Газорозподільний механізм / Розподільний вал / Шестерня, розподільний вал

Шестерня, розподільний вал

Шестерня, розподільний вал - це зубчаста деталь привода газорозподільного механізму, встановлена на кінці розподільного валу. Вона приймає рух від ременя ГРМ, ланцюга ГРМ або проміжної шестерні та забезпечує обертання розподільного валу у визначеному співвідношенні з колінчастим валом.

Від положення шестерні залежить момент відкривання і закривання впускних та випускних клапанів. Навіть невелике кутове зміщення відносно розподільного валу може порушити механічні фази, спричинити нестабільну роботу двигуна, втрату потужності, помилки кореляції валів або контакт клапанів із поршнями.

У ремінному приводі деталь часто називають зубчастим шківом розподільного валу. У ланцюговому приводі використовуються назви шестерня або зірочка розподільного валу. Канонічна назва товарної позиції TESMA - «Шестерня, розподільний вал».

Зразок правильного англійського перекладу: шестерня, розподільний вал - Gear, camshaft; шестерня привода ГРМ - Camshaft Timing Gear; зірочка розподільного валу - Camshaft Sprocket; зубчастий шків розподільного валу - Camshaft Timing Pulley; зубчастий вінець - Toothed Rim; шпонковий паз - Keyway; установочний штифт - Locating Pin; мітка фаз - Timing Mark; центральний болт - Camshaft Sprocket Bolt.

Звичайну шестерню потрібно відрізняти від регулювача розподільного валу. Фіксована шестерня передає обертання без зміни кутового положення. Регулювач фаз містить внутрішній механізм, який за командою системи керування повертає розподільний вал відносно привода.

На частині двигунів зубчастий вінець є складовою фазорегулятора. У такому випадку несправність може стосуватися як зовнішніх зубців і посадки, так і внутрішньої гідравлічної муфти. Такі вузли перевіряють за процедурою конкретного двигуна.

Головний принцип: шестерню розподільного валу не можна оцінювати окремо від самого валу, його посадочного кінця, центрального болта, шпонки або штифта, ременя чи ланцюга, натягувачів і механічних фаз. Нова шестерня не усуне несправність, якщо зношена посадка на валу або пошкоджений привод ГРМ.

Не запускайте двигун при підтвердженому люфті шестерні на розподільному валу.
Не відкручуйте центральний болт, утримуючи вал ременем або ланцюгом ГРМ.
Не прикладайте зусилля до тонких зубців або напрямних буртів.
Не встановлюйте нову шестерню на пошкоджену посадочну поверхню вала.
Не використовуйте старий одноразовий болт, якщо виробник вимагає його заміни.
Не наносіть мастило на фрикційні торцеві площини, які повинні бути сухими.
Не орієнтуйте привод тільки за фарбованими мітками без заводських контрольних точок.
Не прокручуйте вали незалежно один від одного без урахування положення поршнів і клапанів.
Не запускайте двигун до активації натягувача та ручного прокручування.
Не ігноруйте помилки кореляції валів після ремонту ГРМ.

Призначення шестерні розподільного валу

Розподільний вал керує рухом клапанів за допомогою кулачків. Для правильної роботи він повинен обертатися у точному співвідношенні з колінчастим валом. Це співвідношення задається кількістю зубців шестерень і конструкцією привода.

Основні функції шестерні:

передавання крутного моменту розподільному валу;
підтримання визначеного передатного відношення між валами;
синхронізація клапанів із положенням поршнів;
утримання ременя або ланцюга на заданій траєкторії;
формування контрольної мітки механічних фаз;
передавання навантаження від натягнутого привода до вала;
у частині конструкцій - передавання руху другому розподільному валу;
у комбінованих вузлах - участь у регулюванні фаз газорозподілу.

Де встановлюється шестерня

Деталь встановлюється на передньому або задньому кінці розподільного валу залежно від компонування двигуна. У більшості рядних двигунів привод ГРМ розташований із переднього боку силового агрегату, але існують конструкції із заднім розташуванням ланцюга.

У двигуні з двома верхніми розподільними валами можливі такі схеми:

окрема шестерня впускного розподільного валу;
окрема шестерня випускного розподільного валу;
дві однакові фіксовані шестерні;
фазорегулятор на одному або обох валах;
основний ремінний привод одного вала та короткий ланцюг між валами;
проміжна шестерня між впускним і випускним валами;
комбінований привод із зубчастою та ланцюговою передачею.

