Газораспределительный механизм. Назначение и устройство ГРМ

В легковом автомобиле двигатель не сможет функционировать должным образом без четкой и слаженной работы ГРМ. Он отвечает за своевременный впрыск горючего в цилиндры, а также выводит из системы отработанный газ. Еще одна важная особенность - метки ГРМ. Нужно четко соблюдать их, в противном случае впрыск и выпуск газов собьются.

Это устройство обладает сложной конструкцией. ГРМ состоит из таких деталей и механизмов: приводные элементы, распределительный вал и распределительная шестерня, элементы привода клапана, непосредственно клапан и пружины, а также направляющие втулки. Работа газораспределительного механизма синхронизируется с зажиганием и впрыском.

Распределительный вал

Работа распределительного вала заключается в том, чтобы открывать клапаны в том порядке, который необходим для правильного функционирования двигателя. Для производства этих деталей используют чугун либо же специальную сталь. Чтобы уменьшить износ детали, ее поверхности закаляются при помощи тока высокой частоты, при этом они нагреваются.

Есть два места, в которых может располагаться распредвал. Это либо картер двигателя, либо головка блока цилиндров. Также есть варианты двигателей, когда в головке находятся сразу два распредвала (многоклапанные ДВС). Вращается распредвал на специальных опорных шейках.

Классификация двигателей в зависимости от числа распредвалов

В зависимости от количества распредвалов двигатели подразделяют на двойные (DOHC - Double Overhead Camshaft) и одинарные (SOHC - Single Overhead Camshaft). Если рассматривать двигатель типа DOHC, то там один распредвал управляет впускными, а другой - выпускными клапанами. В SOHC эти функции выполняет один распредвал.

Привод клапанов выполняется с помощью кулачков, которые закреплены на распредвале. Их число напрямую зависит от количества клапанов. В зависимости от конструкции двигателя оно может колебаться от двух до пяти на один цилиндр. Есть различные конфигурации клапанов: два впускных и один выпускной, по два каждого типа, три впускных и два выпускных. Форма же кулачков отвечает за то, как именно будет открываться и закрываться клапан, время его открытия и высоту подъема.

Привод распредвала: общая информация

Привод распредвала от коленвала может осуществляться тремя различными способами: с помощью ремня (ременная передача), цепи (цепная передача), а если конфигурация двигателя предусматривает нижнее расположение распредвала, то с помощью зубчатых шестеренок. Самым надежным по праву считается именно цепной привод, но он отличается сложностью конструкции и высокой ценой. Ременной же привод гораздо проще, но и ресурс работы у его ремня ниже, а если тот порвется, последствия могут быть плачевными.

Если ремень обрывается, то работа распредвала останавливается, а коленвал продолжает работать. Чем же это грозит? Если двигатель многоклапанный, то при работе поршни будут ударяться о клапаны, которые остаются в открытом состоянии. Это может не только повредить стержни, но и направляющие втулки. Может даже разрушиться сам поршень. В простых двуклапанных двигателях такой проблемы нет, поэтому там ремонт ограничивается всего лишь заменой ремня.

Если обрывается ремень газораспределительного механизма на дизельном двигателе, то последствия будут еще тяжелее, чем на бензиновом. Поскольку камера сгорания находится в поршнях, у клапанов очень мало места. Так что если клапан зависает в открытом положении, то разрушаются на только стержни и втулки, но и распредвал, подшипники, толкатели, есть высокий шанс деформации шатунов. А если ремень обрывается на высоких оборотах, то можно даже повредить блок цилиндров.

Привод газораспределительного механизма: разновидности

В зависимости от расположения распредвала существует несколько видов привода ГРМ. Если распредвал имеет нижнее расположение, то усилие на клапаны передается с помощью толкателей, штанг и коромысел. Если же распредвал находится вверху, есть три варианта работы привода: коромыслами, толкателями и рычагами.

Коромысла также называют рокерами или роликовыми рычагами, они изготавливаются из стали, крепятся на ось, которая установлена в головке цилиндра на стойки. Коромысла упираются в кулачки распредвала, а также воздействуют на торец стрежня клапана. Для того чтобы уменьшить трение во время их работы, в отверстие запрессовывают специальную втулку.

Если распредвал располагается над клапанами, то они приводятся в движение посредством рычагов. Кулачки распредвала воздействуют на стержень клапана. Есть разновидности ГРМ, в которых ставится гидрокомпенсатор между рычагом и клапаном. Такие экземпляры не требуют регулировки зазора.

В третьем варианте распредвал воздействует непосредственно на сам толкатель клапана. Толкатели бывают механическими, гидро- и роликовыми. Первые практически не используют, так как они слишком шумные, а также требуют регулировки зазора. Самым популярным является второй тип, поскольку гидротолкатели не требуют такой регулировки и работают на порядок тише. Они действуют на основе моторного масла, оно постоянно заполняет внутренние полости и таким образом смещает поршень при появлении зазора.

Часто роликовые толкатели используют в форсированных двигателях, так как они улучшают динамику за счет снижения трения. Все дело в том, что при взаимодействии кулачок катится по толкателю, а не трется, так как в том месте расположен ролик.

Клапаны

Клапанное распределение получило наибольшее распространение в силу своей простоты и высокой надежности. Оно позволяет наиболее эффективно воплощать в жизнь назначение газораспределительного механизма.

Задача клапанов - это открытие впускных и выпускных каналов в определенное время. Сам клапан имеет довольно простое строение - головка и стержень. Для впускных и выпускных клапанов головки имеют разные диаметры. Поскольку выпускные при работе нагреваются гораздо больше (так как они контактируют с отработанными нагретыми газами), их делают из теплоустойчивой стали.

