Замена распредвала

Конструкция

Распредвалы изготавливаются методом литья из чугуна или штамповки из стали и представляют собой комбинацию из следующих функциональных элементов:

• опорные шейки;
• кулачки.

Опорные шейки служат для установки распредвала в корпус двигателя и работают в паре с подшипниками скольжения, функцию которых могут выполнять вкладыши или втулки, изготовленные из антифрикционных сплавов.

Основными рабочими элементами являются кулачки, которые непосредственно взаимодействуют с приводом клапана, выполненного в виде толкателя или гидрокомпенсатора. От профиля кулачка зависит время, скорость, а также высота подъема  клапана.

Для обеспечения смазкой трущихся деталей, а также для создания масляного клина в парах скольжения, внутри распредвала выполняется полость, называемая масляным каналом. Через отверстия в кулачках масло поступает из полости, обеспечивая смазкой и сами кулачки и элементы привода клапана.

Поскольку фазы газораспределения связаны с рабочими тактами, привод распредвала производится непосредственно от коленчатого вала двигателя с использованием зубчатой, цепной или ременной передачи. Передаточное число выбирается таким образом, чтобы на два оборота коленвала приходился один оборот распредвала. Синхронизация обеспечивается на этапе сборки путем выставления приводных шестерен коленчатого и распределительного валов согласно меткам на блоке двигателя.

Устройство и конструкция конкретного двигателя определяет место установки распредвала. Так различают двигатели со следующими положениями распредвала:

• нижнее;
• среднее;
• верхнее.

От того, где находится распредвал, зависит устройство и состав всего газораспределительного механизма. Однако, чем дальше распредвал располагается от клапанов, тем больше деталей используется для их привода, тем самым увеличивая общую инерционность системы. Поэтому в современных двигателях используется верхнее расположение распредвала, что обеспечивает снижение масс и увеличение жесткости всей конструкции.

Отличаются двигатели и по количеству распредвалов. Так при использовании одной пары клапанов на цилиндр достаточно одного вала в ГБЦ рядного двигателя или в развале V-образного двигателя. Тогда как использование двух пар клапанов уже предполагает установку двух распредвалов в рядном или четырех в V-образном двигателе.

Ремонт постели распредвала

Восстановление постели распредвала своими силами, как уже говорилось, сводится к тому, что вы определяете неисправность и снимаете постель. Затем вы везёте её в мастерскую, где существует специальный станок, на котором можно провести расточку или хонингование постели распредвала. Станки для восстановления постели распредвала относятся к разряду постельно-расточных.

Желательно для консультации и подготовки везти и ГБЦ. Это связано с тем, что перед ремонтом постели ГБЦ потребует специальной обработки – напыления алюминиево-цинкового порошка.

Восстановление постели распредвала проводится одним из двух способов: расточка или хонингование. Саму технологию вам вряд ли будет интересно знать. Специалист, работающий на данном станке, доводит поверхность постели до требуемых параметров.

При этом вам скажут, возможен ли ремонт постели распредвала, или проще и эффективней будет произвести замену постели на новую.

https://youtube.com/watch?v=7NYwV6NXP3w

Виды

Что же касается разновидностей распределительных валов двигателя, то их классифицируют в зависимости от расположения и количества на двигателе внутреннего сгорания. Распредвал является ключевым компонентом газораспределительного механизма и всего двигателя. В зависимости от того, как располагается этот элемент, выделяют 2 варианта:

• с нижним расположением;
• с верхним размещением.

Отсюда и разделение моторов внутреннего сгорания с верхним и нижним распредвалов. Когда-то нижнее расположение считалось лучшим и самым оптимальным для автомобильных двигателей. Но они были актуальными до 50-х годов прошлого века. Именно тогда все моторы создавались нижнеклапанного типа. Потому и распределительный вал находился снизу силовой установки. Тарелки клапанов размещались так, что они смотрели вверх. Подобная схема изготовления моторов объяснялась тем, что это проще и дешевле в плане производства. При этом страдал фактор производительности, о чём инженеры догадались несколько позже, когда появился новый вариант размещения распределительного вала. Учитывая объективные недостатки, от старой схемы с нижним расположением постепенно начали отказываться. Ему на смену пришла уже классическая и привычная схема с головкой блока цилиндров и установленными в ней клапанами и распределительным валом. Теперь клапана начали открываться вниз, а схема получила верхнее расположение распредвала.