Основні типи шестерень

Зубчастий шків ременя ГРМ

Має профіль зубців, який відповідає конкретному типу ременя. Важливі кількість зубців, їхній крок, форма, ширина вінця та положення напрямних буртів.

Зовні схожі шківи можуть працювати з різними профілями зубців. Невідповідна деталь спричиняє неправильний контакт ременя, шум, прискорене зношування та ризик перескоку.

Зірочка ланцюга ГРМ

Працює з роликовим або зубчастим ланцюгом. Профіль зубців розрахований під певний крок, ширину та конструкцію ланцюга.

У міру зношування зубці стають асиметричними, загостреними або гачкоподібними. Новий ланцюг не повинен працювати зі значно зношеною зірочкою.

Фіксована шестерня

Жорстко з'єднана з розподільним валом і не змінює кутового положення під час роботи двигуна. Механічні фази визначаються положенням шестерні при складанні.

Регульована монтажна шестерня

Може мати окрему маточину та зовнішній зубчастий вінець із можливістю монтажного регулювання. Такі конструкції застосовуються в окремих серійних і спортивних двигунах.

Шестерня з інтегрованим фазорегулятором

Зовнішній вінець з'єднаний із внутрішнім ротором через гідравлічний механізм. Такий вузол дозволяє змінювати фазу розподільного валу під час роботи двигуна.

Будова шестерні

Зубчастий вінець. Контактує з ременем, ланцюгом або іншою шестернею.
Маточина. Передає навантаження до розподільного валу.
Центральний отвір. Формує посадку на валу.
Шпонковий паз. Задає кутове положення у відповідних конструкціях.
Отвір під установочний штифт. Забезпечує позиціонування шестерні.
Торцева фрикційна площина. Передає крутний момент у з'єднаннях без шпонки.
Напрямні бурти. Обмежують осьове переміщення ременя.
Мітка механічних фаз. Використовується при складанні.
Отвори для утримувального інструмента. Дозволяють зафіксувати шестерню під час затягування.
Задавальний елемент. У частині конструкцій формує сигнал датчика положення вала.

Способи фіксації на розподільному валу

Шестерня може бути закріплена:

центральним болтом і шпонкою;
центральним болтом та установочним штифтом;
болтами до фланця розподільного валу;
на конічній посадці;
на шліцьовому з'єднанні;
силою тертя між сухими торцевими поверхнями;
через маточину фазорегулятора;
за допомогою регульованого монтажного фланця.

У безшпонкових конструкціях шестерня може залишатися рухомою відносно вала під час установлення ременя або ланцюга. Її остаточно фіксують після виставлення валів спеціальними пристроями.

Самовільне нанесення міток і складання за старим положенням болта не замінює заводську процедуру фіксації.

Матеріали та зміцнення

Шестерні виготовляють зі сталі, чавуну, алюмінієвого сплаву з окремим сталевим вінцем або порошкового металу. Матеріал залежить від виду привода, навантаження та конструкції двигуна.

Робочі поверхні можуть мати:

цементований шар;
індукційне загартування;
нітрування;
фосфатне покриття;
антикорозійне покриття;
зносостійку обробку зубців;
окремий сталевий зубчастий вінець.

Умови роботи

Шестерня працює під постійним натягом ременя або ланцюга та сприймає змінний момент від клапанних пружин. Кожен кулачок створює опір при відкриванні клапана, а після проходження вершини кулачка частина енергії повертається до привода.

На ресурс шестерні впливають:

жорсткість клапанних пружин;
частота обертання двигуна;
профіль кулачків розподільного валу;
натяг ременя або ланцюга;
стан натягувачів і напрямних;
співвісність усіх шестерень і роликів;
момент затягування центрального болта;
стан шпонки, штифта або фрикційних площин;
змащування ланцюгового привода;
потрапляння моторної оливи на сухий ремінь;
вібрації фазорегулятора;
помилки попереднього ремонту.

