Nd-avtodrom.ru

НД Автодром
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Виды ГРМ, их назначение, область применения, достоинства и недостатки»

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.

  1. Устройство газораспределительного механизма
  2. Принцип работы
  3. Классификация или типы ГРМ
  4. По расположению распределительного вала
  5. По количеству распределительных валов
  6. По количеству клапанов
  7. По типу привода

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. Распределительный вал

На валу имеются опорные шейки и кулачки, которые и толкают стержень клапана или коромысло. Форма кулачка имеет строго определенную геометрию, поскольку от этого зависит длительность и степень открытия клапана. Также кулачки выполнены разнонаправленными, чтобы обеспечивать попеременную работу цилиндров.

  • Привод. Крутящий момент от коленчатого вала передается через привод на распределительный вал. Привод бывает разным в зависимости от конструктивного решения. Шестерня коленвала в два раза меньше шестерни распредвала. Таким образом, коленчатый вал вращается в два раза быстрее. В зависимости от типа привода в его состав входят:
    • цепь или ремень;
    • шестерни валов;
    • натяжитель (натяжной ролик);
    • успокоитель и башмак.
  • Впускные и выпускные клапаны. Они расположены в головке блока цилиндров и представляют собой стержни с плоской головкой на одном конце, которая называется тарелкой. Впускные и выпускные клапаны отличаются по конструкции. Впускной изготавливается цельной деталью. Также он имеет больший диаметр тарелки для обеспечения лучшего наполнения цилиндра свежим зарядом. Выпускной часто изготавливают из жаропрочной стали и с полым стержнем для лучшего охлаждения, так как в работе он подвергается более высоким температурам. Внутри полости находится натриевый наполнитель, который легко плавится и отводит часть тепла от тарелки к стержню. Впускные и выпускные клапаны с пружинами

    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.
  • Толкатели. Через толкатели передается усилие от кулачка распредвала на стержень. Изготавливаются из высокопрочной стали. Они бывают разных видов (механические (стаканы), роликовые, гидрокомпенсаторы). Тепловой зазор между механическими толкателями и кулачками распредвала регулируется вручную. Гидрокомпенсаторы или гидротолкатели автоматически поддерживают нужный тепловой зазор и не требуют регулировки.
  • Коромысло или рычаги. Простое коромысло представляет собой двуплечный рычаг, который совершает качательные движения. В различной компоновке коромысла могут работать по-разному.

    Коромысло

  • Системы изменения фаз газораспределения. Данные системы устанавливаются не на все двигатели. Более подробно про устройство и принцип работы CVVT можно прочитать в отдельной статье на нашем сайте.
  • 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.

    Нижнее расположение распредвала и устройство ГРМ

    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.

    Ременный и цепной приводы ГРМ

    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.

    Распредвал прекращает вращение, а коленвал продолжает крутиться и двигать поршни. Днища поршней ударяются о тарелки клапанов, что приводит к их деформации. В самых тяжелых случаях может быть поврежден и блок цилиндров. Чтобы такого не произошло, иногда применяются двухрядные цепи. При обрыве одной другая продолжит работу. Водитель без последствий исправит ситуацию.
    Ременный. Ременный привод не требует смазки, в отличие от цепного.

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

    Для лучшего сцепления и надежности используются зубчатые ремни. Такой привод более прост. Разрыв ремня при работающем двигателе приведет к тем же последствиям, что и при разрыве цепи. Главными преимуществами ременного привода является простота эксплуатации и замены, дешевизна и бесшумная работа.

    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.

    Газораспределительный механизм

    Основа нормального функционирования двигателя – это слаженная работа всех его механизмов и систем. Одним из таких важных составляющих силового агрегата является газораспределительный механизм, который отвечает за подачу воздуха во все цилиндры машины и вывод выхлопных газов.

    Назначение и принцип действия ГРМ

    Газораспределительный механизм в двигателе внутреннего сгорания предназначается для своевременной подачи воздушно-топливной смеси или воздуха в цилиндры и выпуска оттуда отработанных газов. Работа механизма осуществляется за счет своевременного открытия и закрытия впускных и выпускных клапанов.

    Рабочий процесс ГРМ основывается на синхронном движении распределительного и коленчатого вала, что обуславливает открытие и закрытие клапанов в нужный момент моторного цикла. Во время вращательного движения распредвала, кулачки надавливают на рычаги, а те на стержни клапанов, открывая их. Следующий поворот распредвала поворачивает кулачек, который занимает исходную позицию и закрывает клапан.

    Классификация газораспределительных механизмов

    Двигатели на современных автомобилях оснащаются разными газораспределительными механизмами, которые имеют следующую классификацию:

    1. В зависимости от расположения распределительного вала – нижнее или верхнее.
    2. В зависимости от числа распределительных валов – один или SONC (Single OverHead Camshaft), либо два вала – DOHC (Double OverHead Camshaft).
    3. В зависимости от количества клапанов – от 2 до 5.
    4. От разновидности привода вала – шестеренчатый, цепной или с зубчатым ремнем.

    Двигатели с верхним расположением вала считаются наиболее эффективными, и получили самое широкое распространение. В них клапана приводятся в движение распредвалом через рычаги толкателей. Это упрощает всю конструкцию, снижает массу двигателя и уменьшает силу инерции. В такой компоновке вал монтируется в головке, рядом с клапанами. Движение с коленчатого вала передается при помощи роликовой цепи или зубчатого ремня.

    При нижнем положении вала ГРМ, он монтируется рядом с коленчатым валом в блоке цилиндров. Передача усилия на клапана происходит при помощи толкателей через коромысла. Распредвал входит в зацепление с коленвалом при помощи шестерни. Такая конструкция двигателя считается усложненной, к тому же инерция двигающихся частей механизма возрастет.

    Количество распределительных валов механизма и клапанов на каждый цилиндр зависит от варианта двигателя. Чем больше в нем клапанов предусмотрено, тем лучше цилиндры заполняются воздухом или горючей смесью, и очищаются от газов. Благодаря этому, двигатель в состоянии развить больший крутящий момент и мощность. Нечетное количество клапанов означает большее число впускных в сравнении с выпускными.

    Устройство ГРМ

    Газораспределительный механизм имеет следующие основные элементы:

    1. Распределительный вал. Открывает клапаны в определенной последовательности в зависимости от порядка работы цилиндров. Его изготавливают из чугуна или стали, и подвергают закалке токами высокой частоты трущиеся поверхности. Он может быть смонтирован в головке блока цилиндров или в картере. В многоклапанных двигателях расположено два распределительных вала, один из которых управляет впускными клапанами, а другой выпускными. Вращение вала происходит на цилиндрических опорных шейках. Прямое или непрямое воздействие на клапана осуществляется кулачками, расположенными на валу. Каждый кулачек соответствует одному клапану.

    2. Привод клапанов. Клапаны приводятся в движение различными способами: при расположении распредвала в картере, усилие от кулачков передается на толкатели, штанги и коромысла.

    Коромысло (рокер или роликовый рычаг) выполнено из стали, его устанавливают на полую ось, зафиксированную в стойках головки цилиндров. Одна его сторона упирается в кулачек вала, а другая давит на торец стержня клапана. При работе двигателя клапаны нагреваются и удлиняются, что грозит им неполной посадкой в седло. Поэтому между клапаном и коромыслом обязательно соблюдают тепловой зазор.

    Также кулачек может воздействовать на клапан через рычаг или непосредственно на его толкатель. Толкатели могут быть выполнены в механическом (жестком), роликовом варианте или в виде гидрокомпенсатора. Первый вид из-за шумности почти не используется, а последний отличается мягкостью и отсутствием необходимости осуществления регулировок. Роликовые толкатели используют в форсированных и спортивных двигателях.

    3. Механизм привода распределительного вала. Осуществляется цепной, ременной или шестеренной передачей. Цепная отличается надежностью, до сложна в устройстве и дорога, ременная дешевле, но менее надежна, и в случае порыва ремня может повлечь за собой повреждение двигателя за счет удара клапанов о поршни.

    4. Клапаны. Предназначены для открытия и закрытия впускного и выпускного канала. Состоят из стержня и головки, на которой имеется узкая, скошенная под углом фаска, плотно прилегающая к фаске седла, для чего их взаимно притирают. Головки впускных клапанов делают большими, чем выпускных. Но выпускные сильнее нагреваются, поэтому изготавливаются из жаропрочной стали и внутри наполнены натрием для лучшего охлаждения.

    Цилиндрический стержень клапана сверху выточен для крепления пружины, не дающей ему оторваться от коромысла, которая упирается в шайбу на головке, и фиксируется упорной тарелкой. Стержень помещается в направляющую втулку, запрессованную в головку цилиндров, чтобы масло не попадало в камеру сгорания, на него надевают маслоотражающий колпачок.

    Фазы газораспределения

    Фазами газораспределения принято считать начало открытия и момент закрытия клапана, выраженный в градусах угла поворота коленвала относительно мертвых точек. Лучшая очистка цилиндра от выхлопных газов достигается при открытии выпускного клапана до наступления нижней мертвой точки (НМТ), и закрытии после ВМТ. Наполнение цилиндров воздухом или горючей смесью происходит при открытии впускного клапана до прохождения им ВМТ, и закрытии после НМТ. Период одновременного открытия обоих клапанов называется их перекрытием.

    Фазы подбираются на заводе-изготовителе двигателя экспериментальным путем, и зависят от его конструкции и быстроходности. При этом колебание газов используется таким образом, что перед закрытием впускного клапана перед ним находится волна давления, а перед закрытием выпускного – волна разрежения. Такой подбор фаз обеспечивает одновременное улучшение заполнения цилиндров воздухом или смесью, а также их очистку от выхлопных газов.

    Установка механизма газораспределения осуществляется при помощи меток на шестернях. Отклонение от нормы на пару зубов или звездочек может привести к удару клапана о поршень и поломке двигателя. Постоянство фаз сохраняется при наличии теплового зазора в клапанном механизме, нарушения которого вызывают уменьшение или увеличение продолжительности открытия.

