имеющую компактные, по современным стандартам, размеры, что позволило уместить двигатель в небольшом моторном отсеке Ka.

Схема OHV популярна на малооборотистых двигателей для газонокосилок, бензиновых электростанций, мотоблоков. Современные тракторные двигатели также имеют указанную схему.

Двигатели с распредвалом в головке цилиндров
OHC

Двигатель с одним распределительным валом и клапанами в головке (Overhead Camshaft; так же, SOHC — Single OverHead Camshaft). В зависимости от конкретной конфигурации привода клапанов, выделяют двигатели с:

* Приводом клапанов коромыслами (Москвич-412, старые модели BMW, Honda) — клапана расположены по бокам от распредвала (обычно, V-образно), приводятся в движение насаженными на общую ось коромыслами, одни концы которых толкаются кулачками вала, а другие приводит в движение стержни клапанов;

* Приводом клапанов рычагами (ВАЗ-2101, −06, …) — распредвал над расположенными в ряд клапанами, приводит их посредством рычагов, опирающихся на шаровую опору, толкая их кулачками примерно посередине; минус — повышенная шумность, высокие нагрузки в месте контакта кулачков вала и рычагов, сложная регулировка клапанного зазора.

ГРМ с приводом клапанов толкателями.

* Приводом клапанов толкателями (ВАЗ-2108, многие высокооборотные двигатели) — очень простой механизм с минимальной инерцией деталей, в котором распредвал расположен прямо над клапанами, расположенными тарелками вниз, и приводит их в движение через цилиндрические толкатели; минус — меньшая эластичность характеристики двигателя, сложная регулировка клапанного зазора.

Cхема OHC была наиболее распространена во вторую половину шестидесятых — восьмидесятые годы. Целый ряд двигателей такой схемы выпускается и в наше время, преимущественно для недорогих автомобилей (скажем, ряд двигателей Renault Logan).

Двигатель с двумя распредвалами в головке цилиндров (Double Overhead Camshaft).

При этом существуют две серьёзно различающиеся разновидности этого механизма, отличающиеся количеством клапанов.

DOHC с двумя клапанами на цилиндр

Эта схема является усложнённой разновидностью обычной OHC. В головке цилиндров расположены два распредвала, один из которых приводит впускные клапана, второй — выпускные. Эта схема применялась в 1960-х — 1970-х годах на высокопотенциальных двигателях таких автомобилей, как Fiat 125, Jaguar, Alfa Romeo, а так же опытном двигателе гоночных автомобилей Москвич-412Р, Москвич-Г4. В настоящее время не применяется, так что применительно к ней это название следует считать устаревшим.

Схема позволяет значительно увеличить количество оборотов коленчатого вала без вредных последствий для ГРМ за счёт уменьшения его инерции, следовательно, увеличить мощность, снимаемую с двигателя. Например, мощность спортивной модификации двигателя «Москвича-412» составляла более 100 л.с.

DOHC с четырьмя клапанами на цилиндр
DOHC-Zylinderkopf-Schnitt.jpg

Два распредвала, каждый из которых приводит свой ряд клапанов. Как правило, один распредвал толкает два впускных клапана, другой — два выпускных. Фактически, двухрядный вариант схемы OHC с в два раза большим количеством распредвалов и клапанов, однако могут осуществляться и иные схемы с общим количеством клапанов на цилиндр от 3 до 6. Привод клапанов, как правило, толкателями. Схема даёт большое преимущество по мощностной отдаче. Применяется на большей части современных автомобилей.

Даже если двигатель имеет более одной головки блока цилиндров, и следовательно более двух распредвалов в итоге, он всё равно относится к схеме DOHC.
[править] Десмодромная схема газораспределения

В такой схеме газораспределения используются два распределительных вала (либо один с кулачками сложной формы). Один перемещает клапана вниз, второй — вверх. Пружины отсутствуют.

Такой двигатель может раскручиваться до очень большого количества оборотов без вредных последствий, в то время, как обычный двигатель схемы OHC при частоте обращения коленвала порядка 9000 оборотов в минуту неминуемо выйдет из строя, так как скорости срабатывания клапанных пружин не будет хватать для того, чтобы отвести клапана из-под удара поршня до его прихода в верхнюю мёртвую точку («зависание» клапанов).

