Устройство газораспределительного механизма двигателя внутреннего сгорания: назначение, принцип работы

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

Что такое газораспределительный механизм.

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

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

Типы газораспределительных механизмов

По типу ГРМ делятся на:

1. клапанные;
2. золотниковые.

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

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

Из чего состоит ГРМ

Устройство газораспределительного механизма состоит из:

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

Распределительный вал 4-х тактного двигателя внутреннего сгорания

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

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

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

Толкатели

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

Виды толкателей клапанов:

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

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

Штанги

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

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

Коромысло или рокер ГРМ

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

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

Впускные и выпускные клапаны

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

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

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

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

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

Материал выпускного клапана — жаропрочная сталь.

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

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

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

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

Привод распредвала

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

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

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

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

Принцип действия газораспределительного механизма

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

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

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

Классификация ГРМ

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

1. По расположению распределительного вала :

2. По количеству распределительных валов :

— один распредвал (SOHC — Single OverHead Camshaft)

— два распредвала (DOHC — Double OverHead Camshaft);

3. По числу клапанов – 2, 3, 4, 5;

4. По приводу распределительного вала :

— цепной привод от коленчатого вала;

— шестеренчатый привод от коленчатого вала;

— ременной привод коленчатого вала.

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

Устройство газораспределительного механизма

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

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

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

Виды толкателей: роликовые, цилиндрические, грибовидные.

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

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

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

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

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

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

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

4. Штанги

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

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

5. Коромысло

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

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

6. Привод распределительного вала

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

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

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

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

Р азличают клапанные и золотниковые механизмы газораспределения. В четырехтактных двигателях газообмен осуществляется с помощью клапанов. В двухтактном двигателе газообмен происходит под действием поршня, открывающего и закрывающего впускные и перепускные каналы, или посредством смешанной системы газораспределения.

К лапанные механизмы газораспределения (ГРМ) разделяют:

• по месту установки клапанов — верхнее расположение клапанов в головке блока цилиндров и нижнее — в блоке цилиндров;
• по месту установки распределителыюго вала — верхнее и нижнее;
• по виду привода распределительного вала — зубчатый (шестеренчатый), цепной и ременный.

М еханизм газораспределения включает в себя привод, распределительный вал, толкатели, штанги, коромысла и клапанный механизм.

К лапанный механизм состоит из клапанов, направляющих втулок, седел, клапанов, возвратных пружин с нижней и верхней опорными тарелками, сухарей, механизмов поворота клапана.

Р аспределительный вал предназначен для своевременного открытия клапанов. Также он осуществляет привод (в карбюраторных двигателях) топливного насоса, масляного насоса, прерывателя тока низкого напряжения и датчика ограничителя максимальной частоты вращения коленчатого вала.

Р аспределительный вал имеет: коренные (опорные) шейки; кулачки, расположение которых на валу обусловлено числом клапанов на цилиндр и последовательностью их открытия в зависимости от порядка работы двигателя, схемы привода, фазы газораспределения; зубчатое колесо привода прерывателя-распределителя и масляного насоса; эксцентрик привода топливного насоса. На переднем конце вала имеется шейка со шпоночным пазом под зубчатое колесо и резьбой для ее крепления.
Для восприятия осевых усилий от косозубых зубчатых колес при нижнем расположении распределительного вала используются стальные упорные фланцы. С одной стороны во фланец упирается ступица зубчатого колеса привода, а с другой — торец передней опорной шейки распределительного вала. Необходимый осевой зазор при этом обеспечивается распорным кольцом, установленным между ступицей зубчатого колеса и шейкой вала. Ширина кольца на 0,1-0,2 мм больше толщины фланца.

Притирка клапанов обеспечивают

лучшую герметичность.

Как проводится притирка клапанов

В процессе работы двигателя клапаны и

детали привода клапана нагреваются,и..

Уход за механизмом

газораспределения двигателя

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

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

Принцип действия газораспределительного механизма

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

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

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

Классификация ГРМ

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

1. По расположению распределительного вала :

2. По количеству распределительных валов :

— один распредвал (SOHC — Single OverHead Camshaft)

— два распредвала (DOHC — Double OverHead Camshaft);

3. По числу клапанов – 2, 3, 4, 5;

4. По приводу распределительного вала :

— цепной привод от коленчатого вала;

— шестеренчатый привод от коленчатого вала;

— ременной привод коленчатого вала.