Хотя нельзя отрицать тот факт, что даже на некоторых современных двигателях продолжают использовать нижневальную систему, где клапана располагаются сверху. Только она значительно усовершенствовалась по сравнению с предшественниками, а потому имеет полное право на существование при грамотной реализации. Двигатели с нижним расположением распределительного вала отличаются тем, что здесь дополнительно предусматривается установка специальных штанг. Они применяются для компенсации расстояния, которое имеется между кулачками распредвала и толкателями клапанов, находящихся в головках цилиндров. Даже несмотря на наличие современных нижневальных двигателей внутреннего сгорания, они считаются устаревшей схемой, а потому большинство автопроизводителей уже давно не используют её в производстве своих силовых агрегатов. Такие методы размещения требуют дополнительных мер, они характеризуются внушительными технологическими ограничениями, не позволяют развивать высокие обороты.

Количество валов

Отдельно рассматриваются виды двигателей в зависимости от того, сколько распределительных валов предусмотрено в их конструкции. Если заглянуть в подкапотное пространство современного силового агрегата, можно встретить несколько вариантов:

• Газораспределительные механизмы (ГРМ), оснащённые только одним распредвалом;
• ГРМ, конструкция которых включает пару распределительных валов;
• Двигатели, где используется более 2 распредвалов.

Именно первые два типа двигателей внутреннего сгорания, где газораспределительный механизм включает 1 или 2 распредвала, являются наиболее популярными и распространёнными. Зачастую количество распредвалов зависит напрямую от количества клапанов на цилиндр. Если у двигателя конструкция предусматривает от 3 и более клапанов, которые приходятся на 1 цилиндр, то здесь скорее всего будет использовать двухраспредвальная схема. Несмотря на наличие таких правил и закономерностей, исключения встречаются всегда и везде. Компания Mitsubishi из Японии выпускает модель Lancer, под капотом которого может размещаться рядный четырёхцилиндровый двигатель, именуемый как 4G18. На каждом цилиндре здесь сразу 4 клапана, но распределительный вал используется всего один. А если взять в качестве примера модель гиперкара Veyron производства компании Bugatti, то есть конструкторы предусмотрели сразу 4 распределительных вала на двигателе.

Есть и другие примеры несколько иного подхода к использованию распредвала и его конструкции. Японские инженеры из компании Honda для своей системы под названием VTEC придумали оригинальный ход. Здесь сразу несколько кулачков отвечают за регулировку высоты поднятия только одного клапана. То есть на каждый из клапанов приходится по несколько рабочих кулачков. Инженеры постоянно работают над усовершенствованием систем газораспределения, повышают эффективность работы ГРМ, меняют фазы. Всё это позволяет повысить производительность двигателя, поднять его максимальную скорость, обеспечить лучшее ускорение. При этом не забывают о вопросах экономии топлива.

Типичные проблемы со смазкой

К типичным проблемам со смазкой относятся недостаток и повышенная температура масла. При этом качественная смазка обеспечивает длительную работу распределительного вала. Для хорошей смазки нужно использовать качественное масло, выполнять смазку своевременно в нужном месте и в необходимом количестве.

Перегрев масла обычно происходит при сбоях в работе мотора. Это может произойти при засорении масляных каналов или заклинивании толкателя. Перегрев приводит к тому, что антифрикционные присадки в масло не выполняют свои функции. Вероятность поломки резко возрастает.

При низком давлении масла на сопрягаемых элементах конструкции не образуется необходимой толщины пленка смазки. Соприкосновение деталей сопровождается выделением значительного количества тепла, вероятность повреждения также значительно возрастает. Для решения этой проблемы целесообразно установить масляный насос с соответствующей подачей.

