Система газораспределения двигателя

Классификация, устройство и принцип работы ГРМ двигателя

Газораспределительный механизм (ГРМ) представляет собой совокупность деталей и узлов, обеспечивающих открытие и закрытие впускных и выпускных клапанов двигателя в определенный момент времени. Основная задача ГРМ заключается в своевременной подаче топливовоздушной смеси или топлива (это зависит от типа мотора) в камеру сгорания и выпуск отработавших газов. Для реализации этой задачи слажено работает целый комплекс механизмов, часть из которых управляется при помощи электроники.

Устройство газораспределительного механизма

В современных моторах газораспределительный механизм располагается в головке блока цилиндров двигателя. В его состав входят следующие основные элементы:

Распределительный вал. Это сложная по конструкции деталь, которая изготавливается из прочной стали или чугуна с высокой точностью обработки. В зависимости от конструкции ГРМ распредвал может устанавливаться в головке блока цилиндров или в картере двигателя (такая компоновка сейчас не применяется). Это основная деталь, которая отвечает за последовательное открытие и закрытие клапанов.

• цепь или ремень;
• шестерни валов;
• натяжитель (натяжной ролик);
• успокоитель и башмак.

На тарелках клапанов сделаны специальные фаски, которые обеспечивают более плотное прилегание к отверстиям в головке блока цилиндров. Это место называется седлом. Кроме самих клапанов, в механизме предусмотрены дополнительные элементы, обеспечивающие его правильную работу:

• Пружины. Возвращают клапаны в исходное положение после нажатия.
• Маслосъемные колпачки. Представляют собой специальные уплотнители, которые не допускают попадания масла в камеру сгорания по стержню клапана.
• Направляющая втулка. Устанавливается в корпус ГБЦ и обеспечивает точное движение клапана.
• Сухари. С их помощью пружина крепится на стержне клапана.

Принцип работы

Работу газораспределительного механизма сложно рассматривать отдельно, в отрыве от рабочего цикла двигателя. Ведь его основная задача – это вовремя открыть и закрыть клапана на определенный промежуток времени. Соответственно на такте впуска открываются впускные, а на такте выпуска – выпускные. То есть фактически механизм должен реализовывать рассчитанные фазы газораспределения.

Технически это происходит следующим образом:

1. Коленчатый вал передает крутящий момент посредством привода на распределительный.
2. Кулачок на распределительном валу нажимает на толкатель или коромысло.
3. Клапан перемещается внутрь камеры сгорания, открывая доступ свежему заряду или отработавшим газам.
4. После того как кулачок проходит активную фазу воздействия, клапан возвращается на место под действием пружины.

Стоит также отметить, что за полный рабочий цикл распредвал совершает 2 оборота, попеременно открывая клапана в каждом цилиндре, в зависимости от порядка их работы. То есть, например, при схеме работы 1-3-4-2 в один и тот же момент времени в первом цилиндре будут открыты впускные клапаны, а в четвертом выпускные. Во втором и третьем клапаны будут закрыты.

Классификация или типы ГРМ

Двигатели могут иметь различную компоновку газораспределительного механизма. Рассмотрим следующую классификацию.

По расположению распределительного вала

Существуют два типа положения распредвала:

• нижнее;
• верхнее.

При нижнем расположении распредвал находится в блоке цилиндров рядом с коленчатым валом. Усилие от кулачков передается через толкатели на коромысла, при этом применяются специальные штанги. Они представляют собой длинные стержни и связывают толкатели внизу с коромыслами наверху. Нижнее расположение считается не самым удачным, но имеет и свои плюсы. В частности, более надежное соединение распредвала с коленвалом. Данный тип расположения на современных моторах не применяется.

При верхнем положении распредвал находится в головке блока цилиндров (ГБЦ) непосредственно над клапанами. При таком положении могут быть реализованы различные варианты воздействия на клапаны: через толкатели, коромысла или рычаги. Такая конструкция более простая, надежная и компактная. Верхнее положение распредвала получило более широкое распространение.

По количеству распределительных валов

На рядных двигателях могут быть установлены один или два распределительных вала. Моторы с одним распредвалом имеют аббревиатуру SOHC (Single Overhead Camshaft), а с двумя – DOHC (Double Overhead Camshaft). Один вал отвечает за открытие впускных, а другой за открытие выпускных клапанов. В двигателях c V-образной компоновкой используются четыре распредвала, по два на каждый ряд цилиндров.

По количеству клапанов

От количества клапанов на один цилиндр будет зависеть форма распредвала и количество кулачков на нем. Клапанов может быть два, три, четыре или пять.

Самый простой вариант с двумя клапанами: один работает на впуск, другой на выпуск. В трехклапаном двигателе два работают на впуск и один на выпуск. При четырех клапанах: два на впуск и два на выпуск. Пять клапанов: три на впуск и два на выпуск. Чем больше клапанов на впуске, тем больше объем поступающей топливовоздушной смеси в камеру сгорания. Повышается мощность и динамика двигателя. Сделать больше пяти не позволят размер камеры сгорания и форма распредвала. Наиболее часто встречается схема с четырьмя клапанами на цилиндр.

По типу привода

Различают три типа привода распределительного вала:

1. Шестеренчатый. Данный привод возможен только при нижнем положении распредвала в блоке цилиндров. Коленвал и распредвал имеют зубчатый привод через шестерни (звездочки). Главное преимущество такого привода – надежность. При верхнем положении распредвала в ГБЦ применяется цепной и ременный привод.
2. Цепной. Этот привод считается более надежным. Но использование цепи требует особых условий. Для гашения колебаний устанавливаются успокоители, а натяжение цепи регулируется натяжителями. В зависимости от количества валов могут применяться несколько цепей.