Десмодромный механизм имеет много деталей, изготовленных с прецизионной точностью. Он очень трудоёмок и дорог в изготовлении. Этот механизм применялся на ряде гоночных автомобилей, например, Mercedes-Benz W196, O.S.C.A. Barchetta и Mercedes-Benz 300 SLR, а ныне — на мотоциклах Ducati.

ГРМ с изменяемыми фазами газораспределения

В настоящее время на рынке присутствуют различные двигатели с системами сдвига фаз газораспределения.

* VTEC — технология фирмы Honda. Регулировка заключается в использовании двух кулачков для регулируемого клапана. Изменение фаз происходит ступенчато, в зависимости от оборотов коленвала.
* VVT-i — технология фирмы Toyota. Регулировка производится поворотом распределительного вала относительно его приводной звёздочки.

MIVEC (Mitsubishi Innovative Valve timing Electronic Control system) — система изменения фаз газораспределения с электронным управлением, разработанная Mitsubishi Motors[1]. Впервые представлена в двигателе 4G92 (англ.), под названием Mitsubishi Innovative Valve timing and lift Electronic Control. Применение MIVEC позволило увеличить мощность двигателя со 145 л.с. (при 7000 об.) до 175 л.с. (при 7500 об.). Первым автомобилем с использованием этой системы стал Mitsubishi Mirage в кузове хэтчбек. В настоящее время широко применяется в двигателях Mitsubishi от компактных моделей и до Lancer Evolution.

* Vanos, Double Vanos, Bi-Vanos — технология фирмы BMW. Плавная регулировка производится за счет бесступенчатого поворота распределительных валов относительно оси вращения. Изменение фаз производится во всем диапазоне оборотов двигателя в соответствии с условиями движения.

Гидрокомпенсаторы – автоматическая регулировка тепловых зазоров клапанов

Иногда при работе двигателя можно услышать характерное постукивание. Опытный мастер скажет: «Стуки в системе ГРМ». Сегодня рассмотрим гидрокомпенсатор – как работает, что это такое, причины неисправности и как с ними бороться.

«Гидрик» (гидротолкатель) – маленький, но важный элемент газораспределительного механизма, предназначенный для автоматического устранения теплового зазора в газораспределительном механизме. Их можно встретить на атмосферных MPI двигателях, на турбированных машинах.

Немного теории

Скорость открытия и закрытия впускных клапанов двигателя регулируется с помощью распределительного механизма, в основе которого – распределительный вал. Если точнее – процесс контролируется с помощью специальных кулачков, находящихся на распредвале ГРМ.

Кулачки представляют собой отливы определенной формы и размера, действующие на клапан при вращении вала. Они надавливают на поверхность клапана и толкают его вниз, он открывается. Когда кулачок проворачивается, он закрывается.

Для чего нужен гидрокомпенсатор

Все дело в большой нагрузке при высокой температуре, которой подвергаются детали ГРМ. Так как элементы выполнены из различных сплавов, они расширяются неравномерно, а их линейные размеры могут изменяться. Во избежание заклинивания между кулачками распредвала и клапанами необходим специальный тепловой зазор, меняющийся в процессе работы двигателя. Его не видно невооруженным глазом, ведь необходимые размеры – всего десятые доли миллиметра.

Чтобы он всегда был в допусках, необходима постоянная регулировка: подбор шайб нужного размера или регулирование при помощи щупов. Гидрокомпенсатор как раз избавляет всю систему от необходимости ручной регулировки теплового зазора. Дополнительно он устраняет шум на непрогретом моторе, способствуют сохранению ресурса деталей газораспределительного механизма.

Подробнее о тепловом зазоре

В процессе эксплуатации двигателя детали изнашиваются, зазор может увеличиваться. При работе мотора появляется неприятный металлический стук – это стучат «пальцы», вплоть до полного прогорания клапана ГРМ.