Типові несправності

зношування бокових поверхонь зубців;
загострення зубців ланцюгової зірочки;
сколи або тріщини зубців;
деформація напрямного бурта;
тріщина маточини;
розбитий шпонковий паз;
деформація установочного штифта;
збільшення отвору під штифт;
люфт центрального отвору на валу;
фретинг-корозія торцевої площини;
радіальне або осьове биття;
пошкодження мітки механічних фаз;
провертання шестерні відносно вала;
пошкодження задавального елемента;
зношування або заклинювання внутрішнього фазорегулятора.

Причини пошкодження

ослаблення центрального болта;
повторне використання одноразового кріплення;
неправильний момент або кут затягування;
утримання вала за привод ГРМ;
бруд або олива на сухих фрикційних площинах;
неправильно встановлена шпонка;
деформований установочний штифт;
надмірний натяг ременя;
перекіс натяжного або напрямного ролика;
подовжений ланцюг;
заклинювання натягувача;
пошкодження напрямної ланцюга;
заклинювання розподільного валу в опорах;
надмірний опір клапанного механізму;
контакт клапана з поршнем;
ударне відкручування без правильного утримування;
застосування неправильного знімача;
установлення невідповідної шестерні.

Ознаки несправності

брязкіт або металеве клацання в зоні привода ГРМ;
зміщення ременя до одного краю шестерні;
стирання бокової кромки ременя;
нерівномірне зношування зубців ременя;
повторний перескок ременя або ланцюга;
нестабільні механічні фази;
помилки кореляції колінчастого й розподільного валів;
ускладнений запуск двигуна;
нестабільний холостий хід;
пропуски запалювання;
зниження потужності;
підвищена витрата пального;
видимий люфт шестерні;
биття зубчастого вінця;
металева стружка в ланцюговому приводі.

Подібні симптоми можуть створювати також шестерня колінчастого валу, ремінь, ланцюг, натягувач, напрямні, розподільний вал або фазорегулятор. Тому рішення про заміну приймають після огляду всього привода.

Небезпека зміщення фаз

При провертання шестерні відносно розподільного валу заводська мітка на зубчастому вінці більше не відповідає фактичному положенню кулачків.

У такому випадку механік може сумістити мітки ременя чи ланцюга, але клапани залишатимуться зміщеними відносно поршнів.

Можливі наслідки:

ускладнений або неможливий запуск;
нестабільна робота двигуна;
помилки синхронізації валів;
зменшення компресії;
зниження крутного моменту;
підвищення температури випуску;
перескок привода;
контакт клапанів із поршнями;
деформація клапанів і пошкодження головки блока.

Пошкодження шпонки або штифта

Шпонка чи установочний штифт можуть задавати кутове положення шестерні. Проте в частині конструкцій основний крутний момент передається не ними, а силою притискання торцевих поверхонь центральним болтом.

При ослабленні болта між деталями виникають мікропереміщення. Шпонка або штифт починають сприймати ударне навантаження, деформуються та руйнують посадочний паз.

Встановлення нової шпонки в розбитий паз не відновлює точну фіксацію. Потрібно оцінювати стан шестерні й розподільного валу.

Початкова діагностика

Зчитати коди несправностей блока керування двигуном.
Перевірити помилки кореляції колінчастого й розподільного валів.
Зафіксувати умови появи шуму або нестабільної роботи.
Виконати діагностику шумів двигуна.
Зняти доступну частину кришки привода ГРМ.
Оцінити траєкторію ременя або ланцюга.
Перевірити положення механічних фаз.
Оглянути кріплення шестерні.
Перевірити биття та видимий люфт.
Після демонтажу оглянути посадку, шпонку або штифт.

Перевірка ремінної шестерні

кількість і профіль зубців;
відсутність сколів та тріщин;
чистоту западин між зубцями;
стан напрямних буртів;
відсутність корозії;
правильність траєкторії ременя;
сліди зміщення ременя до краю;
стирання тканинного покриття зубців;
наявність моторної оливи;
відповідність натягу;
співвісність шестерень і роликів.

При потраплянні моторної оливи потрібно перевірити сальник валу розподільного та інші ущільнення над приводом. Просочений оливою сухий ремінь не залишають у роботі лише після зовнішнього очищення.

Перевірка ланцюгової шестерні

Разом із зірочкою виконують перевірку стану ланцюга ГРМ.