Толкатели

Усилия от кулачков распределительного вала к клапану или штанге передают толкатели. Они же воспринимают и боковые уси­лия, возникающие при вращении кулачков распределительного вала. Толкатели подвергаются действию переменных нагрузок, имеющих динамический характер, следовательно, должны иметь износостойкие рабочие поверхности и малую массу. Для уменьше­ния массы толкатели выполняют пустотелыми.

В двигателях с нижним расположением клапанов применяются тарельчатые толкатели со сферической опорной поверхностью. Кулачок распределительного вала касается опор­ной части толкателя сбоку от оси стержня и имеет небольшую конусность. Благодаря такому устройству толкателя и кулачка тол­катель вращается во время вращения распределительного вала, что обеспечивает равномерный износ опорной поверхности. Для регу­лировки тепловых зазоров в стержень толкателяввернут регули­ровочный болт с контргайкой.

У двигателей с верхним расположением клапанов и нижним расположением распределительных валовтолкате­ли выполнены в виде пустотелого поршня, внутрь которого входит штанга. Нижний конец штанги смазывается маслом, стекающим по штанге. В толкателе имеется отверстие, через которое выте­кающее масло смазывает направ­ляющие втулки и кулачки рас­пределительного вала. Таких от­верстий может быть два. Торец толкателя, контактирующий с кулачком, наплавлен отбелен­ным чугуном, сами толкатели стальные. Для равномерного из­носа опорная часть толкателя делается сферической, а кулачок имеет конусность, что приводит к вращению толкателя во время работы двигателя.

Рычажные подвесные толкатели применяют на двигателях дизе­лей. В приливах толкателя установлена ось ролика, на которой в игольчатом подшипнике вращается ролик. Ролик при работе дви­гателя катится по поверхности кулачка распределительного вала. У этих толкателей трение скольжения заменено на трение каче­ния, что способствует уменьшению износа толкателя и поверхно­сти кулачка вала.

При верхнем расположении клапанов и распределительного вала (двигатели автомобилей ВАЗ-2110, -2111, -1111 и -11113) толкате­лиимеют форму стакана, в перевернутом виде надетого на кла­пан. В наружном днище толкателя выполнено кольце­вое углубление для укладки ре­гулировочных шайб, подбором толщины которых регулируется тепловой зазормежду толкателем и кулачком распределительно­го вала.

На двигателях ЗМЗ-4061 и -4063 автомобилей «ГАЗель» и на двигателях автомобилей ВАЗ-2112 применены гидротолкатели. Эти двигатели имеют распределительные валы для впускных и выпуск­ных клапанов. Каждый цилиндр имеет по два впускных и два вы­пускных клапана. Над каждым клапаном располагаются гидротол­катели. Гидротолкатели стальные, выполнены в виде цилиндри­ческого стакана с плунжерной парой и шариковым обратным кла­паном. На наружной поверхности стакана имеются кольцевая ка­навка и отверстие для подвода масла внутрь толкателя из магист­рали головки блока цилиндров. Наружная поверхность и торец толкателя нитроцементированы. Толкатели устанавливаются в от­верстиях головки блока цилиндров. Гидравлические толкатели ис­ключают необходимость регулировки зазора между толкателями и клапанами.

а—тарельчатый со сферической опорной поверх­ностью; б—цилиндрический (поршневой); в—рычажно-роликовый;1 — распределительный вал; 2—кулачок; 3—толкатель; 4— регулировочный болт; 5— контргайка; 6—штанга; 7—отверстие для слива масла; 8—пята; 9—ролик; 10—игольчатый под­шипник; 11 — ось ролика; 12—втулка; 13—вилка толкателя.

Механизм привода клапа­нов при верхнем расположении кла­панов и распределительного вала:

1— головка цилиндров; 2 — клапан; 3 — толкатель; 4 — корпус подшипников распределительного вала; 5 — распре­делительный вал; 6 — регулировочная шайба; 7 — маслоотражательный кол­пачок; А — зазор между кулачком и ре­гулировочной шайбой  

1-корпус, 2-гидрокомпенсатор, 3-плунжер, 4-клапан гидрокомпенсатора, 5-пружина гидрокомпенсатора.