Ресурса цепи хватает в среднем на 150-200 тысяч километров пробега.

Главной проблемой цепного привода считается поломка натяжителей, успокоителей или разрыв самой цепи. При плохом натяжении цепь может перескакивать между зубьев в ходе работы, что приводит к нарушению фаз газораспределения.

Автоматически регулировать натяжение цепи помогают гидронатяжители. Они представляют собой поршни, которые давят на так называемый башмак. Башмак прилегает непосредственно к цепи. Он представляет собой изогнутую дугой деталь со специальным покрытием. Внутри гидронатяжителя находится плунжер, пружина и рабочая полость для масла. Масло поступает в натяжитель и выталкивает цилиндр до нужного уровня. Клапан закрывает масляный канал, и поршень постоянно поддерживает нужное натяжение цепи. По похожему принципу работают гидрокомпенсаторы в ГРМ. Успокоитель цепи гасит остаточные колебания, которые не погасил башмак. Так достигается оптимальная и точная работа цепного привода.

Самые большие неприятности может принести разрыв цепи.

Ресурс ремня также ограничен и в среднем он равен 60-80 тысячам километров пробега.

От правильной работы всего газораспределительного механизма зависит работа двигателя, его динамика и мощность. Чем больше количество и объем цилиндров, тем сложнее будет устройство ГРМ. Каждому водителю важно понимать устройство механизма, чтобы вовремя заметить неисправность.

Устройство газораспределительного механизма двигателя внутреннего сгорания: назначение, принцип работы

Основное назначение газораспределительного механизма (ГРМ ) — своевременная подача горючей смеси из топлива и воздуха (топливо-воздушной смеси) в камеру сгорания и вывода газов из цилиндров двигателя.

Работа ГРМ заключается в своевременном открытии-закрытии впускных и выпускных клапанов за что отвечает клапанный механизм.

Принцип действия газораспределительного механизма

Работа газораспределительного механизма заключается в синхронном движении двух валов – коленчатого вала и распределительного вала. Параллельное вращение валов обеспечивает своевременное открытие и закрытие впускных и выпускных клапанов цилиндров двигателя.

Во время вращения распределительного вала его кулачки воздействуют на рычаги, которые в свою очередь передают усилие на клапанные стержни, что и приводит к открытию клапанов.

При дальнейшем вращении распределительного вала клапаны закрываются, благодаря занятию кулачками начальной позиции.

Классификация ГРМ

Современные автомобильные двигатели получили различные типы газораспределительных механизмов, разработка которых была основана на опыте эксплуатации более ранних моделей.

1. По расположению распределительного вала :

2. По количеству распределительных валов :

— один распредвал (SOHC — Single OverHead Camshaft)

— два распредвала (DOHC — Double OverHead Camshaft);

3. По числу клапанов – 2, 3, 4, 5;

4. По приводу распределительного вала :

— цепной привод от коленчатого вала;

— шестеренчатый привод от коленчатого вала;

— ременной привод коленчатого вала.

Чаще всего встречается верхнее расположение распределительного вала в головке двигателя – это объясняется простотой конструкции и эффективностью работы, уменьшением массы механизма. Открытие и закрытие клапанов в газораспределительном механизме такого типа осуществляется с помощью толкателей.

Устройство газораспределительного механизма

1. распределительного вала ;
2. толкателей ;
3. клапанов ;
4. коромысла ;
5. штанги ;
6. привода.

1. Распределительный вал. Вращение распределительного вала приводит к своевременному открытию и закрытию клапанов газораспределительного механизма в зависимости от последовательности работы цилиндров двигателя, учитывая фазы газораспределения газов в механизме. Изготавливают распределительный вал из высокопрочной закаленной стали или чугуна. На валу ГРМ имеются опорные шейки и кулачки. Форма кулачков влияет на рабочие процессы распределения горючей смеси и газов, частоту и время открытия, закрытия клапанов. В торце распределительного вала ГРМ крепится звездочка (на которую устанавливается цепь) или шкив привода вала (на которую одевается ремень). Вал устанавливается в корпусе на подшипниках. В целях предотвращения осевых смещений распределительный вал имеет упорный фланец.

2. Толкатели. Толкатели – это детали газораспределительного механизма, которые служат для передачи усилий от кулачков распределительного вала к штангам коромысел. Толкатели изготавливают из высокопрочной стали или чугуна.

Виды толкателей: роликовые, цилиндрические, грибовидные.

Движение толкателей происходит в корпусах, закрепленных на блоке цилиндров или по направляющим.

3. Клапаны. Клапаны служат для подачи горючей смеси в цилиндры двигателя и вывода отработанных газов. Различают впускные и выпускные клапаны. Впускные служат для впуска горючей смеси, а выпускные клапаны служат для выпуска отработавших газов.

Конструкция клапана. Клапан состоит из стержня и головки. НА клапанной головке имеется кромка под 45 градусов для лучшего прилегания клапана. Впускной клапан отличается от выпускного диаметром. Выпускной клапан значительно больше по диаметру, чем впускной, так как объем отработавших газов превышает объем подающейся горючей смеси. Клапаны ГРМ установлены в головке блока цилиндров. Место их соединения называется седлом и имеет конусную форму. Для герметизации цилиндра предназначен клапанный механизм. Для улучшения герметизации цилиндра проводят процесс под названием притирка клапанов.

Впускные клапаны изготавливают из стали с хромистым покрытием, а выпускные клапаны из жаропрочной стали. Седла клапанов изготавливают из жаропрочного чугуна.

