Вообще, шейки распределительных валов нагружены гораздо меньше, чем шейки их коленчатых собратьев. Действительно! Шейки коленчатых валов принимают основную механическую нагрузку от поршней через шатуны, т.е. работают под взрывным давлением сгорающей топливной смеси. Коленчатый вал передает крутящий момент на трансмиссию. Т.о. на шейки коленчатого вала воздействуют высокие значения сжатия и изгиба.
Распределительный вал всего лишь открывает клапаны через толкатели, преодолевая, главным образом, только сопротивление пружин. По сравнению с коленчатым валом – механическая работа минимальна. Кроме того, в четырехтактном ДВС, распределительный вал вращается в два раза медленнее коленчатого.
Не случайно в постель коленчатого вала всегда устанавливают вкладыши, а в постель распределительного вала, если он работает в алюминиевой детали, будь то блок цилиндров или ГБЦ, ни втулок, ни вкладышей, в большинстве случаев, не ставят.
А правда, почему так? Ну, с коленчатым валом, все достаточно понятно. Если блок цилиндров чугунный, то в момент запуска, пока давление масла не достигло необходимых значений, а это около 2-х секунд (коленчатый вал за это время совершит 7-10 оборотов), будет изнашиваться, в первую очередь постель, но и вал (хотя и в меньшей степени) и через некоторое количество запусков наша постель коленчатого вала закончится. Надо заметить, что это случится не так что б очень быстро, ведь были в стародавние времена ДВС, обычно промышленного назначения, где коленчатый вал работал непосредственно в чугунной постели, но все же рискну сказать, что в разы быстрее, чем при конструкции с вкладышами. С алюминиевым блоком тоже самое случится еще быстрее, ведь он гораздо мягче чугуна. Совсем не с проста вкладыши сегодня имеют слоеную структуру из разных материалов (см статью «Типы вкладышей по материалам. Какие, почему и зачем?»).
С распределительным валом все интереснее. Ну, уже потому, хотя бы, что что есть несколько основных конструкций двигателей, которые принципиально отличаются именно положением распределительного вала/валов. Про нижнеклапанные двигатели писать не станем, ибо это уже история. Ограничимся верхнеклапанными.
Итак, OHV (Overhead Valve) т.е. двигатель с клапанами в ГБЦ и распределительным валом в блоке цилиндров. Привод клапанов через штанги. Такой двигатель может быть, как рядным, так и V-образным (см рисунок 1).
V-образный вариант (его иногда еще называют V-OHV) сконструирован принципиально также, только ГБЦ две и, соответственно, 2 ряда толкателей.
По такой схеме построены практически все (за очень редкими исключениями) двигатели грузовиков (см фото 1 и 2), многие двигатели для легких коммерческих автомобилей (см фото 3), все «классические» американские V6 и V8 (см фото 4), а также всем знакомые двигатели семейства ЗМЗ 402 (см фото 5) и УМЗ 421, 417 (см фото 6) и т.п.
Во всех чугунных блоках этого типа в постели распределительного вала установлены втулки. Втулки эти на различных двигателях бывают из разных материалов. Бронзовые, алюминиевые или биметаллические. В алюминиевых блоках OHV тоже часто в постели распредвала устанавливают втулки, но не всегда. Далеко ходить за примерами не надо. В двигателе УМЗ 421 постель распределительного вала проточена непосредственно в алюминии и никаких втулок там нет.
Далее, конструкция OHC (OverHead Camshaft) или еще называют SOHC (Single overhead Camshaft) т.е. с одним «верхним» распределительным валом. Там есть несколько вариантов компоновки, но во всех случаях, один распределительный вал находится в ГБЦ и управляет клапанами, которые, само-собой, тоже находятся в ГБЦ (см рисунок 2).
По схеме OHC сделано огромное количество двигателей легковых автомобилей в т.ч. уже порядком подзабытые отечественные УЗАМ 412 (см фото 7) и все семейство «проверенных временем» двигателей ВАЗ от 2101 до 2111 (см фото 8 и 9), а также относительно новый ВАЗ 11182 и новейший ВАЗ 11184, которые мало чем отличаются от ВАЗ 2111. А если говорить про двигатели иностранного производства, то голова идет кругом от огромного их количества! Пытаться перечислять их не имеет смысла. Просто упомянем, для примера, такие легенды, как Mercedes M102/M103 (см фото 10) и BMW M10/M20 (см фото 11).
