Газораспределительный механизм двигателя (грм)

Принцип работы

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

Технически это происходит следующим образом:

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

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

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.

Цепной или ременной привод

Для обеспечения вращения двух валов применяются ремни или цепи. Цепная передача использовалась в машинах изначально. Цепи могут иметь от одного до трех рядов звеньев, здесь все зависит от мощности силового агрегата.

Цепь: преимущества и недостатки

Достоинство цепи заключается в высоком ресурсе эксплуатации. Ее растяжение компенсируется за счет специально установленного натяжителя. По сравнению с ремешком она функционирует намного дольше.

Это единственное преимущество цепной передачи.

Минусы таких устройств:

1. Использование цепи влияет на шумность работы силового агрегата. Однорядные изделия издают не так много шума, но двух- и трехрядные цепи более громкие. Их применение способствует довольно шумной работе двигателя машины.
2. Блоки цилиндров, в которых используется цепь, по конструкции представляют собой более сложные устройства. Из-за этого процедура замены изделия значительно усложняется, поскольку автовладельцу нужно иметь прямой доступ к коленвалу.

Ремень: плюсы и минусы

Основные плюсы ременных передач:

1. Если двигатель оборудован ремнем ГРМ, то такое изделие будет работать значительно тише. Водитель может услышать только один звук при функционировании силового агрегата — слабый стук клапанов.
2. Простота замены по сравнению с цепной передачей. Если подготовиться, то можно поменять ремень самостоятельно.

Недостатки:

1. Низкий ресурс эксплуатации привода по сравнению с цепной передачей. В результате длительного использования ремешок обрывается, а это может стать причиной серьезных неисправностей. Восьмиклапанные двигатели практически не страдают от обрывов. В случае с моторами, оборудованными 16 клапанами, сами элементы могут погнуться в результате обрыва. Это приведет к необходимости проведения капитального ремонта, стоимость которого будет значительно выше, чем замена ремешка. Иногда сокращение ресурса и обрыв ремня приводит к образованию трещин на головке или самом блоке цилиндров. Единственным вариантом решения проблемы будет установка новой ГБЦ, при этом меняется и прокладка.
2. Необходимость замены натяжного ролика вместе с ремнем. В некоторых случаях автовладельцам также надо менять водяное насосное устройство и комплект шайб. Ресурс эксплуатации ремешка в среднем составляет около 60 тысяч км пробега. Но если учесть сложные условия использования и наличие брака во многих запчастях, специалисты рекомендуют менять ремень раньше.

Для чего служит ремень ГРМ

Теперь разберемся, что такое ремень ГРМ, какой принцип действия. Его основное назначение — связывать между собой распредвал и коленчатый вал.

Назначение и принцип действия устройства

Привод ГРМ представляет собой резиновое изделие с зубчатой внутренней поверхностью. Изготовленный из прочной резины, он надевается на коленвал и на одну или несколько шестерен распредвала. Назначение зубьев — обеспечивать хорошее сцепление и исключать проскальзывание. Их количество строго определено, так как от того зависит синхронизация коленвала и распредвалов. Например, на двигателях ВАЗ-2111 и ВАЗ-2112 устанавливаются ремни распредвалов с 111 и 136 зубьями соответственно.

Ремень газораспределительного механизма

Провод распредвала является важной комплектующей автомобиля, поэтому следует разобраться, что такое ремешок ГРМ, и постоянно контролировать его состояние. Выполнять замену следует согласно регламента через 30-45 тысяч километров пробега или при повреждении его частей

При несвоевременной замене ремень может оборваться, что приведет к (в лучшем случае), остановке машины, в худшем к поломке ДВС и его капремонту или замене. Причина этого в том, что при разрыве или соскоке ремня исчезает синхронизация валов, в результате поршни начинают ударять по клапанам. Так как это чаще всего происходит на высоких оборотах, комплектующие быстро приходят в негодность.