    Для каждого двигателя завод-изготовитель указывает фазы газораспределения в виде диаграммы, где показаны моменты открытия, закрытия, и перекрытия клапанов.

    Возможные неисправности ГРМ

    Судить о неисправности газораспределительной системы можно по следующим внешним признакам:

    1. Уменьшение компрессии, хлопки в трубопроводах. Происходит по причине неплотного прилегания клапанов к седлам из-за образовавшегося нагара, раковин на рабочей поверхности, при деформации головок клапанов, прогорании клапана, поломке пружин, заедании стержня во втулке или отсутствием зазора между клапаном и коромыслом.
    2. Падение мощности и резкие металлические стуки происходят из-за неполного открытия клапанов. Причиной неполадки выступает большой тепловой зазор или отказ гидрокомпенсатора.
    3. Износ шестерни распредвала, втулок и осей коромысел, направляющих втулок клапанов, заметное осевое смещение распределительного вала.
    4. Выход из строя цепи, зубчатого ремня, а также успокоителя для цепи, и натяжителя для зубчатого ремня.

    Типы ГРМ: плюсы и минусы

    В нашей сегодняшней статье речь пойдет о том, какие бывают типы ГРМ. Такие основы полезно знать каждому автовладельцу, потому что они прилично помогают при самостоятельном ремонте автомобиля.

    Содержание:

    1. Типы привода ГРМ
    2. Что такое распредвал
    3. Типы ГРМ
      • Газораспределительный механизм SOHC
      • Система газораспределения DOHC
      • Система газораспределения OHV

    4. Заключение

    В каждом газораспределительном механизме имеется привод от коленчатого вала. Он может быть изготовлен либо в виде ремня, либо в виде шестерни от коленвала, либо в виде цепи. Каждый привод имеет свои недостатки и преимущества.

    Типы привода ГРМ

    Существует три основных типа приводов, есть и другие, но они не используются на серийных автомобилях:

      Ремень обладает меньшей шумностью при работе, однако, его обрыв часто приводит к повреждению клапанов. Недостаточный натяг приводит к перескакиванию и смещению фаз, соответственно, к трудному запуску, нестабильному холостому ходу, неполной мощности двигатель и т.д.

    Цепь тоже имеет такой «грешок», однако, у нее есть натяжитель, который прикладывает значительно большее усилие, нежели на ремень. Такой привод ГРМ отличается надежностью, но он довольно шумный, поэтому автопроизводители стараются все реже его использовать.

  • Привод газораспределительного механизма шестерней от коленвала применяли довольно давно, в нижневальных двигателях, то есть, когда распредвал находился прямо в блоке цилиндров, а не в головке, об этом мы поговорим в следующем подразделе.
  • Что такое распредвал?

    Этот вал нужен для того, чтобы в определенный момент клапана открывали, после чего в цилиндр поступала рабочая смесь, выходили выхлопные газы. Это делается благодаря эксцентрикам, которые имеются на валу. Он жестко связан с коленчатым валом, поэтому, например, впускной клапан открывается только перед началом такта впуска, когда цилиндр находится в нижней мертвой точке.

    Распределительный вал может находиться в головке блока, такие двигатели называются верхенвальные, неважно, сколько валов здесь установлено. Так же он может быть в блоке цилиндров, как упоминалось выше. Это называется нижневальный двигатель. В таком случае привод на клапан передается через штанги, которые проходят через весь двигатель в головку блока. Основным минусом такого механизма является медлительность и большая инерционность. Нижневальные двигатели довольно тяжело крутятся, у них высокий расход масла, в отличие от верхневальных, где практически нет недостатков.

    Типы ГРМ

    Сразу надо уточнить, что выше мы рассматривали типы привода газораспределительного механизма, а не сами механизмы. Так вот, сейчас посмотрим, например на отличие DOHC от SOHC. Итак, начнем.

    Газораспределительный механизм SOHC

    Данное название получено не случайно. Изначально такой тип назывался просто OHC. Это значит Overhead Camshaft, что переводится как «верхний распределительный вал». Позже он был переименован в SOHC, после того, как был спроектирован первый двигатель с DOHC, о нем поговорим позже.

    На видео Показан принцип работы SOHC:

    Так вот, такой двигатель отличается установкой одного распределительного вала в головке блока цилиндров. Система газораспределения SOHC, вопреки общим убеждениям, может комплектоваться как двумя, так и четырьмя клапанами на цилиндр.

    Посмотрим, какие здесь положительные моменты, а какие отрицательные, их не так много:

      Относительная тишина работы. В отличие от DOHC, здесь всего 1 вал, а значит двигатель работает тише, хоть и совсем ненамного.

    Относительная простота. Тот же двигатель DOHC имеет 2 вала, что усложняет конструкцию.

    Один минус, пожалуй, условный. Если двигатель оснащается двумя клапанами на цилиндр, то последние хуже вентилируются, что приводит к падению мощности.

  • А вот еще один минус, который точно есть во всех двигателях такого типа. Он заключается в том, что у двигателя с 4-мя клапанами на цилиндр все они приводятся в движение одним распредвалом. Это делает делать более хрупкой и подверженной нагрузкам. Кроме того, снижается угол фазы, что способствует худшему наполнению и вентиляции цилиндров.
  • Система газораспределения DOHC

    Такой механизм выглядит почти так, как и вышерассмотренный, однако, отличается от него наличием второго распределительного вала. Таким образом, один вал приводит в движение только впускные клапана, а второй – только выпускные. У такой системы тоже есть свои недостатки и преимущества, не будем останавливаться на них более подробно. Такая система была изобретена в 80-х годах прошлого столетия и за это время практически не изменилась. Так вот, наличие второго распредвала значительно удорожает, а так же усложняет конструкцию.

    На видео показано, как работает ГРМ DOHC:

    С другой стороны, газораспределительный механизм DOHC отличается меньшим расходом топлива, поскольку цилиндры лучше наполняются, а затем из них выходят практически все картерные газы. Таким образом, КПД силового агрегата вышел на новый уровень с появлением DOHC.

    Система газораспределения OHV

    Такой механизм газораспределения был спроектирован еще в 20-х годах прошлого века. В самом начале статьи мы уже немного его затронули. Здесь распредвал в блоке цилиндров, а клапана приводятся я в движение через коромысла и рокера (коромысла). Основным преимуществом данной системы перед верхневальными является отсутствие нагромождений в головке, таких как распредвал и его постели. Особенно это актуально для V-образных двигателей, поскольку значительно уменьшается их ширина. Минусы уже были оговорены – ограниченные обороты, высокая инерционность, низкий крутящий момент и мощность. Кроме того, такая система практически исключает использование 4-х клапанов в одном цилиндре, кроме как в очень дорогих решениях. Конечно, в болидах Nascar это реализовано, но никак не в серийном автомобиле.

    Работа двигателя OHV показана на видео:

    Заключение

    Стоит помнить, что это далеко не все типы газораспределительных механизмов. Например, в двигателях, обороты которых превышают 9000 оборотов в минуту практически невозможно использование пружин под тарелками клапанов, поскольку они должны быть очень жесткими, а это потери. Так вот, в таких двигателях один распределительный вал открывает клапан, а второй его закрывает. Такая система позволяет работать без «зависаний клапанов» на оборотах, превышающих 14000 оборотов коленчатого вала в минуту. В основном, сфера применения такой технологии ограничена мотоциклами, мощность которых переваливает за 120 лошадиных сил.

    Назначение механизма газораспределения и его детали. Схемы ГРМ. Их достоинства и недостатки

    Лабораторная работа №2

    На тему «Устройство и работа

    Выполнил: Александров А.А.

    Проверил: Гутов Р.А

    Лабораторная работа №2

    Тема: «Устройство и работа механизма газораспределения»

    Цель занятия:изучить устройство, назначение и работу газораспределительного механизма

    Оборудование рабочего места:1. Детали ГРМ

    2. Разрезы двигателей

    Рассмотреть следующие вопросы:

    1.Назначение механизма газораспределения и его детали. Схемы ГРМ. Их достоинства и недостатки.

    2. Принцип работы ГРМ.

    3. Фазы газораспределения и их влияние на работу двигателя.

    4. Регулировка теплового зазора ГРМ.

    Назначение механизма газораспределения и его детали. Схемы ГРМ. Их достоинства и недостатки.

    Газораспределительный механизм служит для открытия и закрытия клапанов, обеспечивая наполнение цилиндров двигателя горючей смесью или воздухом, выпуск отработавших газов и надежную изоляцию камеры сгорания от окружающей среды во время тактов сжатия и рабочего хода.

    Клапаны непосредственно осуществляют подачу в цилиндры горючей смеси и выпуск отработавших газов. Клапан состоит из тарелки и стержня. На современных двигателях клапаны располагаются в головке блока цилиндров, а место соприкосновения клапана с ней называется седлом. Различают впускные и выпускные клапаны. Для лучшего наполнения цилиндров диаметр тарелки впускного клапана, как правило, больше, чем выпускного. Клапан удерживается в закрытом состоянии с помощью пружины, а открывается при нажатии на стержень.

    Пружина закреплена на стержне с помощью тарелки пружины и сухарей. Клапанные пружины имеют определенную жесткость, обеспечивающую закрытие клапана при работе. Для предупреждения резонансных колебаний на клапанах может устанавливаться две пружины меньшей жесткости, имеющие противоположную навивку. Клапаны изготавливаются из сплавов металлов. Рабочая кромка тарелки клапана усилена. Стержень впускного клапана, как правило, полнотелый, а выпускного – полый, с натриевым наполнением для лучшего охлаждения. Открытие клапана осуществляется с помощью привода, обеспечивающего передачу усилия от распределительного вала на клапан. В настоящее время применяются две основные схемы привода клапанов: гидравлические толкатели и роликовые рычаги.