Движение стержней клапанов осуществляется по направляющим втулкам, которые изготавливаются из чугуна или стали. Направляющие соединены с головкой блока цилиндров . Клапаны оснащены внутренней и наружной пружинами. Пружины же крепятся с помощью тарелок, сухарей и шайб.

Открытие клапанов осуществляется через усилие, которое передается от распределительного вала на клапан.

Газораспределительный механизм современных двигателей устроен таким образом, что на каждый цилиндр двигателя имеется по два клапана впуска и два клапана выпуска. Для снятия клапанов используют рассухариватели клапанов.

4. Штанги

Штанги служат для передачи усилия от толкателей к коромыслам. Штанги толкателей могут иметь форму полых цилиндрических стержней со стальными наконечниками.

Штанги изготавливают из износостойкого алюминиевого сплава, крепятся с одной стороны к коромыслу, а с другой – к толкателю.

5. Коромысло

Коромысло служит для передачи усилия от штанги к клапанам. Коромысло выполнено в виде рычага с двумя плечами, который крепится на оси. При этом одно плечо длиннее, чем другое (возле штанги).

Коромысла изготавливают из прочной стали. Устанавливают коромысло на оси, которая крепится к головке цилиндров, на специальных втулках. Втулки предназначены для уменьшения трения между осью и коромыслом.

6. Привод распределительного вала

Распределительный вал приводится в движение от коленчатого вала при помощи привода, который может быть, как мы говорили цепной, шестеренчатый, ременной.

Скорость вращения распределительного вала в 2 раза меньше, чем скорость вращения коленчатого вала, что обеспечивается передаточным числом звездочки, либо размером шкива.

Таким образом, за два вращения коленчатого вала, распределительный вал совершит только одно вращение, что необходимо для осуществления одного рабочего цикла.

Часто встречается в обиходе автомобилистов такой термин, как тепловой зазор.

Газораспределительный механизм (ГРМ): устройство, назначение и принцип работы

Основой любых силовых агрегатов и главной составляющей двигателей внутреннего сгорания является сложный газораспределительный механизм (ГРМ). Назначение газораспределительного механизма состоит в управлении впускными и выпускными клапанами двигателя. На такте впуска он открывает впускной клапан, смесь, состоящая из воздуха и топлива или воздуха (для дизельных двигателей), попадает в камеру сгорания. На такте выпуска — открытием выпускного клапана из камеры сгорания ГРМ удаляет отработанные газы.

Устройство газораспределительного механизма

Газораспределительный механизм состоит из следующих элементов:

1. Распределительный вал — изготовляется из чугуна или стали — в задачу которого входит открывание/закрывание клапанов газораспределительного механизма при работе цилиндров. Он монтируется в картере, который перекрывает крышка газораспределительного механизма, или в головке блока цилиндра. При вращении вала на цилиндрических шейках происходит воздействие на клапан. На него воздействуют кулачки, расположенные на распределительном валу. На каждый клапан воздействует свой кулачек.
2. Толкатели, изготовленные также из чугуна или стали. В их задачу входит передача усилия от кулачков на клапаны.
3. Клапаны впускные и выпускные. В их задачу входит подача топливно-воздушное смеси в камеру сгорания и удаления отработочных газов. Клапан представляет из себя стержень с плоской головкой. Основным отличием впускных и выпускных клапанов является диаметр головки. Впускной состоит из стали с хромированным покрытием, а выпускной — из жаропрочной стали. Клапанный стержень изготавливается в виде цилиндра с канавкой, необходимой для фиксирования пружины. Клапана двигаются только по направлению ко втулкам. Чтоб масло не попадало в камеру сгорания цилиндра, производят установку уплотнительного колпачка. Его изготавливают из маслостойкой резины. На каждый клапан крепятся внутренняя и наружная пружина, для крепления используют шайбы, тарелки.
4. Штанги. Они необходимы для передачи усилия от толкателей к коромыслу.
5. Привод газораспределительного механизма. Он передает вращение коленвала на распредвал и тем самым приводит его в движения, причем движется он со скоростью в 2 раза меньше, чем скорость коленвала. На 2 вращения коленвала распредвал делает 1 вращение — это и называется рабочим циклом, при котором происходит 1 открытие клапанов.

Таково устройство ГРМ и общая схема газораспределительного механизма. Теперь следует разобраться, каков принцип работы газораспределительного механизма.

Работа газораспределительного механизма

Работа системы газораспределения поделена на четыре фазы:

1. Впрыск топлива в камеру сгорания цилиндра.
2. Сжатие.
3. Рабочий ход.
4. Удаления газов из камеры сгорания цилиндра.

Рассмотрим подробнее принцип действия газораспределительного механизма.