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

Устройство газораспределительного механизма

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

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

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

Виды толкателей: роликовые, цилиндрические, грибовидные.

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

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

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

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

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

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

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

4. Штанги

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

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

5. Коромысло

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

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

6. Привод распределительного вала

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

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

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

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

Механизм газораспределения служит для своевременного впуска в цилиндры двигателя горючей смеси (бензиновые двигатели) или воздуха (дизельные двигатели) и выпуска из них отработавших газов в соответствии с требованиями рабочего процесса в каждом из цилин­дров двигателя.

Общее устройство и принцип работы механизма газораспределения рассмотрен на примере механизма двигателя ВАЗ.

Рис. Газораспределительный механизм

Газораспределительный механизм состоит из распределительного вала 7, который может иметь цепной или ременной привод, рычагов (коромысел) 5, количество которых равно количеству клапанов, впускных и выпускных клапанов 1, направляющих втулок 2, устанавливаемых в головке блока и удерживающихся в ней с помощью стопорных колец, маслосъемных колпачков, опорных шайб, пружин 3, тарелок 4, сухарей, регулировочных болтов 9, вворачиваемых в резьбовые втулки 10 установленные в головке блока. Чтобы болты не отвернулись во время работы двигателя, их контрят с помощью гаек. Для фиксации и возврата рычагов в исходное положение предусмотрены пружины 8. В головке блоке предусмотрено специальное гнездо для посадки клапана 11.

При вращении распределительного вала его кулачок набегает на рычаг 5, который, поворачиваясь на сферической опоре регу­лировочного болта 9, другим концом нажимает на стержень клапана и откры­вает отверстие, сообщающее ка­меру сгорания ци­линдра с впуск­ным (впускной клапан) или вы­пускным (выпуск­ной клапан) тру­бопроводом. При дальнейшем пово­роте вала кулачок сходит выпуклой частью с рычага, который при по­мощи пружины 8 возвра­щается в исходное положение, а кла­пан под действи­ем пружин закрывается.

Типы привода клапанов

Существует несколько вариантов передачи силового воздействия с кулачков распределительного вала на стержни клапанов (т. е. типов привода клапанов):

Рис. Привод клапанов через штангу и коромысла:
1 – седло клапана; 2 – клапан; 3 – маслоотражательный колпачок; 4,5 – клапанные пружины; 6 – тарелка пружины; 7 – сухарь; 8 – коромысло; 9 – регулировочный винт; 10 – гайка регулировочного винта; 11 – штанга; 12 – опорная шайба пружин

Рис. Привод клапанов через коромысло:
1 – кулачок распределительного вала; 2 – коромысло; 3 – регулировочный винт; 4 – контргайка; 5 – зазор

Рис. Привод клапанов через коромысло и регулировочный эксцентрик:
1 – регулировочный эксцентрик; 2 – коромысло; 3 – кулачок распределительного вала

Рис. Привод клапанов через рычаг:
1 – кулачок распределительного вала; 2 – щуп для регулировки теплового зазора; 3 – рычаг; 4 – регулировочная гайка; 5 – контргайка; 6 – тарелка пружины клапана; 7 – пружина клапана; 8 – маслосъемный колпачок клапана; 9 – головка цилиндров; 10 – стержень клапана; 11 – направляющая втулка клапана

Рис. Привод клапанов двумя коромыслами от одного кулачка верхнего распределительного вала

Рис. Привод клапанов через чашечный толкатель:
1 – головка цилиндров; 2 – клапан; 3 – чашечный толкатель; 4 – корпус подшипника распределительного вала; 5 – кулачок распределительного вала; 6 – регулировочная шайба; 7 – маслосъемный колпачок клапана; А – тепловой зазор

Рис. Привод через два распределительный вала с гидравлическими толкателями

Без рубрики

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.

Газораспределительный механизм

Нормальная работа двигателя возможна только в том случае, если подача топливно-воздушной смеси в цилиндры и удаление отработанных газов производится в строго определенные моменты времени. Именно для решения этой задачи предназначен газораспределительный механизм (ГРМ), о котором пойдет речь в этой статье.