Во время работы двигателя масло под давлением из системы смазки поступает в корпус, отжимает клапан и заполняет гидрокомпенсатор и плунжер.

Когда двигатель не работает давления масла нет.

Плунжер может отойти от стержня клапана. Пружина компенсатора расправится, компенсатор прижмет к низу корпуса, а плунжер к стержню клапана, следовательно зазора нет. Тепловой зазор устанавливается между плунжером и днищем корпуса – автоматически. Первый раз применился в ЗМЗ-406.

Характерные дефекты и методы ремонта распредвала

1 Износ, царапины и задиры на опорных шейках распредвала.

Причинами такого явления могут быть:

• Система смазки. Недостаточный уровень масла, недостаточное давление в системе смазки, применение некачественного масла.
• Разжижение масла из-за: перегрева двигателя, попадания в масло топлива.
• Пробег двигателя. Возраст никого не делает качественнее, это относится и к «железу».

Какой ремонт распределительного вала требуется при данных неисправностях.

• Шлифовка шеек распредвала до ремонтных размеров либо установка утолщённых втулок и вкладышей (до ремонтного размера).
• В ГБЦ проверяются и ремонтируются посадочные места распредвала.
• Чистка, промывка всех масляных каналов блока и ГБЦ.
• Проверка и, при необходимости, ремонт систем охлаждения и питания двигателя.

В крайнем случае – капитальный ремонт двигателя и замена распредвала.

2 Износ или задиры на рабочей поверхности кулачков распредвала.

Их причинами являются те же причины, что указаны для опорных шеек. Плюс:

• Не отрегулирован зазор в клапанном механизме.
• Дефекты у гидрокомпенсаторов.
• Дефекты толкателей, коромысел, штанг (т.е. повреждения деталей привода клапанов).
• Неправильная установка фаз газораспределения.

В этом случае требуется контроль всех систем двигателя: смазки, охлаждения и питания. В обязательном порядке проводится:

• Регулировка, ремонт клапанного механизма.
• Замена гидрокомпенсаторов.
• Восстановление распредвала.

3 Прогиб распредвала.

Прогиб распредвала проверяется на стенде. При наличии прогиба у шеек распредвала более 0,05 мм. необходима замена распредвала.

4 Трещина распредвала. Трещина распредвала может образоваться в результате соударения поршней и клапанов. В этом случае деталь ремонту не подлежит. Только замена.

Замена распредвала, как правило, всегда проводится при разрушении шпоночных пазов, посадочных мест под шкивы привода распредвала.

Таким образом, ремонт распредвала своими руками – дело выполнимое, не будем утверждать, что лёгкое. А если вовремя диагностировать и ремонтировать системы двигателя, то ремонта или замены распредвала удастся избежать. Или отодвинуть его по времени.

Как вы видите, основной причиной, приводящей к выходу из строя распредвала, являются неисправности масляной системы или некачественное масло. Т.е. причины, зависящие от нас с вами.

Успехов вам при осуществлении своевременной диагностике и ремонта распредвала и систем двигателя.

Главная →

Обслуживание и Ремонт → Двигатель →

Эксплуатация и ремонт распредвалов

Распределительный вал— деталь достаточно надежная, которая «проходит» как минимум, до первого серьезного ремонта двигателя. В случае, если у вас классическая модель двигателя без гидрокомпенсаторов, через каждые 10-15 тысяч километров необходимо контролировать зазоры распредвала с рокерами, выполнять их настройку. Во всех типах двигателей следует контролировать натяжку ремня или цепи ГРМ. Подобные узлы имеют ограниченный ресурс работы. Со временем цепи могут растягиваться и задевать в работе блок двигателя.

Неисправности распредвалов

Распредвалы, как и все «трущиеся» детали, подвергаются механическому износу. Также приходят в негодность подшипники, может разрушится и потерять форму сальник распредвала. Поломка распредвала может в последствии вывести из строя другие механизмы двигателя.