    Роликовые рычаги в качестве привода клапанов более предпочтительны, т.к. имеют меньшие потери на трение и меньшую массу. Роликовый рычаг одной стороной опирается на стержень клапана, другой – на гидрокомпенсатор. Для снижения потерь на трение место сопряжения рычага и кулачка распределительного вала выполнено в виде ролика. С помощью гидрокомпенсаторов в приводе клапанов реализуется нулевой тепловой зазор во всех положениях, обеспечивается меньший шум и мягкость работы. Конструктивно гидрокомпенсатор состоит из цилиндра, поршня с пружиной, обратного клапана и каналов для подвода масла. Гидравлический компенсатор, расположенный непосредственно на толкателе клапана, носит название гидравлического толкателя.

    Распределительный вал обеспечивает функционирование газораспределительного механизма в соответствии с принятым для данного двигателя порядком работы цилиндров и фазами газораспределения. Он представляет собой вал с расположенными кулачками. Форма кулачков определяет фазы газораспределения, а именно моменты открытия-закрытия клапанов и продолжительность их работы. Существенное повышение эффективности ГРМ, а следовательно и улучшение характеристик двигателя дают различные системы изменения фаз газораспределения. Распределительный вал приводится в действие от коленчатого вала с помощью привода, который осуществляет его вращение в два раза медленнее коленчатого вала. В качестве привода распределительного вала используются ременная, цепная и зубчатая передачи. Ременная и цепная передачи приводят в действие распределительный вал, расположенный в головке блока цилиндров. Зубчатая передача вращает, как правило, распределительный вал в блоке цилиндров. Ременная и цепная передачи имеют как достоинства, так и недостатки, поэтому в ГРМ применяются на равных. Цепной привод более надежный и, соответственно, долговечный. Но цепь тяжелее ремня, поэтому требует дополнительных устройств для натяжения и гашения колебаний. Натяжные ролики обеспечивают натяжение с помощью пружины и за счет давления масла в системе смазки. В качестве цепного привода распределительного вала используются одно- и двухрядные роликовые цепи. Постепенно их вытесняют зубчатые цепи, которые взаимодействуют с зубьями звездочки щеками особой формы. Помимо распределительного вала с помощью цепи может осуществляться привод масляного насоса, балансирных валов. Ременной привод не требует смазки, поэтому на шкивы устанавливается открыто. Вместе с тем, ремень в сравнении с цепью имеет ограниченный ресурс. Правда этот ресурс не такой уж и малый.

    Принцип работы ГРМ.

    Газораспределительный механизм (ГРМ) работает следующим образом. При вращении распределительного вала его кулачки в соответствии с порядком работы цилиндров двигателя поочередно набегают на рычаги 11. Рычаги, поворачиваясь одним концом на сферических головках регулировочных болтов 18, другим концом воздействуют на стержни клапанов, преодолевают сопротивление пружин 7, 8 и открывают клапаны. При дальнейшем повороте распределительного вала кулачки сходят с рычагов, которые возвращаются в исходное положение под действием пружин 17, а клапаны закрываются под действием пружин 7 и 8.

    При работе двигателя распределительный вал вращается в два раза медленнее, чем коленчатый вал. Это связано с тем, что за период рабочего цикла двигателя, протекающего за два оборота коленчатого вала, впускной и выпускной клапаны каждого цилиндра должны открываться по одному разу.

    Нормальная работа газораспределительного механизма (ГРМ) во многом зависит от теплового зазора между кулачками распределительного вала и рычагами привода клапанов. Этот зазор обеспечивает плотное закрытие клапанов при их удлинении в результате нагрева во время работы. При недостаточном тепловом зазоре или его отсутствии происходит неполное закрытие клапанов, что приводит к утечке газов, быстрому обгоранию фасок головок клапанов и снижению мощности двигателя.

    Назначение ГРМ

    ГРМ служит для управления процессами наполнения цилиндров воздухом или топливно-воздушной смесью и выпуска отработавших газов из цилиндров.

    Управление процессами выпуска и впуска осуществляется путем открытия и закрытия отверстий в цилиндре двигателя от угла поворота кривошипа коленчатого вала.

    Типы и виды ГРМ

    а) Двигатели с распредвалом в блоке цилиндров

    Нижнеклапанные

    Нижнеклапанный двигатель (L-Head, Flathead, Side-Valve) — двигатель, у которого распредвал расположен в блоке и клапана расположены также в блоке, в ряд сбоку от цилиндров, тарелками вверх. Привод непосредственно от расположенного под ними распредвала.

    Плюсы схемы — малая шумность, простота изготовления. Минусы — из-за сложного пути бензовоздушной смеси значительно ухудшается наполнение цилиндров, как следствие — достигается ощутимо меньшая мощность по сравнению с остальными конфигурациями. Кроме того, долгий путь выхлопных газов может способствовать перегреву двигателей, работающих в тяжёлых условиях.

    Вплоть до 1950-х годов, благодаря своей простоте и дешевизне двигатели с таким ГРМ были наиболее распространены на легковых (кроме спортивных) и грузовых автомобилях. В 1950-х годах стали массово внедрять верхнеклапанные двигатели, лишённые присущих нижнеклапанной схеме недостатков. На грузовых автомобилях эта схема использовалась намного дольше, например, грузовик ГАЗ-52 выпускался до 1990-х годов. Двигатель получался громоздким, дорогим, поэтому схема не получила особого распространения.

    Со смешанным расположением клапанов

    У такого двигателя обычно впускные клапана находятся в головке блока, как у верхнеклапанного мотора, и приводятся в действие при помощи штанг-толкателей, а выпускные — в блоке, как у нижнеклапанного двигателя. Распредвал был один и был расположен в блоке, как у обычного нижнеклапанного мотора.

    Эта схема обладает тем преимуществом, что её мощность ощутимо выше, чем у «чистого» нижнеклапанного. Как правило, такие двигатели переделывались из нижнеклапанных.

    Верхнеклапанные

    У этих двигателей клапана расположены в головке цилиндров, а распредвал — в блоке. Привод клапанов — штангами-толкателями через коромысла.

    Плюс такой схемы — относительно простая конструкция. Минус — очень большая инерционность механизма газораспределения, что сильно ограничивает максимальные обороты коленчатого вала двигателя и, следовательно, мощность. Кроме того, такая схема в большинстве случаев не даёт использовать больше двух клапанов на цилиндр, усложняет проектирование впускных и выпускных окоон в головке цилиндров с высокоэффективной конфигурацией. Двигатели этой схемы как правило низкооборотные, относительно тихоходные, но с гибкой моментной характеристикой. Если не используются гидравлические толкатели, такой двигатель будет одним из наиболее шумных по сравнению с остальными схемами.

    В СССР первым массовым верхнеклапанным мотором стал двигатель «Волги» ГАЗ-21. Из отечественных, такой механизм газораспределения имели такие автомобили, как «Волга» (все карбюраторные модели), «Москвич» всех моделей от —407 до —408 включительно, все грузовики с двигателями конфигурации V8.

    б) Двигатели с распредвалом в головке цилиндров

    Двигатель с одним распределительным валом и клапанами в головке

    В зависимости от конкретной конфигурации привода клапанов, выделяют двигатели с:

    · Приводом клапанов коромыслами (Москвич-412, старые модели BMW, Honda) — клапана расположены по бокам от распредвала (обычно, V-образно), приводятся в движение насаженными на общую ось коромыслами, которые кулачки вала толкают с одного конца, а другой приводит в движение стержни клапанов;

    · Приводом клапанов рычагами (ВАЗ-2101, ?06, …) — распредвал над расположенными в ряд клапанами, приводит их посредством рычагов, опирающихся на шаровую опору, толкая их кулачками примерно посередине; минус — повышенная шумность, высокие нагрузки в месте контакта кулачков вала и рычагов, сложная регулировка клапанного зазора.

    · Приводом клапанов толкателями (ВАЗ-2108, многие высокооборотные двигатели) — очень простой механизм с минимальной инерцией деталей, в котором распредвал расположен прямо над клапанами, расположенными тарелками вниз, и приводит их в движение через цилиндрические толкатели; минус — меньшая эластичность характеристики двигателя, сложная регулировка клапанного зазора.

    Двигатель с двумя распредвалами в головке цилиндров

    При этом существуют две серьёзно различающиеся разновидности этого механизма, отличающиеся количеством клапанов.

    С двумя клапанами на цилиндр

    В головке цилиндров расположены два распредвала, один из которых приводит впускные клапана, второй — выпускные. Эта схема применялась в 1960-х — 1970-х годах на высокопотенциальных двигателях таких автомобилей, как Fiat 125, Jaguar, Alfa-Romeo, а так же опытном двигателе гоночных автомобилей Москвич-412Р, Москвич-Г4. В настоящее время не применяется.

    Схема позволяет значительно увеличить количество оборотов коленчатого вала без вредных последствий для ГРМ за счёт уменьшения его инерции, следовательно, увеличить мощность, снимаемую с двигателя. Например, мощность спортивной модификации двигателя Москвича-412 развивала более 100 л.с.

    С четырьмя клапанами на цилиндр

    Два распредвала, каждый из которых приводит свой ряд клапанов, в котором есть и впускные, и выпускные. Привод клапанов, как правило, толкателями. Схема даёт большое преимущество по мощностной отдаче. Применяется на большей части современных автомобилях.

    в) По количеству клапанов: одноклапанные, двухклапанные, трехклапанные, четырехклапанные, пятиклапанные.

    г) По типу привода: шестеренчатый от коленчатого вала, ременный, цепной.

    д) По типу расположения распределительного вала.

    Рис. 2. Газораспределительные механизмы: а — с нижним расположением распредвала; б и в — с верхним расположением распредвала; 1 — кулачок; 2 — толкатель; 3 — штанга; 4 — коромысло; 5 — одноплечий рычаг.