Назначение ГРМ

В любом двигателе — будь то двухтактный или четырехтактный, бензиновый или дизельный — подача топливно-воздушной смеси в цилиндры (или отдельно воздуха и топлива в случае дизеля), воспламенение топлива и выпуск отработанных газов происходят только при определенном положении поршня. Это довольно трудная задача, и для ее решения в двигателе предусмотрена отдельная система — газораспределительный механизм, или ГРМ.

Название ГРМ точно передает его назначение: эта система осуществляет распределение газов — топливно-воздушной смеси и отработанных газов — по цилиндрам в строго определенные моменты. Поэтому от работы ГРМ зависит работа всего двигателя, а также его основные характеристики — мощность, частота вращения коленвала, стабильность работы и другие.

Классификация ГРМ

Реализовать газораспределение можно разными способами, и мысль конструкторов моторов двигалась в нескольких направлениях. Поэтому сегодня существует несколько типов и видов ГРМ, которые, выполняя одну функцию, отличаются многими деталями.

Можно выделить два основных типа двигателей с ГРМ, имеющих принципиальные отличия друг от друга:

— Двигатели с нижним расположением распределительного вала — в блоке цилиндров;
— Двигатели с верхним расположением распределительного вала — в головке блока цилиндров.

Нижневальные моторы имели широкое распространение в прошлом, а сейчас новые модели автомобилей, на которых установлены такие двигатели, можно в буквальном смысле слова пересчитать по пальцам одной руки. Верхневальные моторы, напротив, почти полностью заняли современный автомобильный рынок и еще многие десятилетия будут удерживать свои позиции.

В свою очередь, двигатели с нижним расположением распредвала можно разделить на три вида:

— С нижним расположением клапанов (все клапаны установлены в блоке цилиндров). Использовались до 50-х годов прошлого века, сегодня не производятся;
— Со смешанным расположением клапанов (впускные клапаны — в головке блока цилиндров, выпускные — в блоке цилиндров). Использовались вплоть до 70-х годов прошлого века;
— С верхним расположением клапанов (все клапаны установлены в головке блока цилиндров). Этот вид моторов все еще широко применяется в грузовых автомобилях, а также на тяжелой технике, в том числе железнодорожной. В легковых авто эти двигатели применялись вплоть до 1970-х годов.

Двигатели с верхним расположением распределительного вала также делятся на два основных вида и несколько разновидностей:

— SOHC — двигатели с одним распределительным валом. Делятся на три разновидности в зависимости от привода клапанов — с коромыслами, рычагами и толкателями;
— DOHC — двигатели с двумя распределительными валами. Делятся на несколько разновидностей в зависимости от количества клапанов на цилиндр — 2, 3, 4 или 5.

В наше время легковые автомобили разных классов чаще всего оснащены двигателями с верхним расположением распределительного вала, построенными по схеме DOHC.

Ограниченное распространение (на некоторых моделях топовых спортивных автомобилей и мотоциклов) получил ГРМ, построенный по десмодромной схеме. В этом механизме применяются два распределительных вала, однако они, в отличие от традиционных двигателей, обеспечивают принудительное открытие и закрытие клапанов без использования пружин. Благодаря такой схеме решается проблема «зависания» клапанов вследствие инерционности пружины и удается развить обороты свыше критических 9000 об/мин.

Устройство и работа ГРМ

Любой газораспределительный механизм четырехтактных двигателей, независимо от типа и вида, имеет несколько основных частей:

— Клапанная группа;
— Привод клапанов;
— Распределительный вал (или валы);
— Привод вала.

Клапанная группа состоит из впускного и выпускного клапанов, пружин, которые удерживают клапаны в закрытом положении, и направляющих втулок. Наиболее важная деталь — клапан, который состоит из тарелки (или головки) и стержня. Тарелки клапанов имеют разные диаметры: у впускного — больше, у выпускного — меньше. Это обеспечивает лучшее перемешивание топливно-воздушной смеси и ее распределение в цилиндре.

Привод клапанов у разных видов двигателей отличается. Это могут быть коромысла, рычаги или толкатели, а в двигателях с нижним расположением распределительного вала присутствуют и штанги, передающие усилие от кулачков вала к коромыслам. Во многих современных двигателях для компенсации температурного расширения стержня клапанов используются гидрокомпенсаторы.