ГБЦ двигателей, построенных по схеме OHC, почти всегда алюминиевые. Исключениями являются весьма своеобразные изделия от Ford и Opel, где головки чугунные, а распредвал работает в бронзовых втулках (см фото 12, 13 и 14).
И, наконец, конструкция DOHC (Double OverHead Camshaft) с двумя верхними распределительными валами, значится (см Рисунок 3).
Эти двигатели обычно имеют четыре клапана на цилиндр. Исключение – семейство двигателей VAG в которых по пять клапанов на цилиндр (три впускных и два выпускных), а также, несколько странная, на первый взгляд, конструкция Ford2,0 DOHC, где два клапана на цилиндр, но и два распределительных вала (кажется, это единственный двигатель с такой схемой, который выпускался массово) (см фото 10 и 11).
Ну, а в качестве примера 16-ти клапанного двигателя DOHC отлично подходит ВАЗ 2112 (см фото 12).
Так какие проблемы возникают с подшипниками распределительных валов? В отличии от валов коленчатых, следы недостаточного смазывания т.е. работы в условиях повышенных трения и температуры, в подшипниках распределительных валов встречается редко. Гораздо чаще можно встретить износ абразивный (см фото 13 и 14).
От чего так происходит? Если не рассматривать случаи неудачного ремонта постели распределительного вала или еще чаще встречающиеся случаи неудачной сборки после восстановительного ремонта, то последовательность событий обычно примерно следующая: Какая-то проблема возникает совсем не с распределительным валом, а например, с одним из цилиндров. Ну, пусть, в результате ненадлежащей работы топливной аппаратуры происходит разбавление моторного масла топливом. Беда в результате происходит первым делом в соответствующем цилиндре. Избыточное топливо смывает масляную пленку со стенки цилиндра и металл начинает работать по металлу. Возникает и развивается ускоренный износ цилиндра. При этом мелкие частицы металла попадают в поддон картера, затем в маслоприемник, в масляный насос и затем (до поры) поглощаются масляным фильтром.
Когда моторное масло разбавляется топливом значительно, наступает очередь шеек коленчатого вала. Обычно, первыми в режиме недостаточного смазывания начинают работать более нагруженные шатунные шейки, чуть позже к ним подключаются и коренные.
С шейками гораздо менее нагруженного распределительного вала, на этом этапе, еще не происходит ничего страшного.
По мере износа вкладышей и шеек коленчатого вала, продукты износа (металлические частицы), с моторным маслом, поступают и к шейкам вала распределительного. Соответственно, возникает и начинает развиваться, абразивный износ.
А тем временем, по причине выраженного износа подшипников коленчатого вала и элементов масляного насоса, быстро снижается давление масла, однако, этот фактор, обычно не успевает серьезно сказаться на состоянии подшипников распределительного вала потому, что прежде, загоревшаяся лампочка давления масла и/или характерный стук шатунных шеек коленчатого вала извещают водителя о серьезных проблемах с двигателем.
В процессе разборки такого двигателя, наблюдаем катастрофу в цилиндрах и подшипниках коленчатого вала, а с подшипниками распределительного вала, что? Да, конечно, тоже ничего хорошего, но и не так, что б «все пропало». Просто следы абразивного износа (см фото 15 и 16).
Это обычная, часто встречающаяся история. Но бывают сюжеты поинтереснее!
Это у нас частично разобранный двигатель OM457 (см фото 17).
У него шатунные шейки и вкладыши имеют выраженные следы абразивного износа (см фото 18 и 19).
Фото 18. Шатунная шейка со следами абразивного износа.
Если бы последовательность событий соответствовала вышеописанной, то с подшипниками скольжения распределительного вала пока не должно произойти ничего страшного. Но тут мы имеем другую историю и картина повреждений совсем другая. Втулки распределительного вала помимо абразивного износа имеют явные следы работы в условиях повышенного трения и, как следствие, температуры (выраженные потертости, изменения окраски) т.е. работы подшипников в условиях недостаточного смазывания (см фото 20 и 21).