    При нижнем расположении распредвала усилие, необходимое для открытия клапанов, передаётся к ним от кулачков через толкатели, штанги и коромысла.

    В ГРМ с верхним расположением распределительного вала привод клапанов осуществляется кулачком либо непосредственно через толкатели, либо через рычаги или коромысла.

    Устройство автомобилей

    Газораспределительный механизм

    Назначение газораспределительного механизма

    Газораспределительный механизм (ГРМ) двигателя внутреннего сгорания предназначен для своевременного впуска свежего заряда в цилиндры двигателя и выпуска из них отработавших газов.
    При этом свежим зарядом в карбюраторных двигателях подразумевается порция смеси воздуха и бензина, подаваемого в цилиндр для последующего воспламенения от специального поджигающего устройства.
    В дизельных двигателях и прочих двигателях с внутренним смесеобразованием при помощи газораспределительного механизма в цилиндры подается чистый воздух, в который, после предварительного сжатия, впрыскивается топливо при помощи специального устройства (форсунки, компрессора и т. п.), имеющего отношение к другой системе двигателя – системе питания.

    Очевидно, что без тщательно налаженного и безотказно функционирующего газораспределительного механизма двигатель работать не будет.

    Исходя назначения и из условий, в которых работают детали и узлы газораспределительного механизма, к нему предъявляются следующие основные требования:

    • хорошее наполнение и очистка цилиндров;
    • минимальные габариты и масса деталей;
    • высокая надежность деталей, обусловленная требуемой жесткостью их конструкции, стойкостью к изнашиванию и высоким температурам;
    • минимальные потери на трение при работе;
    • простота и технологичность конструкции.

    В зависимости от элементов, посредством которых цилиндры двигателя сообщаются с внешней средой, газораспределительные механизмы делятся на клапанные и золотниковые .

    Золотниковый принцип газораспределения применяется, преимущественно, в двухтактных двигателях, где подача свежего заряда и удаление отработавших газов осуществляется через специальные окна в цилиндрах, сообщающиеся с впускными и выпускными каналами. Окна открываются и перекрываются поршнем в процессе его перемещения вдоль цилиндра, т. е. основные функции ГРМ выполняют детали кривошипно-шатунного механизма двигателя.

    В современных четырехтактных двигателях наибольшее применение получили клапанные ГРМ, обеспечивающие более качественный газообмен без потерь тепловой энергии и части топлива, т. е. способствующие повышению общего КПД теплового двигателя.

    Клапанный газораспределительный механизм состоит из привода, передаточных деталей и клапанной группы.
    Привод обычно включает зубчатую, ременную или цепную передачу и распределительный вал.

    Передаточные детали являются промежуточным звеном между приводом и клапанным механизмом. К передаточным деталям относятся толкатели, штанги, коромысла или другие конструктивные элементы, выполняющие сходные функции.

    Клапанная группа включает клапаны, направляющие втулки клапанов и пружины клапанов с замковыми устройствами.

    Классификация клапанных газораспределительных механизмов

    Клапанные газораспределительные механизмы могут иметь различную конструкцию и выполняться по разнообразным техническим решениям.

    По расположению клапанов различают ГРМ:

    • с нижним расположением клапанов;
    • с верхним расположением клапанов.

    В случае с нижним расположением (рис. 1) клапаны размещаются, как правило, в один ряд сбоку цилиндров и приводятся в действие через толкатели 9 от общего распределительного вала, на котором выполнены кулачки 10.
    Такая схема расположения клапанов имеет существенные недостатки: неудобство регулировки тепловых зазоров, растянутая форма камеры сгорания, высокое сопротивление клапанов, что приводит к недостаточному наполнению и очистке цилиндров. По этим причинам нижнеклапанная схема газораспределительных механизмов на современных двигателях почти не применяется.

    При верхнем расположении клапанов (рис. 1) указанные выше недостатки отсутствуют, поэтому мощность и экономичность двигателя выше.

    По расположению распределительного вала ГРМ могут быть:

    • с нижним расположением вала;
    • с верхним расположением вала.

    При нижнем расположении (рис. 1) распределительный вал находится сбоку и немного выше коленчатого вала или над коленчатым валом. Нижнеклапанный газораспределительный механизм, показанный на рисунке 1,а, выгодно отличается высокой жесткостью и меньшей инерционностью передаточных деталей, чем верхнеклапанный ГРМ, изображенный на рис. 1,б, поскольку второй механизм имеет много промежуточных звеньев (штанги, коромысла). Эти недостатки можно устранить, используя верхнее расположение распределительного вала (рис. 1,в), когда вал находится в головке блока цилиндров и непосредственно воздействует на клапаны.

    Клапанный ГРМ работает следующим образом: приводимый во вращение от коленчатого вала распределительный вал своими кулачками воздействует на толкатели или непосредственно на клапаны через направляющие стаканы (рис. 1,в).
    При нижнем расположении клапанов усилие от толкателя передается непосредственно на клапан, а при верхнем – от толкателя на штангу, затем на коромысло и после этого на клапан.
    Далее клапан, преодолевая усилие пружины, перемещается в направляющей втулке и открывается, соединяя полость цилиндра с впускным или выпускным каналом (в зависимости от назначения клапана).
    При дальнейшем вращении распределительного вала кулачок проворачивается, отпуская клапан, и он возвращается в исходное положение под воздействием пружины, закрывая канал. Поскольку кулачки на распределительном валу выполнены под определенными углами, клапаны цилиндров открываются и закрываются в строго определенные моменты, что обуславливает правильное газораспределение.

    По расположению и числу клапанов ГРМ могут быть:

    • с продольным расположением относительно оси двигателя;
    • с поперечным или косым расположением;
    • с двумя клапанами на цилиндр;
    • с тремя клапанами на цилиндр;
    • с четырьмя клапанами на цилиндр.

    Продольное расположение клапанов (рис. 2, а-в) является наиболее простым. Расположение клапанов может быть попарное и или поочередное. При попарном расположении впускные каналы соседних цилиндров могут иметь общий патрубок.

    Поперечное расположение клапанов (рис. 2,г) используется при установке свечи зажигания в центре камеры сгорания. При этом обеспечивается лучшее наполнение цилиндров.

    Если при этом клапаны наклонены или смещены относительно оси цилиндра, то такое расположение клапанов называется косым. Косое расположение позволяет увеличить диаметр клапанов, оптимизировать расположение свечей зажигания или форсунок и форму камеры сгорания.

    При поперечном расположении клапанов впускные и выпускные каналы направлены в разные стороны, что позволяет увеличить диаметр клапанов, а значит, увеличить их пропускную способность.

    Увеличение диаметра клапанов положительно сказывается на газообмене в цилиндрах, но, вместе с тем, приводит к увеличению массы и габаритов клапана, а значит – к росту инерционных нагрузок на детали, особенно в высокооборотистых двигателях.
    Одним из решений этой проблемы является применение многоклапанных двигателей, когда на каждый цилиндр устанавливают три или четыре клапана. Это позволяет увеличить проходное сечение при меньшей массе клапанов. Тем не менее, и такая конструкция не лишена недостатков, в первую очередь – из-за усложнения и, как следствие, снижения надежности и повышения стоимости.

    В газораспределительных механизмах современных двигателей может применяться не только один, но и два распределительных вала. Такие двигатели называют двигателями типа DOHC.

    Двигатель DOHC (Double Over Head Camshaft) – это, в соответствии с аббревиатурой, двигатель, имеющий два распределительных вала с верхним расположением. Появление таких двигателей связано с увеличением числа клапанов ГРМ для повышения эффективности процессов газообмена в цилиндрах.
    В современных двигателях типа DOHC на каждый цилиндр приходится четыре клапана – два впускных и два выпускных, это позволяет быстрее очистить цилиндр от продуктов сгорания топлива и наполнить его свежим зарядом.
    Очевидно, повышения эффективности газообмена можно достичь двумя способами – увеличением диаметра клапанных тарелок или увеличением количества клапанов.
    В первом случае ограничение накладывает диаметр цилиндра – нельзя увеличивать диаметр тарелки клапана за границы, определяемые диаметром цилиндра двигателя. Поэтому использование увеличенных до предела тарелок клапанов не позволяет полностью использовать площадь цилиндра для повышения эффективности газообменных процессов.
    Второй способ позволяет использовать площадь цилиндра более рационально, но приводит к усложнению конструкции ГРМ. Тем не менее, конструкторы современных автомобильных двигателей пошли по пути усложнения клапанного механизма с целью увеличения мощности и КПД при заданных параметра х двигателя.

    Некоторые автопроизводители с этой целью используют не четыре клапана на цилиндр, а пять («Audi V6») и даже шесть («Maserati V6 — 4AC — 36v») (см. рисунок 2.а).

    По виду привода распределительного вала ГРМ могут быть (рис. 3):

    • с приводом от зубчатой передачи;
    • с приводом от цепной передачи;
    • с приводом от ременной передачи (обычно применяется зубчатый ремень);
    • с вальным приводом.

    Привод от зубчатой передачи (рис. 4, в) обычно применяют в механизмах с нижним расположением распределительного вала. Как правило, в этом случае используется два косозубых зубчатых колеса, одно из которых устанавливается на коленчатом валу (ведущее), а второе – на распределительном валу (ведомое).
    При значительном расстоянии между осями коленчатого и распределительного валов, например при расположении распределительного вала в верхней части блока или двух боковых распределительных валах, привод может иметь три или даже четыре зубчатых колеса.
    Основное достоинство данного привода заключается в простоте конструкции, удобстве обслуживания, надежности и постоянстве передаточного числа.
    Недостатки – относительно высокая стоимость изготовления и повышенный уровень шума.

    Вальный привод (рис. 3, г) также надежен в работе и применяется в дизелях большой мощности при расположении распределительного вала в головке блока цилиндров. Его недостатки – сложность конструкции, более низкая жесткость и сложность регулировки по сравнению с приводом от зубчатой передачи.