Распределительный вал — это именно та деталь, которая отвечает за фазы газораспределения. На валу расположены кулачки особой формы, которые при вращении открывают клапаны. Причем каждый кулачок имеет свое особое расположение и приводит в движение только один клапан.

Привод распредвала — механизм, обеспечивающий вращение вала, синхронное с вращением коленчатого вала двигателя. С одной стороны распредвала жестко установлена шестерня, которая посредством ременной или цепной передачи связана с шестерней, установленной на коленчатом валу. Диаметры шестерен подобраны таким образом, чтобы распредвал вращался вдвое медленнее коленвала.

Принцип работы ГРМ очень прост и понятен. Главный принцип в газораспределении — всегда, в каждый момент времени, обеспечивать жестко связанное относительное положение поршней, коленчатого вала, распределительного вала и клапанов. Любое, даже незначительное, смещение одних элементов относительно других приводит к нарушению фаз газораспределения и к ухудшению работы двигателя.

Традиционно схема фаз газораспределения и положение деталей ГРМ и двигателя сводится к следующему. Открытие впускного клапана производится с некоторым опережением достижения поршня своей верхней мертвой точки, то есть еще до конца такта выпуска. В это время открыт и выпускной клапан, поэтому обеспечивается лучшая продувка цилиндра от отработанных газов. Закрытие впускного клапана производится несколько позже пересечения поршня нижней мертвой точки. В дальнейшем оба клапана закрыты, происходит сжатие, воспламенение топливно-воздушной смеси и рабочий ход. Открытие выпускного клапана производится с опережением достижения поршня НМТ, а закрытие — уже после прохождения ВМТ. Таким образом, цикл замыкается и начинается снова.

За один рабочий цикл коленвал двигателя совершает два полных оборота, а распредвал — всего один. Именно поэтому шестерня коленчатого вала имеет вдвое больший диаметр, чем шестерня коленчатого вала.

Газораспределительный механизм — одна из важнейших систем двигателя, поэтому необходимо обеспечивать ее точную настройку и регулярно проводить техническое обслуживание. В противном случае двигатель будет доставлять массу проблем автовладельцу.

Не ремонтируя машину самостоятельно, большинство автолюбителей плохо представляют, что такое ГРМ в автомобиле. Более того, далеко не все знают, как эта аббревиатура расшифровывается.

Если коротко, то ГРМ — это газораспределительный механизм. Понимая устройство газораспределительного механизма, причины поломок, правила обслуживания, легче избежать неисправностей, ведущих к капитальному ремонту двигателя.

Принцип работы ГРМ

Как понятно из названия, механизм управляет фазами газораспределения ДВС, то есть синхронизирует впрыск топливно-воздушной смеси, выпуск отработанных газов. Вращение коленчатого вала через шестерни, цепь или ремень ГРМ передается на распредвал, который управляет согласованным движением кулачков, открывающих впускные и выпускные клапаны.

Схематическое изображение устройства одного из возможных вариантов ГРМ

Конструктивно механизм состоит из десятков деталей. Кроме распределительных валов в него входят клапаны, сухари, толкатели, коромысла, штанги, тарелки, пружины, регулировочные элементы, системы поворота клапанов. Вращение кулачков распредвала обеспечивает раздельное осуществление фаз впрыска, сжатия, сгорания топлива (рабочего хода), выброса отработанных газов.

Конструкции ГРМ разделяют по расположению клапанов (нижнее, верхнее, смешанное). Для современных легковых моделей характерно использование ГРМ системы DOHC, с двумя клапанами на цилиндр. Каждый из двух распределительных валов открывает отдельный ряд клапанов, уменьшая инерцию коленчатого вала. Такая конструкция ГРМ увеличивает мощность двигателя, допустимое число оборотов.

Десмодромные ГРМ дорогих моделей управляются бортовыми компьютерами (электронными управляющими блоками). В них применяются электромагнитные клапаны, по команде микропроцессора меняющие режим работы двигателя. Это снижает расход топлива, помогает снимать с мотора оптимальную для режима движения мощность.

Поломки ГРМ и их причины

Внешними признаками поломок элементов газораспределительного механизма становятся металлические стуки в головке блока, падение мощности двигателя, синий цвет выхлопа, выстрелы глушителя, звонкие детонационные стуки, перегревы мотора.