1. Подача топлива в камеру сгорания цилиндра происходит за счет движения коленвала, который передает свое усилие на поршень и он начинает движения из так называемой ВМТ (это точка, выше которой поршень не поднимается) в НМТ (это точка, соответственно, ниже которой поршень не опускается). При этом движении поршня одновременно открывается впускной клапан и топливно-воздушная смесь заполняет камеру сгорания цилиндра. Впрыснув положенное количество топливно-воздушной смеси клапан закрывается. При этом коленвал поворачивается на 180 градусов от своего начального положения.
2. Сжатие. Дойдя до НМТ поршень продолжает свое движение. Меняя свое направление в ВМТ, в этот момент в цилиндре и происходит сжатие топливно-воздушной смеси. При подходе поршня к высшей точке фаза сжатия заканчивается. Коленчатый вал продолжает свое движения и поворачивается на 360 градусов. И на этом фаза сжатия закончена.
3. Рабочий ход. Воздушно-топливная смесь воспламеняется свечей зажигания, когда поршень находится в высшей точке цилиндра. При этом достигается максимальный момент сжатия. Затем поршень начинает двигаться к нижней точке цилиндра, так как на поршень оказывают огромное давление газы, образовавшиеся при горении воздушно-топливной смеси. Это движение и есть рабочий ход. При опускании поршня до НМТ фаза рабочего хода считается завершенной.
4. Удаления газов из камеры сгорания цилиндра. Поршень движется к высшей точке цилиндра, все это происходит при усилии, которое оказывает коленчатый вал газораспределительного механизма двигателя. При этом открывается выпускной клапан и поршень начинает избавлять камеру сгорания цилиндра от газов, которые образовались после сгорания топливно-воздушной смеси в камере сгорания цилиндра. После достижения высшей точки и освобождения ее от газов. Поршень начинает свое движение в низ. Когда поршень доходит да НМТ, то рабочая фаза удаления газов из камеры сгорания цилиндра считается законченной, а коленчатый вал совершает оборот на 720 градусов от своего начального положения.

Для точной работы клапанов газораспределительной системы происходит синхронизация с работой коленчатого вала двигателя.

Неисправности ГРМ

Основные неисправности газораспределительного механизма:

• Уменьшение компрессии и хлопки в трубопроводах. Как правило, происходит после появления нагара, раковин на поверхности клапана, их прогорания, причиной чего является не плотное прилегания впускных и выпускных клапанов к седлам. Также оказывают влияние такие факторы, как деформации ГБЦ, поломка или износ пружин, заедание клапанного стержня во втулке, полное отсутствие промежутка между коромыслом и клапанами.
• Уменьшение мощности, троение мотора, а также металлические стуки. Появляются эти признаки, потому что впускные и выпускные клапана не полностью открываются, и часть воздушно-топливной смеси не попадает в камеру сгорания цилиндра. Следствием этого является большой тепловой зазор или поломка гидрокомпенсатора, что и становится причиной неполадки и не штатной работы клапанов.
• Механический износ деталей, таких как: направляющих втулок коленвала, шестерни распредвала, а также смещение распредвала. Механический износ деталей, как правило, происходи при достаточном сроке работы мотора и работы двигателя в критических пределах.
• Так же происходит выход из строя двигателя по причине износа зубчатого ремня, который имеет свой гарантийный срок службы, цепи, которая при длительном сроке работы и постоянном на нее воздействии становится менее работоспособной, успокоителя цепи и натяжителя зубчатого ремня.

В данных случаях не редко заменяют газораспределительный механизм, однако возможен и ремонт поврежденной детали газораспределительного механизма.

Диагностика ГРМ

Газораспределительный механизм имеет 2 свойственные неполадки — неплотное примыкание клапанов к гнездам и невозможность полностью открыть клапаны.

Неплотное примыкание клапанов к гнездам обнаруживается по таким показателям: хлопки, возникающие иногда во впускной либо выпускной трубе, уменьшение мощности мотора. Факторами неплотного закрытия клапанов могут быть:

• возникновение нагара на поверхности клапанов и гнезд;
• формирование раковин на рабочих фасках и искривление головки клапана;
• неисправность пружин клапанов.

Неполное открытие клапанов сопровождается стуком в троящем моторе и уменьшением его мощности. Данная поломка возникает в следствии значительного промежутка меж стержнем клапана и носком коромысла. К характерным поломкам для ГРМ нужно причислить кроме того изнашивание шестерен распредвала, толкателей, направляющих клапана, смещение распредвала и изнашивание втулок и осей коромысел.

Практика демонстрирует, что на газораспределительный механизм приходится примерно четвертая часть всех отказов мотора, а уже на предотвращение этих отказов и восстановление ГРМ уходит 50% трудоёмкости обслуживания и ремонтных работ. Для диагностирования поломок применяют следующие параметры:

1. определяют фазы газораспределительного механизма автомобиля;
2. измеряют тепловой зазор между клапаном и коромыслом;
3. измеряют промежуток между клапаном и седлом.

Измерение фаз газораспределения

Подобное диагностирование ГРМ двигателя выполняется на заглушенном моторе с помощью особого набора устройств, среди которых имеются указатель, моментоскоп, малка-угломер и прочие дополнительные приборы. Для того, чтобы фиксировать период раскрытия впускного клапана на 1-ом цилиндре, необходимо покачивать вокруг своей оси коромысло, а далее направить коленвал мотора до момента появления зазора меж клапаном и коромыслом. Малка-угломер для замера разыскиваемого зазора ставится прямо на шкив коленвала.

Измерение теплового промежутка между клапаном и коромыслом

Тепловой зазор измеряют при помощи набора щупов либо иного особого устройства. Это набор из металлических пластинок длиной в 100мм, толщина которых обязана быть не больше 0,5мм. Коленвал мотора поворачивают вплоть до верхней предельной точки, в период такта сжатия подобранного для контроля цилиндра. Непосредственно благодаря щупам разной толщины, поочередно вставляемым в сформировавшееся отверстие, и измеряется зазор.

Данный метод не может дать результата при диагностировании ГРМ, когда неравномерен износ торца штока и бойка коромысла, а трудоемкость этого метода весьма значительная. Увеличить точность замеров позволяет особое устройство, которое состоит из корпуса и индикатора по типу часов. Подпружиненная подвижная рама содержит персональное соединение с ножкой этого индикатора. Раму фиксируют между коромыслом и клапанной пружиной. Когда открывается клапан, в период поворота коленвала, на индикаторе ставят 0. Распознает тепловой зазор последующее показание прибора, снимаемое в период поворота коленвала.