    Цепные передачи тоже используются в качестве привода распределительного вала (рис. 3, б), при этом в качестве промежуточного звена обычно применяются роликовые двухрядные и однорядные цепи.
    Преимущество такого привода – возможность передачи момента вращения при больших расстояниях между коленчатым и распределительным валами, простота конструкции, небольшая масса деталей, относительно низкий уровень шума и удовлетворительная надежность.
    Недостатки цепного привода – быстрое изнашивание и растяжение цепи, вибрация под действием переменных нагрузок. Для устранения этих недостатков в цепных приводах устанавливаются автоматические натяжные устройства и специальные направляющие колодки.

    В двигателях невысокой передаваемой мощности, например, применяемых в легковых автомобилях, нередко в качестве привода распределительного вала используется ременная передача с зубчатым ремнем. Ремень чаще всего изготовляется из синтетических материалов, армированных стекловолокном или проволочным кордом.
    Преимущества такого привода: малая масса движущихся деталей, низкий уровень шума, устойчивость регулировок, простота технического обслуживания, обусловленная отсутствием потребности в смазке и регулировках при эксплуатации.
    Единственный недостаток такой передачи – невысокая долговечность.

    На рис. 4 представлены различные приводы клапанного механизма.

    При непосредственном приводе (рис. 4, а) на клапан воздействует кулачок распределительного вала через направляющий стакан 1, который исключает дополнительные нагрузки на стержень и втулку клапана.
    При верхнем расположении распределительного вала и продольном расположении клапанов привод клапана может осуществляться и через одноплечие рычаги (рис. 4, б-г), а при поперечном и косом расположении клапанов – через коромысла (рис. 4, з).
    При нижнем расположении распределительного вала привод клапанов осуществляется, как правило, через коромысла.

    Представленный ниже видеоролик поможет лучше понять устройство и принцип работы газораспределительного механизма поршневого двигателя внутреннего сгорания.

    Газораспределительный механизм двигателя (ГРМ)

    Современный двигатель внутреннего сгорания имеет сложную конструкцию, и один из ее основных элементов – газораспределительный механизм (ГРМ). Главное назначение газораспределительного механизма – регулировка своевременной подачи топливно-воздушной смеси в моторные цилиндры и вывод из них отработанных газов за счет периодического открытия и закрытия системы клапанов.

    Конструкция ГРМ

    Газораспределительный механизм двигателя приводит в движение систему клапанов. В различных моделях автомобилей применяются разные технические решения для обеспечения работы ГРМ, но принцип работы у всех одинаковые и обычный газораспределительный механизм состоит из:

    • распределительного вала с установленными на него кулачками;
    • системы впускных и выпускных клапанов с тарелочками, закрепленными сухарями;
    • рычагов (рокеров) или гидрокомпенсаторов;
    • шестерни распределительного вала;
    • шестерни коленчатого вала;
    • ремня или цепи ГРМ;
    • дополнительных шестерней и роликов.

    Работа системы клапанов

    Каждый клапан оснащается пружиной, которая возвращает его в верхнее (закрытое) положение. Специальный кулачок, расположенный на валу, вращаясь, нажимает на клапан, открывая его в нужный момент. Чтобы пружина не соскользнула, на верхней части клапана делается кольцевая проточка, иногда две или три, в неё вставляется сухарь, к которому прикрепляется тарелка с конусовидным отверстием. Собранный из двух частей сухарь тоже имеет конусную поверхность и надежно удерживает тарелку с пружиной. Собранный таким образом клапан называют «засухаренным».

    Распределительный вал

    Нажимающие на клапана кулачки заставляет двигаться специальный механизм – привод ГРМ, точнее еще один его компонент – газораспределительный вал, который еще называют распредвалом. Кулачки являются его составной частью, а крепится он на специальных опорных шейках в головке блока цилиндров. В зависимости от расположения кулачков на распредвалу, поочередно открываются нужные для нормальной работы двигателя клапана, в чем и состоит принцип работы ГРМ. В некоторых моделях двигателей, где цилиндры расположены не рядно, предусмотрена пара распределительных валов.

    Работа системы валов ГРМ

    Распредвал приводится в движение посредством коленчатого вала, на конце которого находится шестерня специально подобранного диаметра. Другая шестерня устанавливается на распределительный вал. Передача крутящего момента от коленчатого вала к распределительному передается стальной цепью или ремнем с зубцами под шестерни, который изготовлен из прочной армированной резины. Работа газораспределительного механизма зависит от правильной установки цепи или ремня. В этом случае все клапана открываются в нужный момент, что позволяет воздушно-топливной смеси заходить в цилиндр, сгорать там и выводить отработанные газы. В этом состоит главный принцип работы газораспределительного механизма.

    В зависимости от конструкции нажатие на клапан осуществляется непосредственно кулачком на распределительном валу или через рычаг, называемый рокером, на который воздействует кулачок. Назначение и устройство газораспределительного механизма позволяет открывать нужные клапана в момент наступления нужного такта работы двигателя, что обеспечивает ее бесперебойность. Любое нарушение ведёт к сбою в работе вплоть до поломки силового агрегата.

    Проблема термического расширения

    Устройство ГРМ обеспечивают нормальную работу двигателя, но при этом возникают определенные проблемы. Это касается термического расширения металла, из которого сделаны клапана, поскольку он подвергается воздействию высоких температур при сгорании топлива. При нагревании он удлиняется и не может плотно закрыть отверстие в цилиндре, что существенно снижает компрессию. Чтобы клапан удлинялся не в цилиндр, а вверх, между тарелкой и кулачком или рокером и кулачком делается тепловой зазор в 0,2 мм. Этот зазор выставляется и проверяется специальным щупом, а регулируется винтом или болтом.

    В современных двигателях для борьбы с тепловым расширением используются другие детали газораспределительного механизма – гидрокомпенсаторы. В этом случае регулировка клапанов не потребуется, зазор выставляется и регулируется автоматически. Если гидрокомпенсатры начинают постукивать, это говорит о проблемах в их работе, поскольку они не успевают выбирать зазоры. Основные причины появления такой проблемы – поломка самого гидрокомпенсатора, который подлежит замене, реже засор или плохая работа системы смазки.

    Видео: Принцип работы газораспределительного механизма

    ГРМ в процессе эксплуатации

    Чтобы при работе не возникло проблем, нужно периодически проверять газораспределительный механизм мотора. Нужно при помощи щупа контролировать тепловой зазор между клапаном и рычагом распредвала, а при необходимости производить регулировку.

    Поскольку газораспределительный механизм предназначен для согласованной работы всех элементов двигателя, то нужно знать, что если в процессе его работы оборвется приводной ремень, то распределительный и коленчатый валы перестают работать синхронно. При этом распредвал может остановиться в положении, при котором один из клапанов останется полностью открытым и тогда двигающийся вверх поршень неизбежно ударит по клапану, который погнется, что приведет к выходу двигателя из строя и серьезному ремонту.

    Чтобы избежать подобной ситуации, необходимо вовремя производить замену приводного ремня ГРМ. Периодичность замены указывается производителем в зависимости от конструктивных особенностей двигателя, но в большинстве случаев это рекомендуется делать при пробеге от 60 до 70 тыс. км. Это достаточно сложная операция, которую делают специалисты на СТО, но если у водителя есть нужные навыки, замену можно сделать и самостоятельно. Цепи ГРМ служат гораздо дольше, замена может потребоваться при пробеге от 300 до 400 тыс. км. Особенность двигателей с цепями: при их растяжении они начинают характерно греметь и позванивать, что позволяет определить необходимость замены.

    Назначение газораспределительного механизма двигателя – обеспечить синхронную работу поршневой группы и клапанов. Каждый из его элементов должен работать в номинальном режиме, только тогда двигатель заведется. Иногда случается так, что ремень ГРМ не разрывается, а проскальзывает по шестерням, что будет видно по его меткам. В этом случае двигатель не заведется и потребуется замена ремня.

    Основные сведения. 4.1 Виды и общее устройство газораспределительных механизмов

    4.1 Виды и общее устройство газораспределительных механизмов

    Виды газораспределительных механизмов:

    1. С нижним расположением распределительного вала (OHV)

    2. С верхним расположением распределительного вала (OHC)

    Газораспределительный механизм со схемой OHV (рисунок 1), как правило, состоит из распределительного вала, толкателей, коромысел и клапанной группы.

    Рисунок 1 – Газораспределительный механизм схемы OHV

    Механизм привода клапанов в случае схемы OHV получается самым длинным по сравнению с остальными вариантами, так как распределительный вал располагается в блоке-картере. Преимуществом является простой и надёжный привод распределительного вала (зубчатый). Недостатком является инерционность такого механизма газораспределения, что сильно ограничивает максимальные обороты коленчатого вала двигателя и, следовательно, мощность. Двигатели этой схемы, как правило, низкооборотные и относительно тихоходные, но с гибкой моментной характеристикой. Если не используются гидравлические толкатели, такой двигатель будет одним из наиболее шумных по сравнению с остальными схемами.

    Газораспределительный механизм со схемой OHC (SOHC, DOHC) может иметь различные конструкции.

    Двигатель с одним распределительным валом и клапанами в головке блока цилиндров (Overhead Camshaft; так же, SOHC – Single OverHead Camshaft).

    В зависимости от конкретной конфигурации привода клапанов, выделяют следующие конструкции:

    1. Привод клапанов коромыслами (Москвич-412, старые модели BMW, Honda) – клапаны расположены по бокам от распределительный вала (обычно, V-образно), приводятся в движение насаженными на общую ось коромыслами, одни концы которых толкаются кулачками вала, а другие приводит в движение стержни клапанов.

    2. Привод клапанов рычагами (ВАЗ-2101, -07, …) – распределительный вал над расположенными в ряд клапанами, приводит их посредством рычагов, опирающихся на шаровую опору, толкая их кулачками примерно посередине.