Клапаны, погнутые в результате обрыва ремня

К причинам неисправностей ГРМ автомеханики относят износ деталей (при выработке ресурса двигателя), нарушение правил эксплуатации силового агрегата (экстремальные нагрузки, работа на максимальных оборотах), использование загрязненных смазок, бензина с примесями, смолами.

Это ведет к появлению распространенных поломок газораспределительного механизма:

• повышенному износу подшипников;
• нагару на клапанах;
• увеличению тепловых зазоров клапанов;
• деформациям пружин клапанов;
• неисправностям гидрокомпенсаторов;
• зависанию клапанов;
• удлинению цепи ГРМ;
• обрыву ремня ГРМ;
• износам зубчатого шкива, направляющих втулок, стержней клапанов, маслоотражающих колпачков.

Диагностика износа ГРМ усложняется сходством симптомов с неисправностями других систем двигателя. Для точного определения поломки необходим демонтаж головки блока цилиндров. При запоздавшей диагностике назревающих поломок к серьезным последствиям приводят обрывы ремня ГРМ, зависание клапанов.

Зависание клапанов бывает вызвано нагаром, резонансом, ослаблением пружин клапанов. Неисправность требует полной разборки механизма, в крайнем случае – замены клапанов. Обрыв ремня ведет к загибу, деформации клапанов, направляющих втулок, отрыву штоков. Может понадобиться замена клапанов, капитальный ремонт всего двигателя (включая замену поврежденного блока цилиндров).

Читайте также: Что такое ГБЦ в автомобиле , как она устроена и работает.

Газораспределительный механизм (ГРМ) — предназначен для слаженной подачи в цилиндры воздушно-топливной смеси и своевременного удаления отработанных газов посредством последовательного открытия и закрытия клапанов.

Чаще всего, на четырехтактных ДВС устанавливаются ГРМ с клапанами, именно на их примере и будет рассмотрен принцип работы этого узла.

Клапаны двигателя обеспечивают подачу в двигатель горючей смеси воздуха и топлива, а затем выпуск уже отработанных газов в выхлопную систему. По своей конструкции, клапан состоит из стержня и тарелки. Все клапана находятся в головке блока цилиндров в специальных местах-углублениях под названием седло. Диаметр впускного клапана больше, чем выпускного. Это сделано для максимально лучшего попадания горючей смеси в цилиндр. В обычном состоянии клапан закрыт при помощи пружины. Открытие происходит только после нажатия на стержень. Пружина крепиться к стержню клапана тарелкой пружины и сухарями. Жесткость пружин подобрана таким образом, чтобы клапан работал максимально эффективно. В некоторых моделях двигателей, клапан закрепляется с помощью двух пружин, имеющих навивку в противоположные по отношению к друг-другу стороны. Это необходимо для того, чтобы не возникало резонансных колебаний.

Для изготовления клапанов используются высокопрочные сплавы. Кромка тарелки клапана сталкивается с высокими нагрузками, поэтому имеет дополнительное усиление.

Впускной клапан имеет полнотелый стержень, а выпускной – пустотелый. Внутри него размещен натриевый наполнитель, способствующий более быстрому охлаждению.

Во многих двигателях, устанавливаемых на современные автомобили, каждый цилиндр оснащен двумя парами клапанов. Существуют и другие схемы ГРМ, в которых реализовано по одному впускному и одному выпускному клапану, двух впускных и одного выпускного клапана, а также трех впускных и двух выпускных. Число устанавливаемых на цилиндр клапанов ограничено его размерами

Клапан открывается от распределительно вала, на который воздействует привод двигателя. На современных двигателях реализуется одна из двух схем привода клапанов: посредством гидравлических толкателей или роликовых рычагов.

Второй вариант более целесообразный, так как на трение тратиться намного меньше энергии. В роликовой схеме применен принцип коромысла, когда одна часть воздействует на стержень клапана, а другой стороной берет усилие от гидрокомпенсатора. Сопряжение имеет конструкцию ролика, так снижаются потери на трение.

Наличие гидрокомпенсаторов позволяет создавать нулевой зазор клапана в любом его положении. Таким образом, достигается минимальный уровень шума и плавность работы двигателя. Гидрокомпенсатор представляет собой цилиндр, а также поршень с пружиной, каналы для подводя масла и обратного клапана. Расположенный под стержнем клапана, гидроцилиндр называют гидротолкателем.