Определение промежутка между клапаном и седлом

Его можно оценить по объему воздуха, который будет выходить через уплотнитель перекрытых клапанов. Эта процедура прекрасно объединяется с чисткой форсунок. Когда они уже сняты, убирают валики коромысел и прикрывают все клапаны. Затем в камеру сгорания под большим давлением происходит подача сжатого воздуха. Поочередно на любом из контролируемых клапанов ставят устройство, которое позволяет измерить расход воздуха. Если потеря воздуха превысит разрешенную, выполняется ремонт газораспределительного механизма.

Процесс ремонта ГРМ

Частенько необходимо производить техническое обслуживание газораспределительного механизма. Основной проблемой являются износ шеек, кулачков вала и увеличение зазоров в подшипниках. Для того, чтобы устранить зазор в подшипниках коленчатого вала, производят его ремонт путем шлифовки опорных шеек и углубления канавок для подачи масла. Шейки нужно отшлифовать под ремонтный размер. После завершения ремонтных работ по восстановлению коленвала, нужно произвести проверку высоты кулачков.

На опорных поверхностях под шейки коленвала не должно быть никаких даже самых незначительных повреждений, а корпуса подшипников обязаны быть без трещин. После чистки и промывки распредвала обязательно нужно проверить зазор между его шейками и отверстием опоры головки цилиндра.

Для определения точного зазора требуется знать диаметр шейки распредвала, это позволит произвести установку соответствующего ей подшипника. Установив его на корпус, замерьте внутренний диаметр подшипника, затем отнимите его от диаметра шейки и таким образом найдете величину зазора. Он не может превышать 0,2мм.

Цепь не должна иметь никаких механических повреждений, быть растянутой более чем на 4мм. Цепь газораспределительного механизма можно регулировать: отверните стопорный болт на пол оборота, поверните коленвал на 2 оборота, затем стопорный болт нужно повернуть до упора.

ГРМ — роль газораспределительного механизма в работе двигателя

Газораспределительный механизм (аббревиатура — ГРМ) — набор элементов, гарантирующих правильную работу клапанов впуска / выпуска силового агрегата.

Работа узла синхронизируется с кривошипно-шатунным устройством во избежание контакта поршневых и клапанных механизмов после пуска мотора. Ниже подробно рассмотрим, для чего нужен ГРМ, как он работает, какие бывают виды, и в чем их особенности.

1. Назначение газораспределительного механизма
2. Принцип работы
3. Классификация ГРМ
   • По расположению распредвала
   • По числу распредвалов: DOHS и SOHS
   • По числу клапанов
   • По типу привода
4. Заключение

Назначение газораспределительного механизма

Простыми словами, ГРМ необходим для подачи в мотор готовой топливной смеси, а также выпуска в полости цилиндров сгоревшего горючего. Эта функция активна, благодаря клапанам, открывающимся / закрывающимся в конкретный момент времени. На большинстве ДВС используется 4-тактный принцип, обеспечивающий преобразование энергии тепловой в механическую.

Весь процесс проходит в цилиндровой группе, где клапаны и поршни синхронно перемещаются в определенной последовательности с соблюдением фаз. При этом в функции ГРМ входит перемещение клапанов во взаимодействии с коленвалом. В зависимости от ситуации происходит открытие / закрытие впускных / выпускных клапанов.

Условно в назначение ГРМ входит обеспечение работы следующих четырех фаз:

1. Подача горючего. Поршень перемещается от максимально верхней точки вниз, после чего открывается топливный клапан, и в цилиндр подается подготовленное горючее. Форсунка во взаимодействии с ЭБУ выпрыскивает нужный объем воздушно топливной смеси, а клапан перекрывает доступ. При этом коленвал разворачивается на 1800 по отношению к первоначальной позиции.
2. Сжатие. После максимального снижения поршень начинает перемещаться вверх. Параллельно происходит создание нужной компрессии в цилиндре. При достижении максимального уровня процесс сжатия считается оконченным. При этом коленвал полностью разворачивается вокруг оси.
3. Рабочий ход. Как только поршень достигает верхнего уровня, срабатывает свеча, а горючее загорается. Возникает давление, которое толкает поршень к нижней позиции. В результате происходит рабочий ход, а сам процесс движения коленвала считается завершенным. В этот момент узел развернулся на 5400.
4. Вывод отработавших газов. Вместе с вращением коленвала происходи подъем поршня к верхней позиции. При этом газы выдавливаются через своевременно открытый выхлопной клапан. Дальше отработавшие газы выходят через выхлопную трубу. При этом коленвал совершил 720-градусный (двойной) разворот.

Газораспределительный механизм двигателя гаратирует точное и своевременное открытие клапанных узлов впуска / выпуска. При этом ГРМ взаимодействует с коленвалом, а вращение распредвалу передается с помощью цепи, ремня или шестерней. На этом вопросе мы еще остановимся ниже.

Принцип работы

Для понимания принципов работы ГРМ важно знать его структуру, конструктивные особенности и назначение разных элементов. В составе системы клапаны и распредвал с приводами. Каждый из элементов выполняет определенную функцию.

Клапаны

Ключевой элемент ГРМ, обеспечивающий подачу горючего в цилиндр и вывод отработавших газов. Конструктивно представляет собой стержень, расплющенный к концу.

