Распределительный вал

Основные вопросы

Какую роль играет распределительный вал в двигателе внутреннего сгорания?
Распределительный вал приводит впускные и выпускные клапаны поршневых цилиндров, обеспечивая согласованность фаз газораспределения с движением поршня, чтобы двигатель работал без перебоев.

Как распределительный вал взаимодействует с коленчатым валом в четырёхтактном двигателе?
Распределительный вал связан с коленчатым валом посредством шестерён, цепи или ремня, вращаясь с половинной частотой коленчатого вала и согласовывая фазы газораспределения с движением поршня.

Как называются четыре такта в цикле четырёхтактного двигателя?
Четырёхтактный цикл включает такт впуска, такт сжатия, рабочий ход (сгорание) и такт выпуска.

Как называются различные типы распределительных валов?
Различают следующие типы: с плоским механическим толкателем, с плоским гидравлическим толкателем, роликовым механическим и роликовым гидравлическим.

Распределительный вал в двигателях внутреннего сгорания — это вращающийся вал с неравномерно расположенными дисками (кулачками), которые приводят впускные и выпускные клапаны поршня и цилиндра. Кулачки и распределительный вал обычно выполняются как единое целое, причём кулачки установлены под углами для открытия и закрытия клапанов в заданной последовательности по мере вращения кулачков. Отдельный распределительный вал для каждого ряда цилиндров приводится в движение шестернями или цепями от коленчатого вала. В некоторых конструкциях двигателя предусмотрено по два распределительных вала на каждый ряд цилиндров.

Назначение

Распределительный вал механически связан с коленчатым валом посредством шестерён, цепи или ремня, так что фазы газораспределения (управляемые распределительным валом) остаются согласованными с движением поршня (который приводит в движение коленчатый вал). В четырёхтактном двигателе распределительный вал обычно вращается с половинной частотой коленчатого вала.

По мере движения поршня вверх и вниз распределительный вал открывает и закрывает впускные и выпускные клапаны. Такая точная согласованность критически важна для устойчивой работы двигателя в типичном четырёхтактном цикле.

Четырёхтактный цикл

Такт впуска: Открытие впускного клапана цилиндра поршня позволяет смеси воздуха и бензина поступать в цилиндр по мере движения поршня вниз в цилиндре.

Такт сжатия: Впускной клапан закрывается, когда поршень движется вверх, сжимая смесь воздуха и бензина.

Рабочий ход (сгорание): Свеча зажигания в верхней части цилиндра воспламеняет смесь. Сила взрыва двигает поршень вниз. Именно так создаётся мощность двигателя.

Такт выпуска: Распределительный вал открывает выпускной клапан цилиндра, позволяя отработавшим газам выходить из цилиндра по мере того, как поршень снова движется вверх.

Поскольку распределительный вал движется с половинной частотой коленчатого вала, один четырёхтактный цикл завершается за каждые два оборота коленчатого вала.

Типы распределительных валов

Существует четыре типа распределительных валов в зависимости от конструкции деталей, соединяющих кулачки с клапанами.

Плоский механический толкатель: Это традиционная конструкция, в которой кулачок воздействует непосредственно на плоский толкатель. Хорошо работает на высоких оборотах, но создаёт больше шума и требует периодической регулировки для поддержания правильного зазора (lash).

Плоский гидравлический толкатель: Похож на плоский механический тип, но гидравлический толкатель содержит небольшую полость, заполненную маслом, которая автоматически поддерживает правильный зазор. Это делает его более тихим, мягким и удобным в обслуживании.

Роликовый механический толкатель: Вместо плоской поверхности толкатель имеет небольшой ролик, который катится по кулачку. Это снижает трение и позволяет использовать кулачки с более широкими профилями для получения большей мощности. Как и плоский механический тип, требует периодической регулировки.

Роликовый гидравлический толкатель: Сочетает ролик с его низким трением и большим потенциалом мощности с автоматической масляной системой регулировки зазора, что исключает необходимость ручной проверки зазора. Эта конструкция тихая, долговечная и неприхотливая в обслуживании.

Распределительные валы также можно классифицировать по расположению вала относительно клапанов и способу передачи движения к ним:

Распределительный вал в блоке (OHV, клапаны в головке): В этой конструкции вал расположен внутри блока цилиндров. Толкатели штанг передают движение кулачков коромыслам, которые приводят в действие клапаны.

Верхний распределительный вал (OHC): Вал расположен непосредственно над клапанами в головке блока. Это исключает необходимость толкателей штанг и позволяет повышать обороты двигателя.

Один верхний распределительный вал (SOHC): Используется один вал для всех цилиндров, который управляет как впускными, так и выпускными клапанами.

Два верхних распределительных вала (DOHC): Используются два вала для цилиндров двигателя. Один вал приводит в движение все впускные клапаны, а другой — выпускные. Это обеспечивает большую гибкость фаз газораспределения.

Глоссарий

Кулачок: Возвышенная, примерно яйцевидная часть распределительного вала. При вращении её форма преобразует вращательное движение в возвратно-поступательное для открытия и закрытия клапанов.

Толкатель (подъёмник): Небольшой элемент, который скользит по кулачку и передаёт его движение остальной части клапанного механизма. Может быть плоским или роликовым, а также механическим или гидравлическим.

Толкатель штанга: Тонкий стержень, используемый в двигателях с нижним расположением вала для передачи движения вверх от толкателя в блоке цилиндров к коромыслу в головке блока.

Коромысло: Небольшой рычаг, который поворачивается и нажимает на клапан, открывая его, когда он поднимается.

Клапан: Подпружиненный элемент в головке блока, который открывается для впуска смеси воздуха и бензина (впускной клапан) или выпуска отработавших газов (выпускной клапан) и герметично закрывается, уплотняя камеру сгорания.

Тепловой зазор клапана: Небольшой зазор между элементами клапанного механизма (как правило, между торцом стержня клапана и коромыслом или толкателем), когда клапан полностью закрыт и кулачок не воздействует на клапаны.

Система изменения фаз газораспределения (VVT)

Фиксированная продолжительность времени, в течение которого впускные и выпускные клапаны цилиндра открываются и закрываются, обеспечивает стабильную работу, но имеет недостатки. Когда коленчатый вал вращается с низкой частотой, клапаны следует открывать и закрывать раньше, а при более быстром вращении коленчатого вала — открывать раньше, но затем дольше оставаться открытыми. Фиксированная продолжительность фаз газораспределения не может адаптироваться к таким изменениям. Современные двигатели часто оснащают системой изменения фаз газораспределения, при которой фаза распределительного вала относительно коленчатого вала может регулироваться даже во время работы двигателя.

Эта система повышает мощность и топливную эффективность при разных оборотах двигателя и снижает выбросы. Некоторые передовые конструкции включают бескулачковые или электрогидравлические клапанные системы, где механические приводы, такие как кулачки, заменены элементами, работающими от электрической энергии.