    3. Приводом клапанов толкателями (рисунок 2) (ВАЗ-2108, многие высокооборотные двигатели) – очень простой механизм с минимальной инерцией деталей, в котором распределительный вал расположен прямо над клапанами, расположенными тарелками вниз, и приводит их в движение через цилиндрические толкатели.

    Рисунок 2 – Газораспределительный механизм схемы SOHC с толкателями

    Двигатель с двумя распределительными валами в головке блока цилиндров (Double OverHead Camshaft – DOHC).

    При этом существуют две серьёзно различающиеся разновидности этого механизма, отличающиеся количеством клапанов:

    1. DOHC с двумя клапанами на цилиндр. В головке цилиндров расположены два распределительных вала, один из которых приводит впускные клапаны, второй – выпускные. Эта схема применялась в 1960 – 1970 годах на высокопотенциальных двигателях таких автомобилей, как «Fiat 125», «Jaguar», «Alfa Romeo», а также опытном двигателе гоночных автомобилей «Москвич-412Р», «Москвич-Г5» и в легковых автомобилях, также легких коммерческих, концерна «Ford» для Еропейского рынка, вплоть до 1994 года. В настоящее время не применяется, так что применительно к ней это название следует считать устаревшим.

    2. DOHC с четырьмя и более клапанами на цилиндр (рисунок 3). Два распределительных вала, каждый из которых приводит свой ряд клапанов. Как правило, один распределительный вал толкает два впускных клапана, другой – два выпускных. Привод клапанов, как правило, толкателями. Схема даёт большое преимущество по мощностной отдаче.

    Рисунок 3 – Газораспределительный механизм схемы DOHC с толкателями

    Распределительные валы газораспределительных механизмов схем SOHC или DOHC, приводятся в движение зубчатым ремнем или цепью.

    4.2 Особенности конструкции деталей газораспределительных механизмов

    Клапаны открывают и закрывают впускные и выпускные каналы. Клапан состоит из тарельчатой плоской головки и стержня.

    Диаметр головки впускного клапана больше, чем выпускного. Впускные клапаны изготовляют из хромистой стали; выпускные клапаны (или их головки) – из жаростойкой стали. Вставные седла клапанов, запрессованные в головку или блок цилиндров, изготовляют из жаростойкого чугуна. На рабочую поверхность головки выпускных клапанов иногда наплавляют жаростойкий сплав. Для лучшего охлаждения внутреннюю полость некоторых выпускных клапанов заполняют металлическим натрием. Рабочая поверхность головки клапана (фаска) обычно имеет угол 30°…45°. Фаску головки клапана тщательно обрабатывают и притирают к седлу. Стержень клапана имеет выточку, в которую вставляют сухарики для крепления упорной шайбы пружины клапана. Стержни клапанов перемещаются в направляющих втулках – чугунных или металлокерамических. Клапан прижимается к седлу одной или двумя пружинами. При двух пружинах направление их витков должно быть различным, чтобы при поломке одной из них ее витки не могли попасть между витками другой.

    Толкатели служат для передачи движения от кулачка распределительного вала к клапану или штанге.

    Толкатели могут быть:

    — с плоской опорной поверхностью;

    — со сферической опорной поверхностью;

    — гидравлические толкатели (без зазора в клапанном механизме).

    Толкатели изготавливаются из стали или чугуна; стальные толкатели имеют наплавленную чугунную пятку, соприкасающуюся с кулачком. Рабочие поверхности толкателей подвергают термообработке до высокой твёрдости закаливаются, наплавляют эти поверхности отбеленным хромомолибдёновым чугуном, обладающим высокой износоустойчивостью. Толкатели изготовляют пустотельными для уменьшения массы.

    Коромысло изменяет направление передаваемого движения в приводе к клапану.

    Коромысло устанавливают в головке блока цилиндров на полых осях, которые могут быть индивидуальными или может быть одна общая ось с использованием распорных пружин, прижимающих коромысла к стойкам.

    Коромысло изготовляют из стали или чугуна. Плечо коромысла со стороны клапана длиннее, чем со стороны штанги толкателя. Это позволяет уменьшить высоту подъема толкателя и штанги. В отверстие коромысла запрессована бронзовая втулка.

    Штанга передаёт усилие от толкателя к коромыслу.

    Штанги должны быть достаточная жесткость при минимальном весе и иметь высокую износостойкость рабочих поверхностей.

    Штанги изготовляют трубчатым из стальной трубки или дюралюминиевого прутка; со стальными сферообразными наконечниками, которыми штанга упирается с одной стороны в толкатель, а с другой – в сферическую поверхность регулировочного винта. Наконечники закаляются до высокой твёрдости ,а при работе смазываются.

    Распределительный вал служит для обеспечения необходимых моментов открытия и закрытия клапанов, т.е. необходимых фаз газораспределения. Вращается с частотой в два раза меньшей, чем коленчатый вал (для четырёхтактных двигателей).

    К основным элементам распределительного вала относятся кулачки, опорные и промежуточные шейки. Для удобства установки в двигатель применяются съёмные крышки на опорах вала (при размещении его на головке цилиндров); разные диаметры опорных шеек, возрастающих от задней шейки к передней. Надежная фиксация вала обеспечивается применением упорного фланца, установленного с зазором между ступицей шестерни и торцом передней опорной шейки распределительного вала, причём зазор обеспечивается тем, что толщина фланца меньше толщины распорного кольца, зажатого между торцами шестерни и передней опорной шейки на 0,05…0,20 мм. Для обеспечения бесшумной работы ГРМ применяются подшипников, смазываемых под давлением; а также косозубые приводные шестерни, шестерни из неметаллических материалов, ременные передачи.

    Распределительные валы изготавливаются ковкой (штамповкой) из стали с последующей цементации рабочих поверхностей и закалкой, литьём из легированного чугуна с отбеливанием рабочих поверхностей до высокой твёрдости; шлифованием опорных шеек и кулачков.

    4.3 Порядок снятия, установки крышки головки блока цилиндров

    1. Снять крышку головки блока цилиндров.

    1.1 Отвернуть болты (гайки) крепления крышки головки блока цилиндров.

    1.2 Осторожно снять крышку головки блока, чтобы не повредить прокладку крышки (необходимо иметь в наличии запасную).

    1.3 Выполнить дефектовку резьбовых соединений .

    При срыве более двух витков резьбы болтов (гаек) – заменить; остальные резьбовые соединения прогнать соответствующими плашками и метчиками.

    2. Установить крышку головки блока.

    Установка производится в последовательности обратной снятию. При каждом снятии и установке крышки головки блока цилиндров для обеспечении лучшей герметичности следует заменять прокладки на новые.

    Газораспределительный механизм

    Газораспределительный механизм (сокращенное наименование – ГРМ) предназначен для обеспечения своевременной подачи в цилиндры двигателя воздуха или топливно-воздушной смеси (в зависимости от типа двигателя) и выпуска из цилиндров отработавших газов. Данные функции реализуются за счет своевременного открытия и закрытия клапанов.

    На самых распространенных четырехтактных поршневых двигателях внутреннего сгорания применяются клапанные газораспределительные механизмы, поэтому устройство ГРМ рассмотрено именно на его примере.

    Газораспределительный механизм объединяет клапаны с приводом и распределительный вал с приводом.

    Клапаны непосредственно осуществляют подачу в цилиндры воздуха (топливно-воздушной смеси) и выпуск отработавших газов. Клапан состоит из тарелки и стержня. На современных двигателях клапаны располагаются в головке блока цилиндров, а место соприкосновения клапана с ней называется седлом. Различают впускные и выпускные клапаны. Для лучшего наполнения цилиндров диаметр тарелки впускного клапана, как правило, больше, чем выпускного.

    Клапан удерживается в закрытом состоянии с помощью пружины, а открывается при нажатии на стержень. Пружина закреплена на стержне с помощью тарелки пружины и сухарей. Клапанные пружины имеют определенную жесткость, обеспечивающую закрытие клапана при работе. Для предупреждения резонансных колебаний на клапанах может устанавливаться две пружины меньшей жесткости, имеющие противоположную навивку.

    Клапаны изготавливаются из сплавов металлов. Рабочая кромка тарелки клапана усилена. Стержень впускного клапана, как правило, полнотелый, а выпускного – полый, с натриевым наполнением для лучшего охлаждения.

    Большинство современных ДВС имеют по два впускных и два выпускных клапана на каждый цилиндр. Помимо данной схемы ГРМ используется: двухклапанная схема (один впускной, один выпускной), трехклапанная схема (два впускных, один выпускной), пятиклапанная схема (три впускных, два выпускных). Использование большего числа клапанов ограничивается размером камеры сгорания и сложностью привода.

    Открытие клапана осуществляется с помощью привода, обеспечивающего передачу усилия от распределительного вала на клапан. В настоящее время применяются две основные схемы привода клапанов: гидравлические толкатели и роликовые рычаги.

    Роликовые рычаги в качестве привода клапанов более предпочтительны, т.к. имеют меньшие потери на трение и меньшую массу. Роликовый рычаг (другие наименования – коромысло, рокер, от английского «коромысло») одной стороной опирается на стержень клапана, другой – на гидрокомпенсатор (в некоторых конструкциях на шаровую опору). Для снижения потерь на трение место сопряжения рычага и кулачка распределительного вала выполнено в виде ролика.

    С помощью гидрокомпенсаторов в приводе клапанов реализуется нулевой тепловой зазор во всех положениях, обеспечивается меньший шум и мягкость работы. Конструктивно гидрокомпенсатор состоит из цилиндра, поршня с пружиной, обратного клапана и каналов для подвода масла. Гидравлический компенсатор, расположенный непосредственно на толкателе клапана, носит название гидравлического толкателя (гидротолкателя).