Причинами подобных проблем могут быть:

• естественный износ распредвала;
• низкое качество масла;
• недостаточное давление масла;
• недостаточный уровень масла;
• нарушения температурных режимов работы двигателя (вне рабочего диапазона температур масло становится жидким и частично теряет свои свойства);
• механические повреждения, например натяжной ролик и ремень распредвала имеют ограниченный срок эксплуатации, при разрыве ремня ГРМ двигатель и распредвалы могут получить значительный урон.

Диагностика и ремонт распредвала

Возможные проблемы с распредвалом выдает шум при его работе. Причиной шума может быть подшипник распредвала, требующий замены.

Если стучит распредвал, вероятней всего, выработка рабочих поверхностей привела к критичным люфтам. Обычно валы имеют допуски на размер выработки и искривления. В случае возникновения шумов необходимо выполнить замеры поверхностей распредвала. Стук распредвала — повод срочно обратится в сервисный центр.

Падение давления масла в двигателе также может указывать на износ распредвала.

Замер диаметра шеек распредвала микрометром

Как проверить распредвал? Самый надежный способ — снять распредвалы. Если они имеют явные, ощутимые задиры и полосы, необходимо восстановление либо замена. Для определения точных значений выработки потребуются микрометры различных модификаций. В случае, если ремонт неизбежен, необходимо выполнить полноценную диагностику головки блока цилиндров и всех узлов ГРМ.

Выработка на шейке распредвала

Как восстановить распредвалы? Распредвалы, имеющие допустимые размеры выработки и кривизны, подлежат восстановлению. В случае относительно небольшого износа вал лишь немного корректируют шлифовкой. При более значительном износе на поверхности наносится гальваническое напыление хрома или железа. Когда требуется значительное восстановление, выполняется наплавка металла с помощью газовой либо электродуговой сварки. После выполняется точная подгонка поверхностей контакта. Постель распредвала (место, куда устанавливается распределительный вал) протачивается на специальном станке либо вручную с помощью «разверток». Все элементы тщательно шлифуются, доводятся до номинальных размеров. Подобные процедуры требуют серьезных знаний технологии процесса и наличия специального оборудования.

Различные развертки для посадочных мест шеек и подшипников распредваловНаплавленные кулачки распредвалов перед шлифовкой

Замена распредвала

Как установить новый распредвал самому? Замена распредвала — сложная процедура, но, если вы обладаете необходимыми знаниями и навыками, такую операцию можно выполнить и в условиях домашней мастерской. До начала работ тщательно изучите узлы и механизмы двигателя, и узнайте, как снять его элементы.

Головка блока цилиндров ВАЗ 21061 — головка цилиндров; 2 — распределительный вал; 3 — задний корпус подшипников распределительного вала; 4 — прокладка; 5 — крышка головки цилиндров; 6 — передний корпус подшипников распределительного вала; 7 — сальник распредвала

Методы ремонта распредвала

И, прежде, чем сразу же бросаться в крайность и думать о замене распредвала, его нужно попробовать отремонтировать. Если, конечно, вы уже не задумывались о том, чтобы поменять свой штатный на тюнинговый спортивный распредвал.

Когда речь идёт о такой процедуре, как ремонт распредвала, то своими руками основную процедуру ремонта в гараже вы вряд ли сможете выполнить. Ваша задача, снять головку блока цилиндров и вместе с распредвалом приехать в мастерскую, где возможен ремонт или восстановление распредвалов.

Основные дефекты, при которых требуется восстановление распредвала: биение (деформация) вала, износ кулачков и износ шеек. Не забывайте, для чего мы привозим в мастерскую ГБЦ – дефектовка и, при необходимости ремонт постели распредвала, обязательная комплексная процедура.

Устранение деформации распредвала. Этот дефект устраняется способом поэлементной холодной правки, которая позволяет привести в порядок как стальные, так и чугунные распредвалы.

Биение (изгиб) распредвала устраняют на призмах при помощи пресса. При этом методе естественным образом должны быть учтены допуски производителя распредвала, относительно допустимого биения.