В современных ДВС распредвал находится в нижней части блока цилиндров. Его вращение возможно благодаря тому, что на него крепятся две опоры с подшипниками скольжения. Опоры могут быть двух типов: разъемные и неразъемные. Нередко вместо опорных подшипников используются тонкостенные вкладыши. Чтобы не возникало движений в продольную сторону, устанавливается упорный подшипник. К опорам подается масло под давлением с помощью специальных магистралей.

Расположение распределительного вала в блоке может быть одновальное или двухвальное. Наибольшее применение получила двухвальная система. В ней, первый распределительный вал отвечает за работу впускных клапанов, а второй – работу выпускных клапанов.

В двигателях с V-образным расположением цилиндров установлено четыре вала. На каждый ряд цилиндров приходится по два вала.

Движение распределительного вала осуществляется от коленчатого при помощи цепного, ременного или зубчатого привода. Он позволяет вращаться распределительному валу в два раза медленнее, чем коленчатому. Т.е. за цикл работы цилиндра, каждый клапан открывается всего один раз.

Цепная и ременная передачи вращают распределительный вал, находящийся в головке блока цилиндров. Зубчатый метод передачи, вращает вал, находящийся в блоке цилиндров. В обиходе зубчатая передача называется «гитара».

Ввиду того, что ременная и цепная передачи имеют свои преимущества и недостатки, поэтому одинаково распространены. Цепь более прочная чем ремень, но ввиду того, что она имеет немалый вес, то для ее натяжения необходимы дополнительные натяжители и успокоители. В настоящее время активно внедряются зубчатые цепи, которые работают в совокупности со щеками специальной формы. Кроме распределительного вала цепь может приводить в действие масляный насос и балансирные валы.

Шкивы ременного привода не нуждаются в смазке и устанавливаются открыто. Но ремень имеет свой ресурс, который достаточно высокий. Устанавливаемые на современных автомобилях ремни способны прослужить более 150 тысяч километров. Наибольшее распространение получили зубчатые ремни, которые имеют выступы, полностью соответствующие углублениям в шкивах.

В TDI двигателях устанавливаются эллиптическая шестерня, приводящая в действие зубчатый ремень. Такое решение позволяет существенно уменьшить крутильные колебания и тяговые усилия. Помимо распредвала, ремень приводит в действие и помпу охлаждающей системы, а также топливный насос высокого давления.

Газораспределительный механизм (ГРМ) предназначен для своевременного открытия клапанов, впуска в цилиндры свежего заряда горючей смеси и выпуска отработавших газов.

Основные детали ГРМ:

3. клапанные пружины

4. упорные тарелки

8. маслоотражательные колпачки

Распределительный вал предназначен для своевременного открытия и закрытия клапанов. Имеет опорные шейки, кулачки, эксцентрик привода топливного насоса. Привод распредвала – ременной, цепной или зубчатый. Распредвал вращается в два раза медленнее коленвала чтобы обеспечивать открытие клапанов только на тактах впуска и выпуска. Материал – чугун или сталь.

Клапана — служат для периодического открытия и закрытия отверстий впускных и выпускных каналов в зависимости от положения поршней в цилиндре и от порядка работы двигателя. Клапан состоит из головки и стержня. Диаметр впускного клапана больше, чем выпускного для лучшего наполнения цилиндров свежей горючей смесью. Материал – жаропрочная сталь.

Клапанные пружины – предназначены для возврата клапанов в исходное положение и плотного их прилегание к сёдлам, когда кулачки распредвала отходят от клапанов. Пружина одной стороной упирается в шайбу, расположенную на головке цилиндров, а другой – в упорную тарелку.

Упорные тарелки удерживают пружины на клапанах с помощью сухарей.

Сухари предназначены для удержания упорных тарелок на клапанах.

Маслоотражательные колпачки – предназначены для уменьшения проникновения масла по стержням клапанов в камеру сгорания двигателя.

Штанги — служат для передачи усилия от толкателей к коромыслам. Её изготавливают из стального стержня.

Толкатели — предназначены для передачи усилия от кулачков распределительного вала через штанги к коромыслам. Изготовлены из стали, в виде малых цилиндрических стаканов.

Коромысла — служат для передачи усилия от штанг толкателей к клапанам, представляют собой рычаг, посаженный на ось.