    Распределительный вал обеспечивает функционирование газораспределительного механизма в соответствии с принятым для данного двигателя порядком работы цилиндров и фазами газораспределения. Он представляет собой вал с расположенными кулачками. Форма кулачков определяет фазы газораспределения, а именно моменты открытия-закрытия клапанов и продолжительность их работы. Существенное повышение эффективности ГРМ, а следовательно и улучшение характеристик двигателя дают различные системы изменения фаз газораспределения.

    На современных двигателях распределительный вал расположен в головке блока цилиндров. Он вращается в подшипниках скольжения, выполненных в виде опор. Используются как разъемные опоры, так и неразъемные (вал вставляется с торца). В некоторых двигателях в опорах используются тонкостенные вкладыши. От перемещения в продольном направлении распределительный вал удерживается упорным подшипником, который располагается со стороны привода вала. К опорам распределительного вала по индивидуальным каналам и под давлением подается масло из системы смазки.

    Различают две схемы расположения распределительного вала в головке блока цилиндров:

    • одновальная – SOHC (Single OverHead Camshaft);
    • двухвальная — DOHC (Double OverHead Camshaft).

    В связи с широким применением четырех клапанов на один цилиндр предпочтение отдается двухвальной схеме ГРМ (один распределительный вал обеспечивает привод впускных клапанов, другой вал – выпускных). В V-образном двигателе устанавливается четыре распределительных вала — по два на каждый ряд цилиндров.

    Распределительный вал приводится в действие от коленчатого вала с помощью привода, который осуществляет его вращение в два раза медленнее коленчатого вала (за один цикл работы двигателя конкретный клапан открывается только один раз). В качестве привода распределительного вала используются ременная, цепная и зубчатая передачи.

    Ременная и цепная передачи приводят в действие распределительный вал, расположенный в головке блока цилиндров. Зубчатая передача вращает, как правило, распределительный вал в блоке цилиндров. В обиходе зубчатая передача привода распределительного вала носит название «гитара» (по форме двух соединенных шестерен).

    Ременная и цепная передачи имеют как достоинства, так и недостатки, поэтому в ГРМ применяются на равных. Цепной привод более надежный и, соответственно, долговечный. Но цепь тяжелее ремня, поэтому требует дополнительных устройств для натяжения (натяжные ролики,) и гашения колебаний (успокоители). Натяжные ролики обеспечивают натяжение с помощью пружины и за счет давления масла в системе смазки. В качестве цепного привода распределительного вала используются одно- и двухрядные роликовые цепи. Постепенно их вытесняют зубчатые цепи, которые взаимодействуют с зубьями звездочки щеками особой формы. Помимо распределительного вала с помощью цепи может осуществляться привод масляного насоса, балансирных валов.

    Ременной привод не требует смазки, поэтому на шкивы устанавливается открыто. Вместе с тем, ремень в сравнении с цепью имеет ограниченный ресурс. Правда этот ресурс не такой уж и малый. Современные ремни «пробегают» 100-150 тыс.км. В качестве ременного привода распределительного вала широко используются зубчатые ремни. Выступы на внутренней поверхности зубчатого ремня входят в зацепление с зубьями на шкивах (шестернях), тем самым обеспечивается вращение. На двигателях TDI используется эллиптическая шестерня привода зубчатого ремня, что позволяет снизить тяговые усилия и крутильные колебания распределительного вала. Наряду с распределительным валом зубчатый ремень может приводить масляный насос, насос охлаждающей жидкости, топливный насос высокого давления.

    Porhen2107 › Блог › ГРМ. Назначение и устройство.

    Газораспределительный механизм (ГРМ) обеспечивает своевременный впуск в цилиндры свежего заряда горючей смеси и выпуск отработавших газов. Он включает в себя элементы привода, распределительную шестерню, распределительный вал, детали привода клапанов, клапана с пружинами и направляющие втулки.
    Распределительный вал служит для открытия клапанов в определенной последовательности в соответствии с порядком работы двигателя. Распредвалы отливают из специального чугуна или отковывают из стали. Трущиеся поверхности распределительных валов для уменьшения износа подвергнуты закалке при помощи нагрева токами высокой частоты.
    Распредвал может располагаться в картере двигателя либо в головке блока цилиндров. Существуют двигатели с двумя распредвалами в головке цилиндров (в многоклапанных ДВС). Один используется для управления впускными клапанами, второй – выпускными. Такая конструкция называется DOHC (Double Overhead Camshaft). Если распредвал один, то такой ГРМ именуется SOHC (Single OverHead Camshaft). Распредвал вращается на цилиндрических шлифованных опорных шейках.

    Привод клапанов осуществляется расположенными на распределительном валу кулачками. Количество кулачков зависит от числа клапанов. В разных конструкциях двигателей может быть от двух до пяти клапанов на цилиндр (3 клапана – два впускных, один выпускной; 4 клапана – два впускных, два выпускных; 5 клапанов – три впускных, два выпускных). Форма кулачков определяет моменты открытия и закрытия клапанов, а также высоту их подъема.
    Привод распределительного вала от коленчатого вала может осуществляться одним из трех способов: ременной передачей, цепной передачей, а при нижнем расположении распредвала — зубчатыми шестернями. Цепной привод отличается надежностью, но его устройство сложнее и цена выше. Ременной привод существенно проще, но ресурс зубчатого ремня ограничен, а в случае его разрыва могут наступить тяжелые последствия.
    При обрыве ремня распредвал останавливается, а коленвал продолжает вращаться. Чем это грозит? В простых двухклапанных моторах, где, как правило, поршень конструктивно не достает до головки открытого клапана, ремонт ограничивается заменой ремня. В современных многоклапанных двигателях при обрыве ремня поршни ударяются о клапана, «зависшие» в открытом состоянии. В результате сгибаются стержни клапанов, а также могут разрушиться направляющие втулки клапанов. В редких случаях разрушается поршень.

    Еще тяжелее при обрыве ремня приходится дизелям. Так как камера сгорания у них находится в поршнях, то в ВМТ у клапанов остается очень мало места. Поэтому при зависании открытого клапана разрушаются толкатели, распредвал и его подшипники, велика вероятность деформирования шатунов. А если обрыв ремня произойдет на высоких оборотах, возможно даже повреждение блока цилиндров.

    Рабочий цикл четырехтактного двигателя происходит за два оборота коленвала. За это время должны последовательно открыться впускные и выпускные клапаны каждого цилиндра. Поэтому распредвал должен вращаться в два раза медленнее коленвала, а, следовательно, шестерня распредвала всегда в два раза больше шестерни коленвала. Клапаны в цилиндрах должны открываться и закрываться в зависимости от направления движения и положения поршней в цилиндре. При такте впуска, когда поршень движется от в.м.т. к н.м.т., впускной клапан должен быть открыт, а при тактах сжатия, рабочего хода и выпуска – закрыт. Чтобы обеспечить такую зависимость, для правильной установки на шестернях ГРМ делают метки.

    Распределительный вал Шестерни распредвала Привод распредвала

    Привод клапанов может осуществляться разными способами. При нижнем расположении распредвала, в картере двигателя, усилие от кулачков передается через толкатели, штанги и коромысла. При верхнем расположении возможны три варианта: привод коромыслами, привод рычагами и привод толкателями.
    Коромысла (другие названия – роликовый рычаг или рокер) изготавливают из стали. Коромысло устанавливают на полую ось, закрепленную в стойках на головке цилиндров. Одной стороной коромысла упираются в кулачки распредвала, а другой воздействуют на торцевую часть стержня клапана. В отверстие коромысла для уменьшения трения запрессовывают бронзовую втулку. От продольного перемещения коромысло удерживается при помощи цилиндрической пружины. Во время работы двигателя в связи с нагревом клапанов их стержни удлиняются, что может привести к неплотной посадке клапана в седло. Поэтому между стержнем клапана и носком коромысла должен быть определенный тепловой зазор.
    Во втором варианте распредвал располагается над клапанами, и приводит их в действие посредством рычагов. Кулачки распределительного вала действуют на рычаги, которые, поворачиваясь на сферической головке регулировочного болта, другим концом нажимают на стержень клапана и открывают его. Регулировочный болт ввернут во втулку головки цилиндров и стопорится контргайкой. Существуют ГРМ, в которых между рычагом и клапаном устанавливается гидрокомпенсатор. Такие механизмы не требуют регулировки зазора.
    И, наконец, при третьем варианте привода распределительный вал при вращении воздействует непосредственно на толкатель клапана. Существует три варианта исполнения толкателей – механические (жесткие), гидротолкатели (гидрокомпенсаторы) и роликовые толкатели. Первый тип в современных моторах практически не используется, в связи с большой шумностью работы и необходимостью частой регулировки зазора клапанов. Второй тип наиболее широко применяется, так как не требует настройки и регулировки теплового зазора, а работа отличается мягкостью и гораздо меньшим шумом. Гидрокомпенсатор состоит из цилиндра, поршня с пружиной, обратного клапана и каналов для подвода масла. Работа гидрокомпенсатора основана на свойстве несжимаемости моторного масла, которое постоянно заполняет его внутреннюю полость и перемещает поршень при появлении зазора в приводе клапана.
    Роликовые толкатели чаще всего применяются в спортивных и форсированных двигателях, так как позволяют улучшить динамические характеристики автомобиля за счет снижения трения. В месте контакта с кулачком распредвала у них находится ролик. Поэтому кулачок не трется, а катится по толкателю. Вследствие этого роликовые толкатели выдерживают более высокие нагрузки и обороты, а также позволяют обеспечить более высокий подъем клапанов. Недостатки – большая стоимость и вес, а, значит, и большие нагрузки на детали ГРМ.
    Привод клапанов коромыслами Привод клапанов рычагами Типы гидрокомпенсаторов Применение гидрокомпенсаторов
    Клапаны служат для периодического открытия и закрытия отверстий впускных и выпускных каналов. Клапан состоит из головки и стержня. Головка клапана имеет узкую, скошенную под определенным углом, фаску. Фаска клапана должна плотно прилегать к фаске седла. Для этой цели их взаимно притирают. Головки впускных и выпускных клапанов имеют неодинаковый диаметр. Для лучшего наполнения цилиндров свежей горючей смесью диаметр головки впускного клапана делают больше. Клапаны во время работы двигателя нагреваются неодинаково. Выпускные клапаны, контактирующие с отработанными газами, нагреваются больше. Поэтому их изготавливают из жароупорной стали.