На стержнях в верхней части есть выточка для крепления деталей клапанной пружины. Сами они изготовлены полыми, с наполнением из натрия (обеспечивается лучшее охлаждение). Стержни закреплены во втулках, которые делаются из металлокерамики или чугуна. Втулки, в свою очередь, запрессовываются в головки цилиндра.

Возможные неисправности в ГРМ

Так как газораспределительный механизм состоит из большого количества деталей, логично будет предположить, что существует большой риск его поломки. Среди самых распространенных причин можно выделить следующие:

- износ подшипников или толкателей клапана - можно определить по повышенному шуму мотора;

- неполадки с гидрокомпенсаторами - проявляются в виде стука при работе двигателя;

- прогорание клапанов или образование нагара в системе;

- износ сальников клапана - масло попадает в систему и начинает сгорать в цилиндрах;

- износ ремня или цепи ГРМ - падает мощность двигателя, он шумит, происходят сбои в фазах работы.

Стоит сказать, что на современных авто ГРМ выполнен достаточно качественно, это значительно повышает его эксплуатационный срок. Ведь если, например, взять газораспределительный механизм ВАЗ 2106, то можно увидеть, что он нуждался в постоянном уходе, регулировке клапанов и замене тех или иных деталей.

Признаки, по которым можно определить, что газораспределительный механизм неисправен, - это посторонние звуки в выпускном и впускном трубопроводах (хлопки или шум), уменьшение компрессии, металлический стук или падение мощности двигателя. Появление этих признаков сигнализирует о том, что ГРМ неисправен и необходим его ремонт.

Рабочий цикл двигателя и ГРМ

По стандарту рабочий цикл ДВС осуществляется за 2 поворота коленвала. В этот промежуток времени должны открыться и закрыться в определенной последовательности клапаны каждого цилиндра. Поэтому распредвал всегда вращается медленнее, чем коленвал. Соответственно, размеры шестерен у этих валов разные (у распредвала больше). Клапаны же открываются в зависимости от направления и движения цилиндров в двигателе. То есть во время такта впуска впускные клапаны открыты, и наоборот - при выпуске они закрыты. Именно с этой целью на шестерни наносятся метки ГРМ.

Газораспределительные фазы

Теория говорит, что клапаны должны открываться в моменты прохождения цилиндров через мертвые точки. Но поскольку процесс инерционен, а также при учете повышенных оборотов коленвала, этого времени явно недостаточно для впрыска смеси и выпуска отработанных газов. Поэтому впускной клапан открывается еще до того как цилиндр займет положение в верхней мертвой точке (с упреждением примерно 9-24 градуса поворота коленвала), а закрытие происходит во время прохождения цилиндром нижней мертвой точки (упреждение 51-64 градуса).

Выпускной клапан открывается примерно за 44-57 градусов до того как цилиндр займет положение в нижней мертвой точке. Закрывается он примерно на 13-27 градусах прохождения ее цилиндром.

В процессе работы двигателя бывают моменты, когда открыты оба клапана. Это положение предназначено для продувки цилиндров свежей горючей смесью с целью их очистки от излишних продуктов сгорания. Оно называется перекрытием клапанов.

Моменты, когда происходит открытие или закрытие клапана относительно мертвых точек, называются фазами газораспределения, они рассчитываются в градусах поворота коленвала.

Ремонт газораспределительного механизма

Естественно, что такая важная часть автомобиля, как ГРМ, просто не потерпит небрежного обращения. Конечно, газораспределительный механизм двигателя - достаточно надежный узел, но даже его можно сломать полностью. Одной из причин поломок может стать некачественный ремонт. Поэтому стоит внимательно относиться к этому.

Что нужно знать?

Первое, что нужно знать, перед тем как проводить ремонт газораспределительного механизма своими руками, - то, что его выполнить очень трудно. Для этого нужны технические навыки, которые вряд ли есть у обычного автомобилиста. Также будут необходимы определенные инструменты, которые можно найти далеко не в каждом гараже. Да и любое неосторожное движение может вызвать последствия, которые окажутся гораздо хуже, чем первоначальная поломка. Поэтому всегда стоит доверять ремонт ГРМ своего автомобиля только проверенным специалистам.

Устройство газораспределительного механизма таково, что чаще всего в процессе его эксплуатации выходят из строя движущиеся части: клапаны, кулачки, распредвал. Ели повреждения или неисправности не критические, вполне можно обойтись и без замены каких-либо деталей. Но если они будут серьезными, нужно быть готовым тратить деньги на покупку и установку новых запчастей. Определенную сумму придется также выложить и за саму процедуру ремонта.

Полезные советы

Как и любая другая техника, автомобиль может работать долго и безотказно, если его правильно эксплуатировать. И наоборот, небрежное обращение с ним только увеличит шанс поломок.

Газораспределительный механизм - это одна из важнейших частей, без которых двигатель не сможет функционировать. Поэтому забота о нем - фактор, который не стоит упускать из виду.

Как же уберечь ГРМ от поломок?

Во-первых, всегда нужно использовать только качественное топливо. Если оно будет с посторонними примесями, могут засориться выходы клапанов, будет давать перебои двигатель. То же самое касается и комплектующих - бракованные запчасти долго не проработают и нанесут только вред. Так что всегда стоит выбирать для своего авто только лучшие детали и расходные материалы.

Не менее важный фактор - правильная эксплуатация. Не стоит подвергать автомобиль перегрузкам, которые будут вредными для него. Перегрев двигателя, работа с неисправными узлами, длительная эксплуатация без техобслуживания снижают срок работы машины и разрушают ее узлы и детали. Поэтому правилами эксплуатации авто также не стоит пренебрегать.