На новых моторах находятся на ГБЦ, а место контакта является «седлом». Рассматриваемый элемент может предназначаться для впуска и выпуска. Диаметр клапана впуска немного больше.

При изготовлении применяется металлический сплав, обеспечивающий устойчивость к высокой температуре и давлению. Стержневая часть клапана впуска цельная, а выпуска — пустая внутри. В последнем случае внутри используется натриевый состав для более качественного отвода тепла.

Современные моторы, как правило, комплектуются парами клапанов впуска / выпуска. Иными словами, на каждом цилиндре установлено по 4-ре штуки, а всего 16 клапанов. Но бывают и другие варианты — с 2-мя, 3-мя и 5-ю клапанами (об этом ниже). Движение клапанов обеспечивает привод, построенный на гидротолкателях или рычаге роликового типа.

Пружина

Элемент, обеспечивающий фиксацию клапана в закрытом виде. Пружинка установлена на стержне с применением сухарей и тарелки. Жесткости изделия достаточно для плотного закрытия и колебаний в процессе работы.

Роликовый рычаг

Такой узел применяется в большинстве случаев, и именно он играет роль приводного механизма для клапанной системы. Конструктивно рычаг одной частью «стоит» на стержне клапана, а второй — на гидравлических компенсаторах или шаровой. Для уменьшения потерь место контакта кулачка и рычага распредвала делается в роликовой форме.

Гидрокомпенсатор

Применение этого элемента обеспечивает 0-й зазор в любой позиции, что уменьшает шумность и делает работу мотора более мягкой. Гидравлический компенсатор — это специальный цилиндр с подпружиненным поршнем. Устройство ставится прямо на клапанном толкателе.

Распредвал

В функции распредвала двигателя входит обеспечение работы ГРМ с учетом требуемого порядка функционирования цилиндров и фаз. Конструктивно устройство представляет собой вал, где есть кулачки. Именно они воздействуют на клапана и способствуют их открытию-закрытию. При этом форма кулачков обеспечивает необходимое время в открытой или закрытой позиции.

Дополнительные узлы

В современных моторах часто устанавливаются вспомогательные устройства, обеспечивающие корректное функционирование газораспределительного механизма. В эту группу входит датчик положения распредвала (Холла), определяющий угол расположения и отправляющий сигналы в ЭБУ двигателя. В некоторых авто монтируются системы, регулирующие клапанные зазоры (гидрокомпенсаторы, о которых упоминалось выше).
С учетом сказанного можно рассмотреть алгоритм работы ГРМ в общем виде:

• Стартер вращает коленвал.
• Механическое вращение с помощью ремня, цепочки или звездочек передается на распредвал (может быть два и более).
• Кулачки на валу распределения бьют по клапанам впуска / выпуска, заставляя их открываться и закрываться в нужный момент.
• В поршневой системе реализуется четыре фазы, о которых упоминалось в разделе выше.

На практике существуют образцы моторов без привода ГРМ и распредвала. Минус в том, что такие конструкции имеют низкую степень надежности.

Классификация ГРМ

При рассмотрении особенностей газораспределительной системы необходимо учитывать, что она может различаться по позиции и числу распредвалов, количеству клапанов и типу приводного механизма (цепь, ремень, шестеренка, комбинированный). Рассмотрим разные варианты подробнее.

По расположению распредвала

Конструктивно распределительный вал может быть расположены в одном из двух мест двигателя:

• Внизу. Механизм закреплен в блоке цилиндрами возле коленвала. Кулачки воздействуют на толкатели, а далее импульс передается к коромыслам. Для передачи механического момента используются так называемые стержни, объединяющие толкатели в нижней части и коромысла вверху. Нахождение распредвала внизу является редким случаем, но у него есть преимущество в большей надежности соединения. В новых ДВС такой вариант не используется.
• Вверху. Наиболее распространенное решение, при котором распредвал расположен в ГБЦ на клапанной частью. В такой позиции можно реализовать разные способы воздействия на клапанную часть: с применением рычажного механизма, с использованием коромысел или толкателей. Верхнее расположение отличается простотой, надежностью и небольшими размерами.

По числу распредвалов: DOHS и SOHS

На современных моторах может устанавливаться один или два распредвала. В первом случае система называется SOHC (одиночный верхний распредвал) или DOHS (двойной верхний распредвал). Как видно, в обоих случаях механизм имеет верхнее расположение.

При использовании двойного варианта каждый из валов имеет индивидуальную функцию. Первый несет ответственность за открытие, а второй — за закрытие клапанного механизма. В V-образных моторах может применяется целых четыре распределительных вала. Они работают попарно на обе группы цилиндров.

По числу клапанов

Ключевым фактором является количество применяемых клапанов, ведь от этого зависит вид распредвала и число кулачков. По количеству клапанов на один цилиндр может быть от двух до пяти.
Кратко рассмотрим основные варианты по количеству клапанов:

• Два: впуск, выпуск.
• Три: 2 впуск, 1 выпуск.
• Четыре: по 2 на впуск / выпуск.
• Пять: 3 впуск, 2 выпуск.

Чем выше число клапанов на впускной системе, тем больше объем горючего поступает в мотор.

Как результат, увеличивается мощность и динамика мотора. Сразу отметим, что больше пяти клапанов установить невозможно из-за особенностей распределительного вала и других механизмов мотора. Чаще всего система ограничивается четырьмя элементами.

По типу привода

При анализе газораспределительного механизма необходимо учитывать и типы привода. Здесь возможно четыре варианта.