оцінюють симетрію профілю зубців;
перевіряють гачкоподібне зношування;
шукають сколи й тріщини біля основи зубців;
оцінюють подовження ланцюга;
перевіряють напрямні та заспокоювачі;
перевіряють натягувач ланцюга ГРМ;
оцінюють шестерню колінчастого валу;
шукають металеві частинки;
перевіряють сліди ударів ланцюга по корпусу;
порівнюють фактичні й задані фази.

Перевірка демонтованої шестерні

стан кожного зубця;
тріщини біля основи зубчастого вінця;
радіальне та осьове биття;
стан центрального отвору;
шпонковий паз або отвір під штифт;
торцеві фрикційні площини;
сліди провертання;
фретинг-корозію;
деформацію напрямних буртів;
стан монтажних отворів;
правильність мітки фаз;
цілісність задавального елемента.

Перевірка розподільного валу

Перед установленням нової шестерні оглядають:

посадочний діаметр або конус;
торцеву опорну площину;
шпонковий паз;
установочний штифт;
різьбу центрального болта;
тріщини на кінці вала;
сліди мікропереміщень;
радіальне биття;
осьовий люфт розподільного валу;
стан передньої опори;
вільне обертання вала;
стан кулачків і шийок.

Якщо розподільний вал заклинює або має надмірний опір, нова шестерня може знову пошкодитися. Причину заклинювання усувають до складання привода.

Коли шестерню потрібно замінити

є сколи або тріщини зубців;
профіль зубців суттєво зношений;
напрямний бурт деформований;
маточина має тріщину;
шпонковий паз або отвір під штифт розбитий;
центральний отвір має недопустимий люфт;
торцева площина пошкоджена;
шестерня має надмірне биття;
мітка або задавальний елемент зміщені;
деталь пошкоджена при демонтажі;
зірочка значно зношена разом із ланцюгом;
виробник передбачає заміну в складі комплекту.

Підбір шестерні

Під час підбору перевіряють:

VIN автомобіля;
код і номер двигуна;
дату виробництва;
впускний або випускний розподільний вал;
ремінний або ланцюговий привод;
фіксовану конструкцію або фазорегулятор;
кількість зубців;
крок і профіль зубців;
ширину зубчастого вінця;
діаметр і форму посадки;
шпонковий паз або установочний штифт;
положення мітки механічних фаз;
наявність напрямних буртів;
задавальний елемент датчика;
OE-номер і технічну ревізію.

Однакова кількість зубців не гарантує взаємозамінність. Шестерні можуть відрізнятися зміщенням вінця, шириною, профілем зубців, посадкою, міткою та призначенням для впускного або випускного вала.

Що перевірити одночасно

розподільний вал;
шестерню колінчастого валу;
ремінь ГРМ або ланцюг ГРМ;
регулювач розподільного валу;
натягувач ременя ГРМ;
натягувач ланцюга ГРМ;
натяжний ролик ременя ГРМ;
напрямні та заспокоювачі ланцюга;
центральний болт, шайбу, шпонку або штифт;
сальник валу розподільного;
прокладку корпуса ГРМ;
механічні фази газорозподілу.

Підготовка до заміни

Вивчити сервісну процедуру конкретного двигуна.
Визначити тип шестерні та спосіб її фіксації.
Установити двигун у контрольне положення.
Зафіксувати колінчастий і розподільні вали.
Підготувати інструмент для утримання шестерні.
Уточнити, чи є центральний болт одноразовим.
Зафіксувати порядок шайб, втулок і задавальних деталей.
Підготувати нову шпонку або штифт, якщо вони змінні.
Уточнити момент і кут затягування.
Підготувати знімач або монтажну оправку.
Захистити відкритий привод від забруднення.

Зняття шестерні

Зняти необхідні кришки привода ГРМ.
Установити механічні фази в передбачене положення.
Зафіксувати вали спеціальними пристроями.
Послабити натяг ременя або ланцюга.
Зняти привод із шестерні.
Утримувати шестерню спеціальним інструментом.
Відкрутити центральний болт або фланцеве кріплення.
Зняти шайби й дистанційні деталі у правильному порядку.
Застосувати передбачений знімач при щільній посадці.
Не пошкодити зубці та ущільнювальну поверхню вала.
Оглянути шпонку, штифт і посадочне місце.