После устранения биения обязательно производится динамическая балансировка. Иначе все усилия были напрасны. Восстановление распредвалов таким методом производится на специальных станках.

Восстановление кулачков распредвала и износ шейки устраняется таким методом, как напыление распредвала либо шлифовкой.

Изношенный кулачок шлифуется до вывода износа и восстановления профиля. Не следует забывать, что после шлифовки кулачка высота подъёма клапана не должна измениться. Иначе будет нарушен процесс фаз газораспределения.

Восстановление кулачков распредвала методом шлифовки, рекомендуется выполнять всего один раз. В противном случае нарушается радиус вершины кулачка, и, соответственно, происходит сбой фазы газораспределения. То есть, следующим этапом, после первого ремонта распредвала, служит замена распредвала.

Для опорных шеек распредвала применяется расточка (шлифовка) до уменьшенных ремонтных размеров. При этом варианте ремонта распредвала, затем применяются втулки. Если же шейки наращивают, то другие детали растачивают под их размер. Для небольшого слоя наращивания применяется осталивание либо хромирование шеек.

Реставрация методом напыления распредвала производится с применением порошковой проволоки многокомпонентного состава (алюминий – цинк). После процедуры напыления распредвала твёрдость покрытия не уступает заводским параметрам. Но, специалисты не рекомендуют проводить ремонт методом напыления более одного раза.

Принцип работы распредвала

Распределительный вал имеет особую форму: на типичном цилиндрическом валу расположены кулачки и шейки распредвала. Подшипник распредвала имеет форму втулки либо вкладыша и принудительную систему смазки.

Втулка и вкладыши распредвала

Распредвал совершает вращение вместе с коленчатым валом двигателя, но вращается в 2 раза медленней. Для вращения распредвала используются цепные, ременные, зубчатые передачи. Благодаря форме кулачков распредвала формируются фазы газораспределения, клапана открываются в нужный момент, обеспечиваются условия работы двигателя. Изменяя геометрию кулачков, можно добиться улучшения работы двигателя.

Распредвал Nissan Patrol1 — болты; 2 — приводная шестерня распределителя; 3 — шайба; 4 — звездочка распредвала; 5 — упорная пластина; 6 — шпонка; 7 — рабочий выступ кулачка; 8 — распределительный вал;9 — опорная шейка распредвала.

Через различные толкатели, рокеры, либо почти напрямую через гидрокомпенсаторы кулачок распредвала нажимает на подпружиненный клапан, открывая его. Далее, проходя вершину кулачка, клапан открывается на максимальное расстояние и плавно закрывается проходя по обратной его части. Геометрия кулачков распредвала позволяет относительно плавно взаимодействовать с толкателями клапана, от их формы зависит характеристика распредвала.

На распредвале кулачки расположены под особыми углами, благодаря чему и формируются фазы газораспределения. На разных двигателях углы фаз могут немного отличаться. Например, если сравнивать бензиновый двигатель и дизель, стандартные распредвалы, рассчитанные на городскую езду, будут иметь похожее строение.

На двигателях с ЭБУ устанавливается датчик распредвала. Это устройство постоянно определяет его положение, что позволяет синхронизировать электронные системы подачи топлива с работой клапанов.

Привод распредвала

Геометрические формы кулачков

Отдельно стоит остановиться на шестернях распредвалов. Механизм ГРМ требует точной их настройки. Зачастую достаточно выставить элементы по «контрольным точкам». Для более точной настройки работы распредвала существует разрезная шестерня распредвала. Принцип в том, что зубцы шестерни фиксируются на болтах относительно ее основания. Открутив болты можно, корректировать положение шестерни на 5-10º, что позволяет выставить ГРМ в более оптимальное положение.

Разрезная и простая шестеренки распредвала двигателя ВАЗ 2106

На современных дорогих двигателях этот процесс автоматизирован, применяются муфты распредвала с гидравлическим управлением. Датчик положения распредвала сообщает бортовым компьютерам текущий угол и обороты, что позволяет управлять фазами газораспределения, корректировать их для разных режимов двигателя.

ГРМ с гидроуправляемыми муфтами