Цепной

Наиболее надежным вариантом является цепь ГРМ. В таком случае на распределительном и коленчатом валах монтируются звездочки (шестерни с зубцами). Они объединяются с помощью специальной цепочки, а сверху система закрывается специальным корпусом. При вращении коленвала звездочка тянет цепь, которая, в свою очередь, вращается шестеренку распредвала.

Конструктивно цепи отличаются по типу или числу рядов. В первом случае они делятся на зубчатые, роликовые и втулочные, а втором бывают от двух-четырех рядными. При наличии нескольких распредвалов может применяться соответствующее количество цепей.

Средний ресурс такого механизма — 170-200 тыс. километров. Чаще всего повреждаются шестерни или дополнительные узлы (натяжители, успокоители). В результате цепочка перескакивает на другие участки, что приводит к нарушению работы ГРМ и повреждению клапанов. В случае поломки может потребоваться замена цепи и вспомогательных механизмов.

Ременной

Второй по популярности —ремень ГРМ. В отличие от рассмотренного выше варианта здесь на валах установлены шкивы или зубчатые шестеренки. Сверху этих узлов натягивается ременной соединитель, обеспечивающий передачу вращения. Ремень может быть клиновым (зубчатым) и поликлиновым. В первом случае на валах монтируются шестерни с зубцами.

Дополнительно в ременном приводе предусмотрено несколько видов роликов (натягивающие, опорные). Первые обеспечивают нужное натяжение ремня, а вторые играют роль опоры и защищают от соскальзывания.

Повреждение ремня или дополнительных элементов ведет к неправильной работе ГРМ и чаще всего к повреждению мотора. Хуже всего, если происходит разрыв ременной передачи. Результатом является удар клапанов и поршней с повреждением механизма.

Шестеренчатый

Такой вариант привода применяется в редких случаях. Конструктивно он подразумевает наличие шестеренок на коленвал и распредвал, которые объединяются друг с другом не с помощью ремня / цепи, а с применением других шестеренок. По сути, повторяется принцип работы часов, когда момент передается с помощью зацепления зубцов разных звездочек.

Редкость применения такого привода объясняется тем, что распределительный и коленчатые валы находятся сверху и снизу соответственно на большом расстоянии. Вот почему приходится использовать ремень или цепь. Если же оба механизма находятся внизу, применение шестеренчатого принципа вполне реально. При этом он надежен, но имеет большую сложность. Встречается у Ниссанов на моторах AXD, AXE или BLJ. Наиболее слабым местом являются зубцы звездочек, которые могут поломаться.

Смешанный

Некоторые производители применяют смешанный вариант, когда используются шестеренчатый и цепной приводы.

Таких схем много, но применяются они в редких случаях. Иногда даже используется цепь и ремень одновременно. Вариантов десятки, поэтому при покупке машины необходимо поинтересоваться, какой именно предусмотрен в вашем случае. Чаще всего сложные моторы встречаются в японских или корейских ДВС.

Заключение

Важность системы ГРМ трудно переоценить, ведь именно от ее правильной работы зависит способность двигателя нормально функционировать. Повреждение любого из узлов или нарушение синхронизации может стать причиной повреждения внутренних элементов мотора и, как следствие, необходимости его капитального ремонта.

Газораспределительный механизм двигателя

Одним из наиважнейших узлов в двигателе внутреннего сгорания является газораспределительный механизм или, как его коротко называют, ГРМ, функция которого заключается в переключении фаз газораспределения.

Что такое газораспределительный механизм.

ГРМ есть во всех поршневых ДВС, в которых рабочий процесс проистекает во всех цилиндрах при каждом вращении в 2 оборота коленчатого вала, то есть за 4 хода поршня. Посмотрите внимательно на схему работы цилиндро-поршневой группы и газораспределительного механизма, за четыре хода поршня, коленвал ДВС вращается 2 раза. Поэтому такие двигатели называются 4-х тактными.

Работа ГРМ в том, чтобы открывать впускные и выпускные клапаны. Открытие клапанов осуществляется за счет вращения колевала ДВС, которые через ременную или цепную передачу передает вращение распределительному вал (распредвал). Установленные на вале распредвала кулачки физически толкают клапана. А закрытие клапанов осуществляется за счет пружинных клапанов. Через впускные клапаны происходит впрыск топлива, а через выпускные — выпуск отработанных газов.

Типы газораспределительных механизмов

По типу ГРМ делятся на:

1. клапанные;
2. золотниковые.

Золотниковые ГРМ используются в двухтактных моторах. Используются в японских мотоциклах (Ява, Сузуки, Ямаха) и других транспортных средства.

Самые распространенные — это, конечно же, клапанные ГРМ, в конструкции всех четырехтактных ДВС.

Из чего состоит ГРМ

Устройство газораспределительного механизма состоит из:

• одного или более распределительных валов;
• впускные клапаны с пружинами, направляющими втулками и крепежами;
• выпускные клапаны с пружинами, направляющими втулками и крепежами;
• привод распредвала;
• толкатели;
• штанги;
• коромысла;

Распределительный вал 4-х тактного двигателя внутреннего сгорания

Распредвал ДВС делается из стали высокой прочности с дополнительной закалкой или отливается из чугуна. На распределительном вале присутствуют опорные шейки и кулачки. Кулачки занимаются тем, что создают, именно, физическое давление на клапаны, от чего зависит порядок работы ДВС.

С торца распредвал оснащается цепной звездочкой для цепи (в случае, если двигатель с цепной передачей).

Распредвал ДВС вставляется в подшипник качения, который, в свою очередь, устанавливается на головке блока цилиндров. С торца корпуса подшипника устанавливается упорный фланец, который предупреждает осевой люфт (смещение по длине вала).