    Стержень клапана цилиндрической формы в верхней части имеет выточку для деталей крепления клапанной пружины. Стержень выпускного клапана — полый, с натриевым наполнением для лучшего охлаждения. Стержни клапанов помещают в направляющих втулках, изготовленных из чугуна или металлокерамики. Втулки запрессовывают в головку цилиндров.
    Клапан прижимается к седлу при помощи цилиндрической стальной пружины. Кроме того, пружина не дает возможности клапану отрываться от коромысла. Пружина имеет переменный шаг витков, что необходимо для устранения ее вибрации. Другой вариант борьбы с вибрацией — установка двух пружин меньшей жесткости, имеющих противоположную навивку. Пружина одной стороной упирается в шайбу, расположенную на головке цилиндров, а другой – в упорную тарелку. Упорная тарелка удерживается на стержне клапана при помощи двух конических сухарей, внутренний буртик которых входит в выточку стержня клапана. Для уменьшения проникновения масла по стержням клапанов в камеру сгорания двигателя на стержни клапанов надеты маслоотражательные колпачки.
    Работа гидрокомпенсатора Клапаны и пружины Клапаны и пружины
    Фазы газораспределения

    В теории открытие и закрытие клапанов должно происходить в моменты прихода поршня в мертвые точки. Однако в связи инерционностью процесса, особенно при больших оборотах коленвала, этого периода времени недостаточно для впуска свежей смеси и выпуска отработанных газов. Поэтому впускной клапан открывается до прихода поршня в в.м.т. в конце такта выпуска, т.е. с опережением в пределах 9-24 градусов поворота коленчатого вала, а закрывается в начале такта сжатия, когда коленвал пройдет положение н.м.т на 51-64 градусов. Таким образом, продолжительность открытия впускного клапана составит 240-270 градусов поворота коленчатого вала, что значительно увеличивает количество поступаемой в цилиндры горючей смеси.
    Выпускной клапан открывается за 44-57 градусов до прихода поршня в н.м.т. в конце рабочего хода и закрывается после прихода поршня в в.м.т. такта выпуска на 13-27 градусов. Продолжительность открытия выпускного клапана составляет 240-260 градусов поворота коленчатого вала.
    В двигателе бывают моменты (в конце такта выпуска и начале такта впуска) когда оба клапаны открыты. В это время происходит продувка цилиндров свежим зарядом горючей смеси для лучшей их очистки от продуктов сгорания. Этот период носит название перекрытие клапанов.
    Моменты открытия и закрытия клапанов относительно мертвых точек, выраженных в градусах поворота коленчатого вала, называются фазами газораспределения.

    Основные неисправности газораспределительного механизма.

    Внешними признаками неисправности ГРМ являются: уменьшение компрессии, хлопки во впускном и выпускном трубопроводах, падение мощности двигателя и металлические стуки.
    Уменьшение компрессии, хлопки во впускном и выпускном трубопроводах, а также падение мощности двигателя возможно вследствие плохого прилегания клапанов к седлам. Плохое прилегание клапана к седлу происходит вследствие отложения нагара на клапанах и седлах, образования раковин на рабочих поверхностях, коробления головок клапанов, поломки клапанных пружин, заедания стержня клапана в направляющей втулке, а также отсутствия зазора между стержнем клапана и коромыслом (рычагом).
    Падение мощности двигателя и резкие металлические стуки могут происходить вследствие неполного открытия клапанов. Эта неисправность возникает из-за большого теплового зазора между стержнем клапана и коромыслом (рычагом) или отказа гидрокомпенсаторов.
    К неисправностям ГРМ также относят износ шестерен распредвала и коленвала, направляющих втулок клапанов, втулок и осей коромысел, а также увеличенное осевое смещение распредвала.

    Газораспределительный механизм двигателя внутреннего сгорания: устройство, назначение, принцип работы

    Основным назначением газораспределительного механизма (ГРМ) является своевременная подача смеси из топлива и воздуха (ТВС) в камеру сгорания и вывода газов из цилиндров двигателя. Работа ГРМ осуществляется путем открывания-закрывания клапанов впуска и выпуска.

    Принцип действия газораспределительного механизма

    Весь рабочий процесс газораспределительного механизма основан на синхронном движении двух валов – коленчатого и распределительного. При этом синхронность движений обеспечивает своевременное открывание клапанов впуска/выпуска на моторных цилиндрах.

    При совершении вращательных движений распредвала кулачки наступают на рычаги, которые в свою очередь воздействуют на клапанные стержни, что способствует открытию нужных клапанов.

    На следующем повороте распредвала кулачки отталкиваются от рычагов, которые занимают исходные позиции, тем самым закрывая клапаны.

    Классификация ГРМ

    Современные автомобильные двигатели могут быть оснащены различными типами газораспределительных механизмов.

    ГРМ классифицируется по четырем категориям:

    1. По расположению распределительного вала – верхнее или нижнее расположение;
    2. По количеству распределительных валов – один (SOHC — Single OverHead Camshaft) или два (DOHC — Double OverHead Camshaft);
    3. По числу клапанов – 2, 3, 4, 5;
    4. По приводу распределительного вала – цепной, шестеренчатый и зубчато-ременный

    Верхнее расположение вала в цилиндровой головке является самым распространенным и эффективным. Открытие и закрытие клапанов осуществляется от распределительного вала при помощи рычагов (толкателей) привода. Такое расположение распредвала способствует упрощению общей конструкции двигателя, уменьшению его массы, снижению инерционных сил.

    Устройство газораспределительного механизма

    ГРМ состоит из распределительного вала, толкателей, клапанов, коромысла, штанги и привода.

    При подготовке схемы использованы материалы ©Volkswagen

    Распредвал обеспечивает своевременное закрытие или открытие клапанов ГРМ в соответствии с последовательностью работы цилиндров двигателя и фазами распределения газов в механизме. Распределительный вал изготавливается из высокопрочной стали (с дополнительным закаливанием) или отливается из чугуна. Вал оснащен опорными шейками и кулачками. При этом форма кулачков оказывает влияние на рабочие фазы распределения газов, частоту и продолжительность работы клапанов.

    На торце распределительного вала закреплена звездочка цепного привода. Вал монтируется в корпусе подшипников, который закреплен на головке цилиндров. Для предотвращения осевых смещений распредвал используется упорный фланец, который подсоединен к торцевой части корпуса подшипников.

    Толкатели – это детали ГРМ, основным назначение которых является передача усилий от кулачков распредвала к штангам. Для изготовления толкателей применяется высокопрочная сталь или чугун.

    Выделяют три вида толкателей – грибовидные, роликовые и цилиндрические. Движение толкателей может происходить как по направляющим в блоке цилиндров, так и в небольших корпусах, прикрепленных к цилиндровому блоку.

    Клапаны предназначены для обеспечения подачи ТВС в цилиндры двигателя и вывода отработанных газов.

    Конструкция клапана состоит из стержня и плоской головки. Клапанная головка имеет плоскую кромку, скошенную под углом в 45 градусов. При этом диаметр головки клапана впуска значительно больше, чем у клапана выпуска, поскольку объем газов, выводимых из камеры сгорания, превышает объем ТВС.

    Клапаны ГРМ устанавливаются в головке цилиндрового блока, при этом место их соединения также имеет конусную форму и называется седлом.

    Впускные клапаны изготавливаются из стали, с хромистым покрытием, а выпускные клапаны – из жаропрочной стали. Для изготовления седел клапанов применяется жаропрочный чугун.

    Клапанный стержень выполнен в форме цилиндра, в верхней части оснащен специальной канавкой для фиксации клапанной пружины.

    Движение стержней клапанов осуществляется исключительно по направляющим втулкам, выполненным из чугуна или стали. Сами направляющие соединены с головкой блока цилиндров.

    Для того чтобы предотвратить попадание масла в камеру, между клапанным стержнем и направляющей втулкой устанавливается уплотняющий колпак, выполненное из маслостойкой резины.

    Каждый клапан оснащен внутренней и наружной пружинами. Крепление пружин происходит при помощи шайб, тарелки и сухаря.

    Открытие клапанов производится за счет привода, который передает усилие от распредвала на клапан.

    Современные автомобильные двигатели, чаще всего используемые для серийных автомобилей, оснащены двумя клапанами впуска и двумя клапанами выпуска, установленные на каждом цилиндре.

    Штанги предназначены для передачи действий от толкателей к коромыслам. Данные детали могут быть представлены в форме полых цилиндрических стержней со стальными наконечниками.

    Штанги изготавливаются из износостойкого алюминиевого сплава, соединяются с одной стороны с коромыслом, с другой – с толкателем.

    Коромысло осуществляет передачу усилия от штанги к впускным/выпускным клапанам. Коромысло имеет вид рычага с двумя плечами, который размещен на оси. При этом одно плечо (возле клапана) имеет большую длину, чем другое (возле штанги).

    Коромысла изготавливаются из прочной стали и устанавливаются на специальных втулках на оси, закрепленной на головке цилиндров. Между самим коромыслом и осью располагается втулка, предназначенная для уменьшения трения между ними.

    Распредвал движется от коленвала при помощи привода, который обеспечивает его вращательные движения. Скорость, при которой вращается распредвал в 2 раза меньше, чем скорость вращения коленвала.

    Таким образом, за два вращательных движения коленвала распределительный вал совершит только одно вращение, обеспечивая по одному открытию впускного и выпускного клапана за один рабочий цикл.

    Читать еще:  Artemspec › Блог › Какой реальный ресурс мотора 1
    Ссылка на основную публикацию
    ВсеИнструменты
    Adblock
    detector