Таким образом, изменение расстояния может повлечь за собой дорогой ремонт головки блока цилиндров. Поэтому при прохождении примерно 10000 км пришлось бы регулировать зазор вручную, при помощи специальных щупов.

Для автоматической регулировки теплового зазора между клапанами и распределительным валом устанавливают гидрокомпенсаторы, способные выбирать нужное расстояние в автоматическом режиме и тем самым регулировать работу системы газораспределения.

Какие бывают

Различают четыре основных типа гидрокомпенсаторов для современных автомобилей:

• гидротолкатель;
• роликовый гидротолкатель (чаще всего устанавливаются на японских автомобилях);
• гидроопора;
• гидроопора под рычаг или коромысло.

Все они имеют разные конструкции и схожий принцип функционирования. Больше всего распространены обычные гидротолкатели с плоской опорой под кулачок распредвала, а также гидроопоры под рычаг или коромысло.

Принцип работы гидрокомпенсатора

Основных этапов несколько. Изначально кулачок развернут к компенсатору тыльной стороной, оставляя зазор.

1. Под действием пружины плунжер начинает выходить из втулки, образовывая полость для поступления масла через отверстие в корпусе. Масло набирается подобно медицинскому шприцу. Палец упирается в распределительный вал.
2. При достаточном объеме масла пружина закрывает шариковый клапан, перекрывая масляный канал. Зазор исчезает.
3. При повороте кулачка гидрокомпенсатор перемещается вниз. Давление через несжимаемую жидкость передается на головку клапана, открывая его. Часть жидкости выходит.
4. Снова пружина поднимает палец, полость заполняется маслом, кулачок входит в активную фазу действия. Таким образом процесс повторяется, регулировка проводится автоматически.

Очевидно, что работа всей системы зависит от качества масла. Оно не должно быть слишком вязким и холодным, так как затрудняется его поступление через каналы. Необходимо следить за давлением масла и своевременно устранять протечки.

Если рассматривать конкретно гидротолкатели, то процесс работы может незначительно меняется. Масляный насос, создавая давление маслом, увеличивает упругость возвратной пружины шарика-клапана, запирая его. Кулачок толкает гидроопору, она давит на крышку, уменьшая потери давления. Поэтому гидротолкатели являются самой экономичной моделью.

Основные неисправности. Когда нужно менять гидрокомпенсатор?

Почему появляется стук? Ведь если автоматически расстояние регулируется, то двигатель должен работать тихо.

Причин может быть несколько:

1. Механический износ деталей приводит к тому, что палец поднимается выше обычного, нет плотного прилегания. От этого просвет становится больше, и на холостых оборотах появляется характерный стук.
2. Грязное масло содержит частицы угара и приводит к износу трущихся поверхностей. К тому же забиваются поверхности в корпусе гидрокомпенсатора, жидкость не успевает набираться полностью. Соответственно палец не двигается на определенное расстояние. Появляется стук.

Почему эти моменты не стоит игнорировать?

1. Прогорание клапанов неминуемо приведет к необходимости ремонтировать головку блока цилиндра. А это влетит вам в копеечку.
2. На кромках и седлах клапанов появятся язвы, изменится геометрия прилегания поверхностей. В итоге – потеря двигателем компрессии, теряется мощность, он начинает несоразмерно «есть» топливо, и в перспективе светит еще более дорогостоящий ремонт.
3. При сильном износе кулачков двигателя существенные траты ждут при замене распределительных валов ГРМ.

Желательно поменять не отдельные гидрокомпенсатры, а сразу все. Естественный износ происходит после пробега 180-200 тысяч км.

Вывод

Зная, как устроены гидрокомпенсаторы двигателя, как они работают, можно сделать определенные выводы:

1. Не экономим на масле и частоте его замены. Его качество может сильно повлиять на работу «гидриков»;
2. Не проходим мимо, если появился металлический стук в клапанной крышке на «холодном» моторе. Он может быть несколько секунд, а может не прекращаться несколько минут – это уже плохой сигнал, стоит задуматься о замене гидрокомпенсаторов;
3. Если уже менять, то обязательно все, не только те, которые пришли в негодность.