Підготовка до встановлення

очистити посадку на розподільному валу;
перевірити різьбу кріплення;
порівняти нову й стару шестерні;
перевірити кількість та профіль зубців;
перевірити ширину і зміщення вінця;
перевірити положення мітки;
оглянути шпонковий паз або отвір під штифт;
перевірити напрямні бурти;
підготувати новий болт і шайбу;
очистити сухі фрикційні площини;
замінити пошкоджений сальник розподільного валу;
перевірити вільне обертання розподільного валу.

Установлення шестерні

Установити шпонку або перевірити положення штифта.
Сумістити посадочні елементи шестерні та вала.
Установити деталь без перекосу.
Не передавати ударне зусилля через зубчастий вінець.
Установити шайби й дистанційні елементи.
Наживити новий центральний болт вручну.
Установити ремінь або ланцюг за заводською процедурою.
Виставити механічні фази.
Активувати натягувач.
Утримувати шестерню правильним інструментом.
Затягнути кріплення визначеним моментом і кутом.
Виконати перевірку фаз газорозподілу.

Особливості безшпонкової шестерні

У частині двигунів шестерня не має жорсткої шпонкової фіксації. Розподільний вал установлюють у контрольне положення спеціальною планкою або фіксатором, а шестерня під час натягування привода може повертатися відносно вала.

Після рівномірного розподілення натягу центральний болт затягують, і крутний момент передається через притиснуті торцеві поверхні.

Для такої конструкції особливо важливі:

чисті й сухі фрикційні площини;
справний центральний болт;
правильний момент і кут затягування;
заводські фіксатори валів;
відсутність довільних фарбованих міток як основного орієнтира.

Перевірка після складання

Прибрати монтажні фіксатори за процедурою.
Прокрутити двигун вручну в дозволеному напрямку.
Виконати необхідну кількість повних обертів.
Повернути вали в контрольне положення.
Повторно встановити фіксатори або перевірити мітки.
Перевірити натяг ременя чи ланцюга.
Оцінити траєкторію привода.
Перевірити відсутність механічного контакту.
Переконатися у відсутності люфту шестерні.
Установити захисні кришки.

Перший запуск

перевірити рівень моторної оливи;
переконатися, що всі фіксатори видалені;
запустити двигун без різкого підвищення обертів;
контролювати шум привода ГРМ;
перевірити стабільність холостого ходу;
зупинити двигун при металевому стукоті або брязкоті;
перевірити траєкторію ременя;
зчитати помилки синхронізації;
перевірити зону сальника на витік оливи;
повторити огляд після прогрівання та дорожнього тесту.

Практичні випадки

Мітки збігалися, але двигун працював нестабільно

Шпонковий паз шестерні був розбитий. Зубчастий вінець провернувся відносно розподільного валу, тому мітка шестерні не відповідала положенню кулачків.

Новий ремінь постійно зміщувався назовні

Напрямний бурт шестерні був зігнутий під час попереднього демонтажу. Ремінь отримував постійне бічне навантаження.

Після заміни ланцюга залишився брязкіт

Зірочку розподільного валу залишили старою. Її зубці мали гачкоподібне зношування й неправильно контактували з новим ланцюгом.

Центральний болт повторно послабився

Болт із контрольованим розтягуванням установили повторно. Крім того, фрикційні площини залишилися замасленими, тому з'єднання не отримало необхідного притискання.

Після ремонту з'явилася помилка кореляції валів

Безшпонкову шестерню затягнули до рівномірного розподілення натягу ременя. Після ручного прокручування фази змістилися.

Нова шестерня мала люфт

Посадочний кінець розподільного валу був зношений після тривалої роботи з ослабленим болтом. Заміна тільки шестерні не відновила посадку.

Після заміни шестерні потік сальник

Під час демонтажу інструментом пошкодили поверхню вала, по якій працювала кромка сальника.

Ланцюг перескочив під час першого запуску

Натягувач залишився заблокованим після встановлення. Вільна гілка ланцюга не отримала необхідного натягу.