А вот распределительный вал выглядит совсем печально и пострадали сильнее всего у него даже не шейки, а кулачки (см фото 22 и 23).
Что же такое тут произошло? А вот что: Давайте посмотрим на ролики толкателей, еще немного и они бы стали похожи на кубики! (см фото 24).
Для нормальной работы ГРМ оси роликов толкателей должны быть строго параллельны оси распределительного вала. Как это обеспечивается? В каналах толкателей прорезаны вертикальные пазы, в которых находятся установленные в толкателях шпонки. Соответственно, при возвратно-поступательном движении толкателей под действием кулачков распределительного вала, шпонка движется строго по направлению паза, не давая толкателю и ролику поворачиваться. Однако, со временем, эти пазы разбиваются (см фото 25), и оси роликов получают возможность «гулять» влево – вправо и чем больше износ паза, тем больше становится угол отклонения.
Т.о. сильно увеличивается трение между кулачком и роликом толкателя, кулачки нагреваются и находящиеся рядом с ними опорные шейки тоже. Это обеспечивает подшипникам скольжения режим недостаточного смазывания. А по мере износа и разрушения кулачков и роликов металлические частицы попадают в поддон картера, ну, а затем, все известные и ранее оговоренные последствия не заставляют себя долго ждать.
Любопытно, что конкретно этот двигатель, стоял на железнодорожном самоходном вагоне для ремонта и обслуживания пути. На такой технике стоит два двигателя. Один основной, второй резервный. Задумано так, что если, что-то случается с основным, заводят резервный и едут в депо ремонтироваться. Хорошо задумано, но в жизни почему-то все происходит несколько иначе. Сначала укатывают до смерти основной двигатель, а когда он испускает дух, заводят резервный и… нет не едут в депо, а как ни в чем не бывало продолжают работать! А вот уже когда начинает помирать резервный, вот тогда уже на нем, издыхающем, едут в депо, и хорошо, если получается доехать! В данном случае, говорят, получилось.
От чего еще возникают проблемы с подшипниками распределительных валов? От головотяпства некоторых сборщиков. Вот на этой головке двигателя Renault K9K ремонтировали постель распределительного вала. После ремонта (по мнению сборщика, выполненного не качественно) распределительный вал отказался крутиться. Конечно, бывает, что промахиваются станочники при расточке постели, но не в этом случае.
Здесь, для начала, крепежные болты затянули «трубой», что было силушки, так, что резьбу в двух отверстиях сорвали. Затем, в эти отверстия на фиксатор резьбы поставили шпильки (см фото 26), причем, фиксатор этот оказался почему-то в т.ч. на плоскости разъема крышки (см фото 27 и 28).
Наконец, постель смазали густой смазкой с остатками стружки после расточки и с удивлением обнаружили, что вал не крутится! Однако, судя по состоянию опор и шеек, при помощи архимедова рычага, вал все-таки пару раз провернули (см фото 29).
После удаления загрязнений и густой смазки, а также затяжки болтов надлежащим моментом (Кроме третьей опоры, которая со шпильками. Гайки сильно затягивать не стали, предоставив это установщикам шпилек), вал, разумеется, стал нормально крутиться. Однако поехал ли этот двигатель со шпильками на фиксаторе резьбы? История умалчивает.
Вот, пожалуй, и все, что у нас было рассказать о проблемах с подшипниками распределительных валов. Этих бед не так много и возникают они, обычно, как следствие проблем с другими компонентами двигателя или в результате естественного износа, но здесь мы (повторимся) говорим только о «неестественных» износах😊, которые возникают обычно в результате нарушения технологии сборки и/или правил эксплуатации двигателя.
Своевременное обслуживание двигателя, разумное использование автомобиля и качественные расходники и технические жидкости, да уберегут нас от этих проблем! Ну, а если не дай бог чего, не забываем, что компания UMpro всегда предлагает качественные запчасти моторной группы в широком ассортименте.