Продлить срок службы двигателя позволяет правильная его эксплуатация. Не стоит запускать двигатель с помощью буксировки, именно в эти моменты большая вероятность обрыва и соскока ремня ГРМ, что приводит к поломке силового агрегата. Дешевле найти и устранить причину неполадки, или вызвать эвакуатор, чем делать капитальный ремонт силовому агрегату. Кроме синхронизации валов, ремень может выполнять функцию привода для насоса:

• охлаждающей жидкости;
• масла;
• топлива с высоким давлением и др.

От исправной работы ГРМ и ремня зависит правильное функционирование двигателя в автомобиле, поэтому следует следить за состоянием системы газораспределения: соблюдать регламентные проверки и вовремя выполнять замены комплектующих, которые пришли в негодность.

Расшифровка обозначений ремня ГРМ

Расшифровку обозначений ремня газораспределительного механизма по международным стандартам можно рассмотреть на примере ремня для силового агрегата ВАЗ-2111. На этих двигателях устанавливается ремень ISO-58111×19. Первые две цифры – 58 – содержат зашифрованную серию зубьев. В рассматриваемом случае шаг и профиль без желобка, полукруглой формы с высотой 3,5 мм. Следующие цифры – 111 – означают количество зубьев. За знаком X идет цифра 19, обозначающая ширину ремня. Могут встретиться зубья в форме скругленной трапеции (эвольвентные). Они полностью могут заменяться описанными выше.

Многие ] зубчатых ремней указывают не обозначение по ISO, а номер, который соответствует собственному каталогу. Ниже приведена таблица с обозначениями и краткими характеристиками ремней разных производителей.

Зубчатый ремень фирмы Dayco

Важны не только геометрические параметры, но также и эксплуатационные характеристики зубчатых ремней. Ремни должны быть:

• прочными на разрыв;
• надежными;
• соединение с основой должно выдерживать эксплуатацию в широком диапазоне температур;
• наработка должна выдерживать до полного износа;
• после наработки должно существовать допустимое удлинение.

Таким образом, следует использовать ремни проверенных производителей, имеющих высокое качество и долгий срок службы.

Классификация ГРМ

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

По расположению распредвала

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

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

По числу распредвалов: DOHS и SOHS

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

По числу клапанов

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

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

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

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

По типу привода

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

Цепной

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

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

Ременной

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

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

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

Шестеренчатый

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

Смешанный

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

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

Особенности конструкции ремней ГРМ

Конструктивно ремень ГРМ представляет собой зубчатое строение внутренней рабочей поверхности с различной формой зуба. Наиболее распространены три формы зубьев:

1. Трапециевидная,
2. Округлая,
3. Сложная.

Округлая форма зуба имеет несколько лучшие эксплуатационные характеристики по сравнению с трапециевидной из-за более равномерного распределения нагрузок по профилю. За счёт этого снижается риск «перескакивания» зубцов. Кроме того, округлая форма зубцов способствует снижению шумности при работе ремня. Сложные формы, как и округлая, также имеют криволинейный профиль.

Повышенные требования к эксплуатационным характеристикам ремней ГРМ предопределяют и специфику свойств материалов, из которых они изготавливаются. Прежде всего, это относится к прочностным характеристикам: сопротивление растяжению при динамических нагрузках, повышенная гибкость, износостойкость, долговечность.

Следует также учесть, что ремни ГРМ работают в условиях высоких температур и расширенного диапазона их изменений: в летнее время температура под защитным кожухом ремня может доходить до 100 и более градусов, а запуск двигателя в зимнее время производится при температурах ниже – 40оС.

Внутренняя структура ремней ГРМ, обеспечивающая такие повышенные требования достаточно сложна. Она представляет собой многослойный «пирог», верхний слой которого содержат синтетические каучуковые смеси стойкие к перепадам температур и износу, а внутренний слой включают корд из стекловолокна, обеспечивающий сопротивление разрыву. Помимо слоёв для улучшения эксплуатационных характеристик используется тканевая оплётка зубьев, а в некоторых случаях и внешней поверхности ремня.

Материалы – основное направление совершенствования ремней ГРМ. С 80-х годов прошлого века фирма Gates – один из самых авторитетных в мире производителей – изобретает и внедряет в производство бутадиен-нитрильный каучук, существенно улучшивший характеристики ремней (правда, при этом повысивший себестоимость продукции). С тех пор широко используются как ремни, изготовленные из традиционных материалов (хлоропреновые каучуки), так и из новых (нитрильные каучуки).

Эксплуатационная долговечность хлоропреновых ремней ГРМ производители обычно ограничивают пробегом не более 60 тыс. км. У нитрильных ремней этот показатель существенно выше: до 120 тыс. км и даже (для определённых моделей) – весь срок службы автомобиля. Однако для наших условий эксплуатации специалисты не рекомендуют производить замену ремня ГРМ реже, чем каждые 60 тыс. км.

Замена ремня ГРМ самостоятельно

Алгоритм при самостоятельной замене будет вмещать следующие пункты:

1. Нужно снять кожух, убрать коленвал и поставить его в верхнюю отметку первого цилиндра.
2. После совпадения меток шкивы и коленвала, снимаем старый ремень ГРМ.
3. Далее осмотрите остальные детали узла ГРМ: сальников, ролика и помпы. При необходимости смените эти детали вместе с ремнём.
4. Место для нового ремня нужно тщательно очистить. После чего на него устанавливается ролик и новый ремень.
5. Обязательным моментом в установке является регулировка натяжения ремня.
6. Как установить и поменять на 16 клапанов можете посмотреть здесь

Классификация газораспределительных механизмов

Выяснив, как расшифровывается ГРМ, необходимо более подробно ознакомиться с существующими разновидностями подобных механизмов. Они отличаются между собой своими характеристиками, сроком службы и другими параметрами. Это следует учитывать при эксплуатации.

Наибольшее распространение получили следующие разновидности привода ГРМ:

• ременной привод. Отличается низким уровнем шума при работе, что компенсируется низким уровнем прочности и возможным смещением фаз из-за недостаточного уровня натяжения;
• цепной механизм. Благодаря уникальной конструкции, вероятность сбивания фазы значительно снижается, что обусловлено поддержанием оптимальной степени натяжения. При этом уровень шума у данного типа привода значительно выше, в связи с чем далеко не все автопроизводители устанавливают этот элемент;
• шестереночный привод. Подобный вариант широко использовался в прошлом и отличается низкой стоимостью, высокой надежностью и практически неограниченным сроком службы. К числу недостатков подобного элемента можно отнести внушительные размеры узла.

Также стоит упомянуть, что существует также перечень разновидностей ГРМ, которые необходимо упомянуть. Прежде всего, это SOHC, предусматривающий наличие одного распредвала. Подобный элемент обладает низкой стоимостью и работает без серьезного шума.

Другим типом ГРМ является DOHC, который предусматривает наличие в конструкции второго распредвала, который монтируется неподалеку от первого. Отличается повышенной стоимостью, однако способен несколько уменьшить расход топлива за счет улучшенного заполнения цилиндров.

OHV отличается специфичным расположением распредвала — внизу, что позволяет упростить его конструкцию, а также сократить размеры агрегата. К недостаткам можно отнести небольшой крутящий момент, избыточную инерционность и малую мощность.

Особенности обрыва для 8- и 16-клапанных автомобилей

Необходимо отметить, что чем сложнее конструкция мотора, тем более серьезными будут для него последствия при обрыве ремня. Так, на обычных 8-клапанных ДВС можно отделаться простой заменой устройства. В то же время на 16-клапанном двигателе приходится полностью восстанавливать поврежденные клапана и поршни (то бишь производить их замену). Но это не значит, что ездить на 16-клапанных авто очень опасно и что они непригодны для дальних путешествий. Если вы будете регулярно следить за его внешним состоянием, обрыв ремня вам точно не грозит

Также при осмотре зубчатого элемента рекомендуется обратить внимание на состояние сальников распределительного и коленчатого валов на предмет утечки, а также продиагностировать на исправность натяжные ролики. Помните, что неисправность этих элементов значительно влияет на ресурс ремня

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.