Типові помилки

міняти шестерню без перевірки посадки розподільного валу;
ігнорувати пошкодження шпонки або установочного штифта;
залишати зношену зірочку з новим ланцюгом;
не перевіряти профіль зубців ремінної шестерні;
підбирати деталь тільки за кількістю зубців;
плутати фіксовану шестерню з фазорегулятором;
встановлювати шестерню впускного вала на випускний;
повторно використовувати одноразовий болт;
не виконувати кутовий доворот;
утримувати вал ременем або ланцюгом;
залишати оливу на сухих фрикційних площинах;
забивати шестерню молотком;
підважувати деталь за зубчастий вінець;
пошкоджувати напрямні бурти;
не перевіряти радіальне биття;
не перевіряти вільне обертання розподільного валу;
не активувати натягувач;
не прокручувати двигун вручну;
не перевіряти механічні фази після складання;
продовжувати запуск при сильному шумі привода.

Товарні групи TESMA

Шестерні розподільного валу
Шестерні колінчастого валу
Регулювачі розподільного валу
Розподільні вали
Комплекти розподільного валу
Ремені ГРМ
Комплекти ременя ГРМ
Ланцюги ГРМ
Комплекти ланцюга ГРМ
Натягувачі та напрямні ГРМ
Сальники розподільного валу
Кріплення шестерень ГРМ

Шестерню розподільного валу підбирають за VIN, кодом двигуна, OE-номером, типом вала, видом привода ГРМ, кількістю та профілем зубців, шириною вінця, конструкцією посадки, положенням мітки й наявністю фазорегулятора.

Часті питання

Для чого потрібна шестерня розподільного валу?

Вона передає обертання від ременя, ланцюга або іншої шестерні до розподільного валу та забезпечує правильний момент роботи клапанів.

Шестерня і фазорегулятор - це одне й те саме?

Не завжди. Звичайна шестерня має фіксоване положення, а фазорегулятор може повертати вал відносно привода. На частині двигунів зубчастий вінець інтегрований у фазорегулятор.

Чому пошкоджується шпонковий паз?

Частою причиною є ослаблення центрального болта. Шестерня починає рухатися відносно вала, а шпонка отримує ударне навантаження.

Чи можна замінити тільки шпонку?

Лише якщо пази шестерні й розподільного валу не пошкоджені. Нова шпонка не усуває люфт у розбитій посадці.

Чому ремінь ГРМ зміщується по шестерні?

Причиною можуть бути деформований бурт, биття шестерні, перекіс роликів, неправильний натяг або пошкодження посадки.

Чи потрібно міняти зірочку разом із ланцюгом?

Якщо зубці мають значне або гачкоподібне зношування, новий ланцюг не встановлюють на стару пошкоджену зірочку.

Чи може шестерня бути встановлена без шпонки?

Так, якщо це передбачено конструкцією. У таких двигунах вали фіксують спеціальними пристроями, а положення закріплюють силою затягування болта.

Чому після заміни з'явилася помилка синхронізації?

Можливі неправильні механічні фази, невідповідна шестерня, зміщений задавальний елемент, неправильна затяжка або провертання посадки.

Чи можна повторно використовувати центральний болт?

Лише коли це дозволяє виробник. Болти з контрольованим розтягуванням після демонтажу замінюють.

Чи потрібно змащувати посадку?

Це залежить від конструкції. Фрикційні торцеві площини часто повинні бути чистими й сухими, тоді як інші поверхні можуть потребувати моторної оливи.

Чи потрібно перевіряти сальник розподільного валу?

Так. При доступі до шестерні перевіряють сальник і поверхню вала, особливо якщо всередині кришки ГРМ є моторна олива.

Що перевірити після заміни?

Механічні фази, натяг і траєкторію привода, кріплення шестерні, відсутність люфту, роботу фазорегулятора та герметичність сальника.

Пов'язані сторінки бази знань TESMA

Що ще прочитати по цій темі

Висновок

Шестерня, розподільний вал передає рух від привода ГРМ до розподільного валу й визначає момент відкривання та закривання клапанів. Її справність залежить від стану зубців, посадки, шпонки або штифта, центрального кріплення, ременя чи ланцюга та інших деталей привода.

При появі шуму, зміщенні ременя, помилках кореляції валів або повторному порушенні фаз перевіряють не тільки шестерню, а й розподільний вал, шестерню колінчастого валу, натягувачі, напрямні та механічні фази. Після складання двигун обов'язково прокручують вручну, повторно перевіряють контрольне положення валів і лише потім виконують запуск.