Толкатели

Толкатель относится к промежуточной детали, который передает усилие штангам клапана от кулачков распредвала. Толкатели, как и вал, изготавливаются из стали высокой прочности или отливкой чугуном.

Виды толкателей клапанов:

1. Грибовидные.
2. Роликовые.
3. Цилиндрические.

Толкатели осуществляют движение в специальных направляющих блока цилиндров или в корпусах прикрепленных к блоку.

Штанги

Штанги клапанов — это, также, промежуточные звенья, которые передают физическое усилие коромыслам от толкателей. Штанги — это пустотелые цилиндрические стержни с наконечниками из стали.

Материал для изготовления штанг клапанов — алюминиевый сплав. Штанги соединяются с толкателями и с коромыслами.

Коромысло или рокер ГРМ

Коромысло, он же рокер — это тот элемент в составе ГРМ, который толкает клапан, то есть является рычагом привода клапана. По виду, коромысло — это рычаг с разными длинами плеч, устанавливается на ось.

Материал для изготовления коромысел / роликовых рокеров — сталь высокой прочности. Монтируется коромысло в спецвтулку на оси, которая крепится на ГБЦ. Для уменьшения трения в паре коромысло-ось, между ними устанавливается защитная втулка.

Впускные и выпускные клапаны

Функция впускного клапана — подавать топливно-воздушную смесь (ТВС) в рабочую камеру сгорания цилиндра, а выпускного — выводить выхлопные газы.

Конструкция клапана проста, состоит из стержня и плоской головки, скошенной под углом 45 градусов. Диаметр головки в несколько раз больше диаметра стержня клапана.

Диаметр головки впускного клапана несколько больше диаметра головки выпускного клапана, потому что объем выхлопных газов больше объема подаваемой ТВС.

Место установки клапанов ГРМ — головка блока цилиндров. Клапан монтируется в седло, установленное в ГБЦ. Материал из которых делается седло клапана — жаропрочный чугун.

Материал впускного клапана — сталь с покрытием хрома (Cr).

Материал выпускного клапана — жаропрочная сталь.

В верхней части цилиндрического стержня клапана создан паз по периметру для установки сухарей, которые фиксируют пружину. Потому как клапан сам подняться не может, после того, как его опустил вниз кулачок распредвала. Для возврата клапана в исходное положение, на стержень клапана надеваются внутренняя и наружная пружины, которые фиксируются шайбами, сухарями в специальный паз. Подробнее об этом смотрите на видео этой статьи.

Клапаны движутся по направляющим втулкам, которые изготавливаются из стали или чугуна. Направляющие втулки соединены с ГБЦ.

Одним из элементов устройства ГРМ, который обеспечивает непопадание масла в цилиндр является колпак. Колпаки изготавливаются из резины, которая выдерживает агрессивную среду и быстро не изнашивается. Колпаки устанавливаются между стержнем клапана и направляющей втулкой.

В новых автомобилях, в основном, монтируют 16-ти клапанные двигатели внутреннего сгорания. Для каждого цилиндра устанавливаются по 2 клапана впуска и по 2 клапана выпуска.

Привод распредвала

Скорость вращения коленчатого вала ДВС в два раза больше вращательной скорости распределительного вала. Передача вращения от коленвала распредвалу ДВС осуществляется ремнем ГРМ или металлической цепью.

Один рабочий цикл равен одному впуску и одному выпуску клапанами, это происходит за один оборот распредвала, то есть за два оборота коленвала.

Схема газораспределительного механизма

Цепной или ременный привод ГРМ

Плюсы и минусы ремня и цепи противоположные. Цепная передача вращения надежнее, но со временем растягивается и перескакивает на зуб или два шестеренки привода, также, дороже и шумнее. Ременная передача мягче, намного дешевле, бесшумная, но часто приходится менять, а, если вовремя не поменять, то, возможно приведет к замене клапанов. Новые линейки автомобилей сейчас идут, в основном, с ременной передачей.

Через сколько км нужно менять ремень ГРМ

Причиной остановки работоспособности двигателя может стать обрыв ремня. Поэтому, желательно заблаговременно узнать, на каких двигателях гнет клапана. Положено менять ремень через каждые 60-70 тысяч км. Но, к сожалению, многие водители не успевают заменить ремень газораспределительного механизма. На машинах с 16-ти клапанными двигателями обрыв ремня не нанесет вреда клапанам, а на 8-ми клапанных происходит деформация клапана, который называется «погнуло клапана». Но на 8-ми клапанных двигателях тоже может не сгибать клапана, если двигатель расточен, на поршнях выточены специальные углубления, рассчитанные специально под размер не поднятого клапана.

Ремонт газораспределительного механизма

Произвести диагностику и найти причины неисправностей ГРМ можно своими руками. Если произошел обрыв ремня из армированной резины, то последовательность была описана в материале: как заменить ремень грм на ваз.

Если ремень целый, но есть подозрительные стуки и признаки неполадок в работе газораспределительной системы, то необходимо изучить видео по ремонту ГРМ.
Тепловой зазор газораспределительного механизма

Как уже нам всем известно из жизненного опыта, что при нагревании габаритные размеры деталей увеличиваются. А в ДВС детали испытываются большие температурные нагрузки, что ведет к расширении их в размере.

В связи с этим, конструкторами был предусмотрен тепловой зазор газораспределительного механизма, который рассчитан на то, чтобы увеличивающийся клапан по длине увеличивался в сторону кулачка распредвала, а не опускался в цилиндр, что создаст разгерметизацию. Тепловой зазор равен: