AUTO.RIA – Основы газораспределения.

Юлия Денисюк
2015-10-27 15:40

Все двигатели внутреннего сгорания (ДВС), бензиновые или дизельные имеют систему газораспределения. Она предназначена для впуска рабочей смеси в цилиндр в определенный момент, закрытие цилиндра для сжатия и вспышки топлива и последующего выпуска отработанных газов.

Главным приводом системы газораспределения современных ДВС служит распределительный вал, который может находиться в блоке или в головке блока цилиндров (это наиболее распространенная схема для современных моторов легковых авто). Распределительный вал связан с коленчатым валом двигателя путем шестерен, цепной передачи или ремня. Причем на 2 оборота коленчатого вала приходится 1 оборот распределительного вала. Эксцентриковые кулачки распредвала через коромысла, толкатели, рычаги или штанги связаны с клапанами каждого цилиндра (впускными и выпускными). Это обеспечивает нормальную работу ДВС.

Системы газораспределения SOHC и DOHC

Такие системы газораспределения имеются у моторов с верхним расположением распределительного вала (в головке блока цилиндров). Эти названия происходят от английского сокращения:

• SOHC — single overhead camshaft, что означает «одинарный верхний распредвал»;
• DOHC — double overhead camshaft, что означает «двойной верхний распредвал».

Газораспределение с одним распредвалом SOHC

Такой механизм отработан на многих зарубежных и отечественных автомобильных моторах. Он позволяет получать вполне приемлемые характеристики работы двигателя. Распределительный вал располагается над головкой блока цилиндров и накрыт специальной крышкой. К нему имеется очень легкий доступ. С помощью специальных каналов на все трущиеся части распредвала под давлением подается моторное масло. Если в лобовой части у распредвала имеется звездочка, то он соединен цепной передачей с коленчатым валом двигателя. Этот привод закрыт герметичной крышкой и имеет смазку от общей системы. Это надежный, долговечный и проверенный привод. Его недостатки – повышенная материалоемкость и шумность.

Одинарный верхний распредвал с Honda CRX Si 1987 года

---

Эксцентриковые кулачки распредвала передают возвратно-поступательное движение коромыслам, которые расположены на своих валах и давят на ось впускных или выпускных клапанов, обеспечивая их открытие. Есть образцы двигателей (встречаются реже) с одним распредвалом, коромыслами и двойными клапанами. У некоторых моторов роль коромысел выполняют специальные рычаги. Более современные моторы sohc имеют распредвал, который находится непосредственно над линией клапанов и приводит в движение клапаны через толкатели. Так устроено газораспределение на двигателе ВАЗ 2108, где регулировка теплового зазора клапанов осуществляется подбором «пятаков» – специальных стальных дисков.

При всей своей надежности и простоте конструкции система газораспределения SOHC, имеющая, как правило, всего 2 клапана на цилиндр не обеспечивала достаточной продувки камеры сгорания. Она применяется в моторах ограниченной мощности. Современные требования к повышенью КПД двигателя, уменьшению количества вредных газов и сажи в продуктах сгорания топлива, привели к необходимости увеличения числа клапанов вдвое. Это вызвало появление другой системы газораспределения.

Газораспределение с двумя распредвалами DOHC

Большинство современных легковых автомобилей, выпускаемых в Европе и Японии, имеет систему газораспределения двигателей с двумя распределительными валами. Есть модели двигателей с двумя клапанами на цилиндр. Наиболее распространенные варианты имеют 4 клапана. Это позволяет получать практически идеальные динамические характеристики при движении автомобиля по трассам в режиме 4500-5000 оборотов в минуту. Уменьшается расход топлива и вредные выбросы в атмосферу.

Система DOHC c двумя распредвалами усложнила двигатель только на первый взгляд. На самом деле – это прогрессивное и передовое техническое решение увеличило ресурс работы всех узлов газораспределения. Появилась устойчивая и более экономичная работа мотора при более высоких нагрузках на двигатель. Система DOHC может немного уступать по приемистости на малых оборотах системе газораспределения SOHC, однако повсеместное внедрение изменяемых фаза газораспределения в DOHC, выводит такие двигатели в лидеры. 

Газораспределительный механизм

Содержание статьи

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.

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.

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.

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.

Система газораспределения DOHC | Пособие автомобилиста

Многие автовладельцы видят выбитую надпись на крышке клапанов двигателя своего авто «DOHC». Что значит данная надпись? Для чего нужна эта система?
Система DOHC — это система газораспределения ДВС автомобиля, характеризующаяся наличием двух распределительных валов на одной головке блока цилиндров, и имеющая по 2 и более клапанов на впуск или выпуск.
С точки зрения обслуживания данная система может показаться непрактичной: усложненная конструкция, более сложный способ установки ремня ГРМ, большое количество клапанов, гидрокомпенсаторов или кулачков (зависит от предусмотренной конструкции головки). Однако каждое усложнение конструкции есть усовершенствование системы, призванное улучшать показатели агрегата.
Так чем же DOHC лучше обычной, простой однораспредвальной системы? Во-первых, большее количество впускных клапанов на один цилиндр увеличивает объем рабочих газов, соответственно, улучшает образование горючей смеси в цилиндре, что ведет к лучшему сгоранию и, как следствие, повышенному КПД и экологически более чистому выхлопу. Во-вторых, большее количество выпускных клапанов также способствует прохождению большему объему выхлопных газов, что облегчает движение поршня во время 4-го такта (выпуск отработанных газов), соответственно уменьшает нагрузку на другие цилиндры, работающие на 2-м такте (детонация), соответственно, также увеличивает КПД двигателя.
Теоретически, конечно, можно было бы осуществить работу двух пар клапанов на один цилиндр и с помощью одного распредвала с системой коромысел и кулачков, однако рабочие шейки такого вала будут малой ширины, что обеспечит ему недолгий рабочий век и массу сложностей при укладке или снятии.
Система DOHC — наиболее оптимальное решение проблемы повышения КПД и экологичности ДВС автомобилей. Но инженеры не стоят на месте, и сейчас существуют системы газораспределения более совершенные, но это уже совсем другая тема.

Система газораспределения DOHC

Пожалуйста, оцените эту страницу

Газораспределительный механизм: устройство

Механизм газораспределения руководит впускными и выпускными клапанами автомобильного двигателя. Газораспределительный механизм или как его еще называют ГРМ, производит выпускание воздушно-топливной смеси во все цилиндры двигателя машины, а после этого удаление из камеры сгорания отработанных газов.

В представленной статье размещены ответы на такие довольно распространенные вопросы:

1. Что собой представляет газораспределительный механизм?
2. Устройство ГРМ;
3. назначение механизма газораспределения;
4. В чем заключается функционирование ГРМ?
5. Типы газораспределительных механизмов.

Газораспределительный механизм

Основная информация о ГРМ

Для начала необходимо обсудить устройство газораспределительного механизма. Механизм газораспределения имеет такие основные элементы:

1. Распредвал;
2. Клапанный механизм;
3. Механизм привода распредвал.

К основным элементам ГРМ относятся:

1. Штанги. С их помощью обеспечивается передача усилий из толкателя к коромыслу.
2. Толкатели. Благодаря толкателям выполняется передача усилий от кулаков распредвала к каждой штанге. Для того чтобы толкатель изнашивался равномерно они находятся в постоянном движении вокруг себя, а выполняется это благодаря выпуклой поверхности нижних головок и скошенной поверхности распределительного валика;
3. распредвал. Распредвал дает возможность открывания и закрывания клапанов ГРМ в установленной очередности, которая согласовывается с функционированием каждого цилиндра двигателя автомобиля.
4. Клапаны. с помощью клапанов выполняется периодическое открывание и закрывание отверстий впускного и выпускного клапанов, которое напрямую зависит от очередности функционирования автомобильного двигателя и расположения поршня цилиндре.
5. Коромысло. Обеспечивают передачу усилия от штанги к клапану.

Теперь обсудим назначение газораспределительного механизма. Итак, в чем заключается назначение механизма газораспределения? Назначение газораспределительного механизма заключается в своевременной передаче воздухо-топливной смеси во все цилиндры автомобильного двигателя на тактах выпускания, а еще выводе из каждого цилиндра отработанных газов в момент выпускания такта. Обеспечивается выполнение представленных действий благодаря своевременному открытию и закрытию всех типов клапанов головки каждого цилиндра с помощью клапанов. Газораспределительные механизмы разделяют на типы с боковым и типы с подвесным клапанами, но на сегодняшний момент боковые клапаны мало распространены.

Еще эту систему классифицируют по размещению распредвала и виду привода. Обычно, распредвал устанавливают снизу блока картера или сверху головки цилиндра. Нижний распределительный валик начинает функционировать благодаря шестеренке, а верхний при помощи цепки или ременной передачи.

Еще ГРМ классифицируют по значению числа клапанов, которое приходится на один цилиндр, два клапана это минимальное количество, а пять максимальное. Также существует классификация по количеству распределительных валиков, здесь один это минимальное значение, а четыре это максимальное значение.

Принцип действия ГРМ

Газораспределительный механизм является одним из сложнейших узлов двигателя любого транспортного средства, потому как его основная функция заключается не только в открывании и закрывании групп клапанов, но и выполнение этих действий в определенной очередности. Функционирование ГРМ синхронизировано с функционированием зажигания и впрыскивания. Для увеличения скорости передвижения, водитель нажимает на педальку акселератора,тем самым увеличивается поступление воздухо-топливной смеси в автомобильный двигатель.

Авто-двигатель может воспринимать усиленный поток исключительно с помощью увеличения количества оборотов. То есть открывание и закрывание клапанов должно проходить как можно чаще. Для решения данной проблемы разработчики решили обеспечить привод от коленчатого валика. То есть чем быстрее крутится коленчатый валик, тем быстрее происходит открывание и закрывание клапанов, следовательно, двигатель автомобиля сможет пропускать и сжигать исключительно необходимо количество воздухо-топливной смеси.

Газораспределение сводится к синхронному вращению коленвала и распредвала, а еще открыванию впускного и выпускного клапанов в определенном месте расположения поршней. Для того чтобы распредвалик точно располагался по отношению к коленчатому валику применяют установочные пометки. Во время открытия клапанов с помощью коромысла распределительный валик наезжает кулачком на коромысло, которое в свою очередь прижимает клапан и он закручивается благодаря пружине. В цепном двигателе ГРМ функционирует точно так же, только во время сборки цепку нужно надевать вместе со шкивом на валик.

Типы газораспределительного механизма

Сначала рассмотрим газораспределительный механизм с нижним положением распределительного валика. В конструкцию представленного типа ГРМ входят такие элементы:

• Распределительный валик;
• Клапан;
• Поршень;
• Коромысло;
• Стойка валика коромысла;
• Валик коромысла;
• Контргайка;
• регулирующий винтик;
• Шестеренки распредвала и коленвала;
• Промежуточная шестеренка;
• Пружинки клапана;
• Направляющая втулка;
• Штанга;
• Толкатель;
• Головка цилиндров.

Главным преимуществом механизма газораспределения данного типа считается небольшая стоимость, высокий уровень качества и надежности, а также простое использование. Но имеются и недостатки, например, такие как шумность и инерционность, которая ограничивает количество оборотов двигателя автомобиля. Применяются такие газораспределительные механизмы на автомобилях с дизельным двигателем или бензиновым двигателем, который имеет низкий уровень оборотов коленвала.

Теперь поговорим о механизмах газораспределения с верхним положением распределительного валика. В конструкцию представленного типа ГРМ входят такие элементы:

• Толкатель;
• Пружинки;
• Канал;
• Тарелка клапана;
• Кулак распредвала;
• стойка клапана.

Представленный тип ГРМ отличный от предыдущего установлением распредвала в основе цилиндров, а само функционирование и назначение остается прежним. Передача влияния из распредвала происходит с помощью толкателя на коромысло, из распредвала к коромыслу или же от распредвала к толкателю клапана.

Привод распредвала может реализовываться с помощью передачи цепки или зубчиков ремня.

По сравнению с предыдущим типом данный тип ГРМ имеет меньший уровень инертности, а значит, двигатель может развивать большее количество оборотов, и шума. Также к преимуществам данного типа относятся небольшие размеры блока-картера и недорогое изготовление. Но имеются и недостатки, например, необходимость регулярно проводить замену ремня привода, а несвоевременная замена ремня может привести к поломке клапанов. Также в проведении регулярной замены нуждается и цепь привода. К тому же, цепной привод механизма газораспределителя достаточно дорогой. Еще одним недостатком является сложность настаивания тепловых зазоров клапанов.

Назначение, устройство, работа ГРМ. Двигатель внутреннего сгорания: газораспределительный механизм

Газораспределительный механизм автомобиля – один из самых сложных механизмов в конструкции двигателя. Управление впускными и выпускными клапанами ДВС полностью лежит на ГРМ. Механизм контролирует процесс наполнения цилиндров топливно-воздушной смесью посредством своевременного открытия впускного клапана на такте впуска. Также ГРМ контролирует удаление уже отработанных газов из внутренней камеры сгорания – для этого открывается выпускной клапан на такте выпуска.

Устройство газораспределительного механизма

Детали газораспределительного механизма выполняют разные функции:

• Распределительный вал открывает и закрывает клапаны.
• Механизм привода приводит распределительный вал в движение с определенной скоростью.
• Клапаны закрывают и открывают впускные и выпускные каналы.

Главными частями ГРМ являются распределительный вал и клапаны. Кулачковый, или распределительный, вал представляет собой элемент, на котором располагаются кулачки. Он приводится в движение и вращается на подшипниках. В момент такта впуска или выпуска кулачки, расположенные на вале, при вращении надавливают на толкатели клапанов.

Располагается механизм ГРМ на головке блока цилиндров. В ГБЦ имеются распределительный вал и подшипники от него, коромысла, клапаны и толкатели клапанов. Верхняя часть головки закрыта клапанной крышкой, установка которой осуществляется с использованием специальной уплотнительной прокладки.

Функционирование газораспределительного механизма

Работа ГРМ полностью синхронна с зажиганием и топливным впрыском. Проще говоря, в момент нажатия педали газа открывается дроссельная заслонка, впускающая поток воздуха во впускной коллектор. В результате образуется топливно-воздушная смесь. После этого начинает работать газораспределительный механизм. ГРМ увеличивает пропускную способность и выпускает отработанные газы из камеры сгорания. Для корректного выполнения данной функции необходимо, чтобы частота, с которой открывается впускной и выпускной клапан ГРМ, была высокой.

Клапаны приводятся в действие распределительным валом двигателя. Когда повышается частота вращения коленвала, начинает быстрее вращаться и распредвал, что и повышает частоту открытия и закрытия клапанов. В результате возрастают обороты двигателя и отдача от него.

Объединение коленчатого и распределительного валов дает возможность ДВС сжигать именно то количество воздушно-топливной смеси, которое необходимо для функционирования двигателя в том или ином режиме.

Особенности привода ГРМ, цепь и ремень

Шкив привода распределительного вала находится за пределами ГБЦ. Для того чтобы не происходили утечки масла, на шейке вала расположен сальник. Цепь ГРМ приводит весь механизм газораспределения в действие и надевается с одной стороны на ведомую звездочку или шкив, а с другой передает усилие от коленчатого вала.

От ременного привода клапанов зависит корректное и неизменное расположение коленчатого и распределительного валов относительно друг друга. Даже небольшие отклонения в положении могут стать причиной того, что ГРМ, двигатель выйдут из строя.

Наиболее надежной считается цепная передача, использующая ролик ГРМ, однако существуют некоторые проблемы с обеспечением необходимого уровня натяжения ремня. Главной проблемой, с которой сталкиваются водители и которая характерна для цепи механизма, становится ее обрыв, нередко являющийся причиной загиба клапанов.

К числу дополнительных элементов механизма можно отнести ролик ГРМ, используемый для натяжения ремня. К минусам цепного привода газораспределительного механизма, помимо риска обрыва, относят еще и высокий уровень шума во время работы и необходимость его смены каждые 50-60 тысяч километров пробега.

Клапанный механизм

Конструкция клапанного механизма включает в себя седла клапанов, направляющие втулки, механизм вращения клапана и другие элементы. Усилие от распределительного вала передается на шток либо на промежуточное звено – коромысло клапана, или рокер.

Нередко можно встретить модели ГРМ, требующие постоянной регулировки. Такие конструкции имеют специальные шайбы и болты, вращением которых выставляются необходимые зазоры. Иногда зазоры поддерживаются в автоматическом режиме: регулировка их положения производится гидрокомпенсаторами.

Управление этапами газораспределения

Современные модели двигателей претерпели значительные изменения, получив новые управляющие системы, в основе которых лежат микропроцессоры – так называемые ЭБУ. В сфере моторостроения основной задачей стало не только увеличение мощности, но и экономичность выпускаемых силовых агрегатов.

Повысить эксплуатационные показатели двигателей, снизив при этом расход топлива, удалось только с использованием систем контроля ГРМ. Двигатель с такими системами не только потребляет меньше топлива, но и не теряет в мощности, благодаря чему их стали использовать повсеместно при производстве автомобилей.

Принцип работы таких систем заключается в том, что они контролируют скорость вращения распределительного вала ГРМ. По сути, клапаны открываются немного раньше за счет того, что распредвал проворачивается в направлении вращения. Собственно, в современных двигателях распределительный вал больше не вращается относительно коленчатого вала с неизменной скоростью.

Основной задачей остается максимально эффективное наполнение цилиндров двигателя в зависимости от выбранного режима его работы. Такие системы отслеживают состояние двигателя и корректируют подачу топливной смеси: к примеру, при холостом ходе ее объемы сводятся практически к минимуму, поскольку топливо в больших количествах не требуется.

Приводы ГРМ

В зависимости от конструктивных особенностей двигателя автомобиля и газораспределительного механизма в частности количество приводов и их тип могут меняться.

• Цепной привод. Нескольким ранее данный привод был самым распространенным, однако и сейчас используется в ГРМ дизеля. При такой конструкции распределительный вал располагается в головке блока цилиндров, а в движение приводится посредством цепи, ведущей от шестерни. Минус такого привода – сложный процесс замены ремня, поскольку находится он внутри двигателя с целью обеспечения постоянной смазки.
• Шестеренчатый привод. Устанавливался на двигатели тракторов и некоторых автомобилей. Очень надежный, но при этом крайне сложен в обслуживании. Распределительный вал такого механизма находится ниже блока цилиндров, благодаря чему шестерня распредвала цепляется за шестерню коленчатого вала. Если привод ГРМ такого типа приходил в негодность, двигатель меняли практически полностью.
• Ременной привод. Самый популярный тип, устанавливается на бензиновые силовые агрегаты в легковых автомобилях.

Плюсы и минусы ременного привода

Ременной привод получил свою популярность за счет своих преимуществ по сравнению с аналогичными видами приводов.

• Несмотря на то что производство таких конструкций сложнее, чем цепных, стоит она значительно дешевле.
• Не требует постоянной смазки, благодаря чему привод был вынесен на внешнюю сторону силового агрегата. Замена и диагностика ГРМ в результате этого значительно облегчились.
• Поскольку в ременном приводе металлические части не взаимодействуют друг с другом, как в цепном, то уровень шума в процессе его работы снизился в разы.

Несмотря на большое количество плюсов, есть у ременного привода и свои минусы. Срок эксплуатации ремня в несколько раз ниже, чем цепи, что становится причиной частой его замены. В случае обрыва ремня с большой вероятностью придется делать ремонт всего двигателя.

Последствия обрыва или ослабления ремня ГРМ

В случае если цепь ГРМ рвется, повышается уровень шума во время работы двигателя. В целом такая неприятность не становится причиной чего-то невыполнимого в плане ремонта, в отличие от ремня газораспределительного механизма. При ослаблении ремня и его перескакивании через один зуб шестерни происходит небольшое нарушение нормального функционирования всех систем и механизмов. В результате это может спровоцировать снижение мощности двигателя, увеличения вибрации при работе, затрудненный запуск. В случае если ремень перескочил сразу через несколько зубов или вовсе порвался, последствия могут быть самыми непредсказуемыми.

Самый безобидный вариант – это столкновение поршня и клапана. Силы удара будет достаточно для изгиба клапана. Иногда ее хватает для изгиба шатуна или полного разрушения поршня.

Одной из самых серьезных поломок автомобиля является обрыв ремня ГРМ. Двигатель в таком случае придется либо подвергать капитальному ремонту, либо полностью менять.

Обслуживание ремня ГРМ

Уровень натяжения ремня и его общее состояние – один из самых часто проверяемых при техническом обслуживании автомобиля факторов. Периодичность проверки зависит от конкретной марки и модели машины. Процедура контроля натяжения ремня ГРМ: двигатель осматривается, снимается защитный чехол с ремня, после чего последний проверяется на скручивание. Во время этой манипуляции он не должен проворачиваться более чем на 90^{градусов. В противном случае ремень натягивается при помощи специального оборудования.}

Как часто проводится замена ремня ГРМ?

Полная замена ремня производится каждые 50-70 тысяч километров пробега автомобиля. Ее могут проводить и чаще в случае повреждения или появления следов расслоения и трещин.

В зависимости от типа ГРМ меняется и сложность процедуры замены ремня. На сегодняшний день в автомобилях используются два типа механизма газораспределения – с двумя (DOHC) или одним (SOHC) распределительными валами.

Замена газораспределительного механизма

Для того чтобы провести замену ремня ГРМ типа SOHC, достаточно иметь под рукой новую деталь и набор отверток и ключей.

Сперва снимается защитный чехол с ремня. Крепится он либо на защелки, либо на болты. После снятия чехла открывается доступ к ремню.

Прежде чем ослаблять ремень, выставляются метки ГРМ на шестерне распредвала и коленвале. На коленчатом вале метки размещаются на маховике. Вал проворачивают до тех пор, пока метки ГРМ на корпусе и на маховике не совпадут друг с другом. Если все метки совпали друг с другом, приступают к ослаблению и снятию ремня.

Для того чтобы снять ремень с шестерни коленчатного вала, необходимо демонтировать шкив привода ГРМ. С этой целью автомобиль поднимается домкратом и с него снимается правое колесо что дает доступ к болту шкива. На некоторых из них находятся специальные отверстия, через которые можно зафиксировать коленвал. Если их нет, то вал фиксируют на одном месте, устанавливая в венец маховика отвертку и упирая ее в корпус. После этого снимается шкив.

Доступ к ремню ГРМ полностью открывается, и можно приступать к его снятию и замене. Новый одевается на шестерни коленвала, затем цепляется за водяной насос и одевается на шестерни распредвала. За натяжной ролик ремень заводят в самую последнюю очередь. После можно возвращать все элементы на место в обратном порядке. Останется только натянуть ремень при помощи натяжителя.

Прежде чем запускать двигатель, желательно провернуть несколько раз коленчатый вал. Делают это для проверки совпадения меток и после проворачивания вала. Только после этого запускается двигатель.

Особенности процедуры замены ремня ГРМ

На автомобиле с системой DOHC ремень ГРМ заменяется немного по-другому. Сам принцип смены детали аналогичен вышеописанному, однако доступ к ней у таких машин сложнее, поскольку имеются закрепленные на болтах защитные чехлы.

В процессе совмещения меток стоит помнить о том, что распределительных валов в механизме два, соответственно, метки на обоих должны полностью совпасть.

У таких автомобилей, помимо направляющего ролика, имеется и опорный ролик. Однако, несмотря на наличие второго ролика, ремень заводится за направляющий ролик с натяжителем в самую последнюю очередь.

После того как новый ремень будет установлен, проверяется соответствие меток.

Одновременно с заменой ремня меняются и ролики, поскольку их срок эксплуатации совпадает. Также желательно проверить состояние подшипников жидкостного насоса, чтобы после проведения процедуры установки новых деталей ГРМ выход из строя помпы не стал неприятной неожиданностью.

DOHC

Двигатель внутреннего сгорания (ДВС) и технологии ГРМ, конструкция и особенности моторов системы OHV, OHC, SOHC, DOHC.

Его величество ДВС, король мотор 20 века, что ждет его в 21 веке! Не секрет, что на мощность и КПД двигателя на жидком топливе влияет Наполнение цилиндра топливовоздушной смесью. Инженеры прекрасно понимали, что обычный привычный ДВС — Двигатель внутреннего сгорания, будет постоянно совершенствоваться и форсироваться без предела и времени его жалкие менее 30% возможности технологично не реализованы даже сегодня и далее может быть еще совершеннее.  О типах ДВС поговорим в другой статье а сейчас, 4 тактные ДВС которые имеют по 4 цилиндра на мотор, двумя и более клапанами на цилиндр, заняли самое массовое и важное место в АВТО жизни 20 и 21 века и модернизировались вплоть до сегодняшних дней и еще будут долго совершенствоваться, как минимум в этом столетии. Первоначально распредвал — Распределительный Вал, это элемент распределительного механизма в виде вала, на котором размещены кулачки, которые через специальные устройства придают определенное движение клапану по заданному алгоритму.  Клапаны впускных и выпускных каналов, находились первоначально в блоке цилиндров, или возле блока в нижнем расположении так сказать,  по тому и тип такой системы прозвали. OHV,— OverHead Valve с нижним положением клапанов, иногда пишут I-Head, или Pushrod (с толкателями). Привод клапанов — приводиться в действие штангами-толкателями, через рокер (коромысла). Изобретена Дэйвидом Данбаром Бьюиком (David Dunbar Buick).

эволюция разделила клапана по сторонам, впуск и выпуск и подняла клапана выше уровня блока, что приводило к уменьшению температуры и повышению КПД, надежности и мощности, кроме того в ГБЦ появилась возможность использовать специальные дополнительные возможности, фазы газораспределения правильнее ГРМ с изменяемыми фазами газораспределения примеры: CVVT- (Continuous variable valve timing) Система бесступенчатого изменения фаз газораспределения (CVVT) или ГРМ с изменяемыми фазами газораспределения, работает по принципу регулирования момента  открытия и закрытия клапанов в соответствии со скоростью вращения коленчатого вала и зависимости от нагрузки. Каждый производитель по разному реализовал такой принцип в системах: Dual VVT, DVVT, VTEC и i-vtec, vvt-i и vvtL-i, VANOS и Double VANOS, VVC, MIVEC, CVTCS…. о которых мы поговорим позднее. Таким образом над БЦ — Блоком Цилиндров появился вполне определенный элемент конструкции  ДВС ГБЦ головка блока цилиндров, которая имела впускной и выпускной тракты с клапанами и механизмом ГРМ – газораспределительный механизм.

TURBO OHV дала вторую жизнь, старым забытым мускульным моторам

Таким образом ДВС с верхнеклапанными механизмом с распредвалом в ГБЦ головке блока цилиндров получил название OHC. Точнее сказать, ГБЦ типа SOHC — Single OverHead Camshaft, что означает один распредвал и клапанами в головке блоке цилиндров. Который практически сходу стал самым простым и популярным типом ГБЦ 70-90 годов.

Гонка повышения объема и формула: «больше воздуха + больше топлива» на цилиндр, цель которой погоня за мощностью, была в свою очередь остановлена именно прогрессом науки и новых технологий. Так, как большой громадный поршень всегда вызывает большое трение о стенки гильзы цилиндра, увеличивает перегрев, к тому же он имеет довольно большую массу и соответственно значительно снижает ресурс двигателя. Куда интереснее повысить обороты ДВС, но это очень высокотехнологичные изменения конструкции ДВС и наукоемкая работа, зато снижение трения позволяет выйти на высокие обороты, где имеется приличный запас мощности Повышение оборотов не нашло в 20 веке широкого применения, кроме спорта. Что если добавить на один коленвал еще два цилиндра, или еще три, четыре… и соответственно столько же ГБЦ? Полезный рабочий Объем изменится и повысится Крутящий Момент и мощность естественно, но есть одно но мотор станет больше и массивнее и прожорливее конечно.

Для малолитражек это был не выход.  Поменять прямолинейное расположение  цилиндра в блоке и вместо R-рядного двигателя можно получить, более компактный V-образный, либо оппозитный H-образный, можно сделать и радиальный двигатель, конечно непременное условие, полностью меняется конструкция двигателя, что влечет его за собой затраты производства и высокую цену. Есть еще один шаг! Допустим Мы увеличим клапан и проходное сечение канала ГБЦ. Хорошая идея, которая постоянно применяется при тюнинге ДВС, но больший по размеру клапан имеет массу значительно больше оригинала, инерционно не позволяет быстро крутить мотор, тем более вызывает большое трение на направляющей. Что делать? Увеличение диаметра канала также упирается в размер рубашки охлаждения.

А если добавить третий клапан, или четвертый, а может быть даже пятый клапан и все на один цилиндр, газодинамика станет ярче, отдача увеличится, этот факт имел место в развитии технологий.  Именно так поступили многие производители. Используя различные схемы и конструкцию исполнительных механизмов. Распредвал, или Распределительный вал — основная деталь газораспределительного механизма сокращенно (ГРМ), который выполняет функции эффективной синхронной работы впуска и выпуска, а так же тактов работы двигателя внутреннего сгорания (ДВС), стал изменяться и вместо привычных 8 кулачков появились12, 16 и т.д., но был и другой способ: например раздвоить рокер. Тогда  получается на один кулачек, два клапана на впуске, что обеспечивало лучшее наполнение и один выпускной вполне удовлетворяющий возможность выпуска отработанных газов.

На фото SOHC 8 valve 8 клапанный тип с одним распредвалом и SOHC 12 valve 12 клапанный

Механизм газораспределения, в разных марках автомобиля был схожим, для улучшения газодинамики в ГБЦ поначалу ставили увеличенные клапаны и впускные и около 75% размера от диаметра впускного выпускные клапаны. Громоздкая ограниченная рубашкой и прочими условиями конструкция стала развиваться и эволюционизировать, начали ставить два впускных и один выпускной клапан, это повышало продувку цилиндра, снижала температуру и положительно влияло на мощность и и КПД,

Такие приемы давно уже использовали такие известные марки автомобилестроения, как DODGE, SUZUKI,

SUBARU, HONDA, OPEL, MINI, HUNDAY, MITSUBISHI и другие фирмы, применяли, далее речь шла не о трех клапанах, а о четырех клапанах  на цилиндр, в 4 цилиндровых моторах появились 16 клапанов и при том на одном распредвале особенно эту волну подхватили Сузуки, Хонда, Митсубиши, Субару и Тоета, хорошие мощностные характеристики при малый объеме и расходе топлива, стали приветствовать покупатели японских автомобилей. ПРи всем при этом появлялись дополнительные возможности по применению VTEC, MIVEC, VVTi и т.д.

На фото SOHC 12 valve 12 клапанный тип с одним распредвалом и SOHC 16 valve 16 клапанный

SOHC 12 и шестнадцати клапанный, на одном распредвале в головке блока цилиндров двигатель стал нормой и культом среди авто производителей.   На практике реализовано множество конструкций ГБЦ с такими конструкционными особенностями. По роду деятельности слышал про то, что на Украине в 2005 году собираются сделать 12 клапанный ДВС МЕМз нового уровня, то есть мотор МЕМз 307 будет полностью переработан, новый блок с большим объемом и новая одновальная голова блока цилиндров с 3 клапанами на цилиндр. Я еще спросил у конструкторов неужели доживем и до 16 клапанов ЗАЗа? Но в жизни я пока такого мотора не встретил и навряд-ли он появится вообще. Так, что же это такое одновальный 12, или 16 клапанный мотор, который появился от китайского брата ЧЕРИ в новом ЗАЗе Форза? Мы привыкли, к DOHC два распредвала и нет вопросов. Но довольно дорого по деньгам, по тому принципиально было разместить на одном валу, дополнительные исполнительные механизмы клапанов и осуществлять по алгоритму, передачу через рокера на клапаны, не забывая про привычные пружины тарелки и т.д. Как бы банально не выглядел такой механизм, он долго шефствовал на флагманах митсубиши. Потом клонируясь в Хюндай и Китай всех мастей. 12 клапанами на цилиндр ГБЦ не ограничилась и не только впускные клапана, но и выпускные клапана присели на такую же идею и 16 клапанный двигатель SOHC — ДВС с одним распределительным валом и клапанами в головке блока цилиндров (Overhead Camshaft; или, SOHC — Single OverHead Camshaft).

Основная идея DOHC – ДВС с двумя распределительными валами и клапанами в головке цилиндров (Double Overhead Camshaft). Идея проста  нужно поместить распределительные валы, над каждым рядом (впускных и выпускных) клапанов и отказаться от передачи через кулачки от — коромысел, штанг, рокеров и т.п. посредников, используя прямые толкатели. Зачем?

А, что бы каждый клапан сделать еще легче, пусть их будет на цилиндр не два, а больше. Они будут легкие, чем стоковые клапана. И даже при увеличении оборотов в полтора раза на пружины станут приходиться существенно меньшие нагрузки, вот вам и возможность крутить мотор выше.» Заглянем в сегодняшний мир новейшего авто ЗАЗа, там то же 16 клапанный двс.

ZAZ FORZA (ФОРЗА) новое поколение ЗАЗа, на платформе китайского ЧЕРИ А11(13). А откуда ЧЕРИ? А от Хундая, тот в свою очередь от РОДИТЕЛЯ этого движения MITSIBISHI motors,которые сотрудничало с ДОДЖ и хотя нам утверждают, что мотор австрия, но ацтеко лишь довел мотор до 107 сил, при ЕВРО-4 не более. Собственно Кольт образца 2010 в красивой китайской упаковке? Это и есть новейший ультра ZAZ с евро4, которая в купе с неадекватно длинной коробкой, явно замедляют динамику.

И, что же под капотом этого стильно чуда ЧЕРИ А13 типа ЗАЗ ФОРЗА. Все тот же МИстубиши по лицензии.

МИВЕК там отсутствует напрочь, все проще то, что было десять лет назад у митсубиши хорошо пригодиться новому ЗАЗу. 1,5 мотор 16 клапанов, 108 ps ОГО! Сил, но вялая динамика разгона.

Отсталая КПП, с довольно длинными передачами? А зачем? А, что бы экономить и меньше нагружать китайский Автопром выпуском новых запчастей. Собственно меньше-ли будет есть литров из-за такого подбора передач, это еще вопрос стиля вождения. Да конечно ПЕРВЫЙ БЛИН, всегда, первый, итак звучит гордо ЗАЗ ФОРЗА, форса форсаж типа, но пока слабенький форсаж в отиличие от киайцев,

наверное будет версия посильнее и с АКПП. ВАЗу нанесен очередной удар, при том более технологичным способом, все таки у нас «япона мать китайская» заграничная платформа, а ВАЗа все блудила по старому Опелю с Косвордом 30 летней давности и стремилась к 2,0 «Орлу» OPEL. Время покажет, кто их ху…, как говорят американцы, а Мы вернемся к моторам. Итак типа ВАЗ из МЕМз 8 клапанов, он же Митсубиши.

Красивый дизайн Автомобиля ЗАЗ Форза ZAZ Forza новый интересный но народным стать ему пока не суждено, как Ланосу понадобятся годы.

ВАЗ перекинулся через ступень 12 клапанов сразу на 16, а чего бабок у завода прилично, че там мелочится. А Хундай к примеру «Пони» прошел такую цепочку в своем развитии, имея в ряду чудо 12 клапанной техники. Как видим не так сложно, но куда интереснее выглядит на одном распредвале 16 клапанов. Картина для сущности процесса в действии. Вполне работоспособная комбинация нашла свое воплощение в жизни.

Заметим, что при обрыве ремня ГРМ шансы загнуть клапана и встретить поршень на вынос с кулаком дружбы из Шатуна! абсолютно аналогична DOHC, с той лишь разницей, что при замене ГРМ ремня и шестеренок будет на одну меньше, чем у донс. Все таки экономичность присутствует у ЗАЗа традиционно. Итак подводя итог новому ЗАЗу мы рады, но он дорогОЙ 90 000 грн это около 11 000 $ честно не мало по сравнению с той же Калина. Поживем с полгода и увидим насколько китайский автопром «надежный» на новом детище АВТОЗАЗ. Статья может быть интереснее

если показать примеры например 5 клапанов на цилиндр, на тех же 4 цилиндрах, которые между прочим наиболее часто встречаются на группе VW-Audi Scoda 20valve,
собственно отношение проходного сечения клапана к наполнению цилиндра имеет первостепенное значение, особенно для повышения мощности. Пять клапанов на цилиндр далеко не предел, можно и шесть и даже восемь клапанов на цилиндр, вот пример четыре цилиндра V4 32valve вот такая реальность жизни.

Газораспределительный механизм Википедия

О газораспределительных механизмах карбюраторных двухтактных двигателей см. Двухтактный двигатель

Разрез по цилиндру двигателя с двухвальным ГРМ типа DOHC

Газораспределительный механизм (ГРМ) — механизм, обеспечивающий впуск и выпуск рабочего тела в двигателях внутреннего сгорания. Может иметь как фиксированные фазы газораспределения, так и регулируемые в зависимости от частоты вращения коленвала и других факторов.

Чаще всего состоит из распределительного вала — или нескольких валов — и механизмов привода к ним, клапанов, открывающих и закрывающих впускные и выпускные отверстия в камерах сгорания, и передаточных звеньев — толкателей, штанг, коромысел и некоторых вспомогательных деталей (регулировочных элементов, клапанных пружин, системы поворота клапанов и проч.) В некоторых конструкциях система распределения представлена вращающимися или качающимися распределительными гильзами или золотниками.

Система привода распределительного вала четырёхтактного двигателя в любом случае обеспечивает его вращение с угловой скоростью, равной 1/2 угловой скорости коленвала^[1].

Характеристики ГРМ

Влияние выбранных фаз газораспределения на наполнение

1. Сопротивление впускного и выпускного трактов, ограничивающее быстроходность и снижающее наполнение на более высоких оборотах. Определяется пропускными сечениями клапанов и патрубков, шероховатостью каналов, их изгибом, настройкой (инерционный наддув). При росте сопротивления пики максимума наполнения сдвигаются в область меньшего числа оборотов, что ограничивает мощность ДВС^[2].
2. Настройки фаз газораспределения (углы опережения открытия впускных и выпускных клапанов/золотников, углы запаздывания закрытия). Эти настройки позволяют частично компенсировать сопротивление впускных и выпускных трактов, сместив максимум наполнения цилиндров от нулевой частоты вращения (при нулевых углах) до частоты, заданной конструктором. Обычно, максимум наполнения соответствует максимуму крутящего момента. На рисунке представлены кривые, соответствующие VVT (1), тихоходной настройке (2), настройке примерно на 0,5 максимальной частоты вращения (3), и скоростной настройке (4)^[3].
3. Возможность получения компактной камеры сгорания (минимальных размеров) и низкой температуры в районе догорания топливной смеси (искровые ДВС). Это позволяет иметь меньше всего газов в области гашения пламени (что снижает выбросы), и улучшить экономичность^[4].
4. Коэффициент остаточных газов, возможность турбулизации заряда; простота, дешевизна, надёжность, габариты и общая масса деталей.