Как устроен газораспределительный механизм двигателя, его назначение

Газораспределительный механизм служит для своевременного открытия и закрытия клапанов цилиндров двигателя, впуская тем самым свежий воздух и выпуская отработавшие газы.

Газораспределительный механизм двигателя внутреннего сгорания чаще всего имеет поршневую систему, поэтому принципы работы целесообразнее рассмотреть именно на нём.

Классификация ГРМ

На современные двигатели устанавливают разные типы газораспределительных механизмов и различаются они по следующим признакам:

• по месту распредвала — снизу или сверху;
• по количеству распредвалов — 1 (SOHC) или 2 (DOHC);
• по числу клапанов — их может быть от трёх до пяти;
• по виду привода — цепной, зубчато-ремённый, шестерёнчатый.

Наиболее частое размещение вала — верхнее, оно же и самое эффективное. Клапаны открываются и закрываются благодаря рычагам привода, что даёт возможность производить двигатели меньшей массы и проще спроектированными.

Двигатели оснащаются различными типами ГРМ, что напрямую зависит от характеристик мотора, а точнее, от места установки коленвала, распредвала и открывающих/закрывающих клапанов.

При нахождении ГРМ в верхней части распредвал устанавливается в головку цилиндра там же, где и сами клапаны. Они закрываются и открываются с помощью рычагов от распределительного вала. Привод запускается от коленвала через роликовые цепи или ремни зубчатые.

Высокая надёжность и относительная бесшумность двигателя достигается именно верхним размещением распределительного вала. Это снижает вес мотора и силу инерции открывающихся/закрывающихся клапанов.

Цепной и зубчато-ремённый вид распредвала также характеризуется тихой работой газораспределительного механизма.

Распределительный вал размещается рядом с коленвалом в отсек с цилиндром. Такое расположение ГРМ называется нижним. Клапаны закрываются и открываются от распредвала сквозь толкатели. С помощью шестерёнок коленвала запускается привод коленчатого вала. Вся система двигателя и газораспределительный механизм становятся немного сложнее при таком размещении (нижнем) распредвала. Силы инерции возрастают. Количество распределительных валов и клапанов в газораспределительном механизме зависит от типа двигателя. Чем их больше, тем качественнее и равномернее происходит наполнение цилиндров, а также очистка газов на выходе. Мощность двигателя и крутящий момент возрастают в разы.

Имеется разновидность газораспределительного механизма, где клапаны располагаются смешанно. Он так и называется — смешанный. Клапаны открытия располагаются в блочной головке, идентично верхнему виду. А клапаны закрытия соответствуют нижнему. Такое размещение характеризуется более мощными показателями, чем у первых двух. Область применения была многие годы назад как в Советском Союзе, так и за рубежом. Далеко не многие заводы производили моторы с таким газораспределительным механизмом, поэтому чаще всего автолюбители, среди которых большинство были гонщики, переделывали «нижний» ГРМ в смешанный, добиваясь максимума мощности и скорости для участия в гонках.

Устройство ГРМ

Топливо оказывается в цилиндре за счёт движения поршня, который совершает свои действия от ВМТ до НМТ, разрежая в первом воздух. Это осуществляется через открывающийся клапан в нужное время. Клапан закрывается, когда поршень касается НМТ. Потом в цилиндре происходит процесс сжатия и преобразования энергии, что заставляет коленвал запуститься, и в итоге приводится в движение двигатель автомобиля. Работа ГРМ заканчивается, когда поршень в цилиндре опускается, создавая давление и выпуская газы через открывающийся клапан, которые попадают в глушитель, а затем уже и в окружающую среду.

Схема газораспределительного механизма двигателя детально показана на рисунке:

Открывающиеся и закрывающиеся механизмы не так важны, как распредвал, который приводит их в движение, хотя, в свою очередь, его заставляет двигаться коленвал. Без всех этих взаимосвязанных процессов не произойдёт образование энергии.

На конце коленвала имеется шестерня, через которую проходит энергия вращения, благодаря передаче ремня на распределительный вал, который начинает свои вращения. На нём имеются специальные выступы — действия их при вращении открывают и закрывают клапаны.

Каким бы ни было устройство двигателя и само устройство ГРМ — полный процесс и получение энергии зависит от слаженной работы всех деталей одновременно и чётко в свои промежутки времени. Только тогда двигатель сможет работать полноценно и приводить в работу автомобиль.

Работа ГРМ

Этот этап делится, в свою очередь, на два подэтапа:

• работа цилиндров;
• периоды распределения газов.

Работа цилиндров

Чередующиеся движения цилиндров и являются их основной работой. Условия зависят от нахождения верхних частей коленчатого и распределительного валов и расположения самих цилиндров.

Если цилиндра четыре и выстроены они в ряд, то чередования происходят по 180 градусов — 1-2-4-3 как у «Волги», 1-3-4-2 — вазовская «шестёрка» или «Москвич».

В V-образных моторах, с количеством цилиндров 8, шейки находятся под прямым углом. Такой же угол между цилиндрами. Если поршень какого-нибудь цилиндра в мёртвой точке, соседний находится в середине. Отсюда левые и правые края двигаются на четверть коленвала.

Периоды распределения газов

Под этим понимают этапы открытия и закрытия клапанов в начале и в конце. Выражается это в градусах угла наклона коленчатого вала. Цилиндры должны оставаться максимально чистыми, поэтому отработанные газы должны выпускаться, когда поршень будет в точке НМТ. А в точке ВМТ клапан закрывается. Момент, когда два клапана сразу открыты, именуется перекрытием.

Все эти фазы устанавливаются работниками завода, на котором изготавливается двигатель, и зависят от его мощности и быстроходности. Устанавливается колебательное движения воздуха в клапанах открытия и закрытия так, чтобы создавалось давление в момент закрытия открывающего клапана и разрежение в момент закрывающего. Благодаря этому топливная смесь поступает более чистая, а отработанные газы выводятся лучше.

При правильной установке механизма шестерёнки распределения должны цепляться за соответствующие зубья. Смещение на несколько зубьев может привести к слишком сильным ударам поршня о сам цилиндр, к поломке клапана, исчезновению давления или поломке всего мотора.

Следует отметить ещё один вид — десмодромное газораспределение. Здесь имеется 2 распредвала без пружин: первый двигает клапаны вниз, второй вверх. Коленчатый вал в таком виде может набирать огромное количество оборотов, не опасаясь поломки или выхода из строя. Тогда как стандартный двигатель может сломаться уже на девяти тысячах. Двигатели с десмодромным распределением очень сложны в изготовлении и дороги, применялись в прошлом в основном для гоночных машин. Первой компанией, которая использовала это в своих автомобилях, была Мерседес. В настоящее время применение распространено в мотоциклах.

Неисправности ГРМ

К внешним признакам неисправностей относят:

• постукивания в клапанах открытия и закрытия;
• снижение давления;
• снижение показателей мощности мотора.

Такие поломки газораспределительного механизма появляются от недостаточного соприкосновения клапанов с сёдлами. Это возникает из-за нагара, который откладывается со временем на стенках, что приводит к выходу из строя пружин, образованию трещин и исчезновению зазора между стержнем и рычагом клапана.

Стачивание зубцов шестерёнок коленвала и распредвала, износ клапанных втулок и слишком сильный сдвиг от своего цента распредвала также относят к неисправностям ГРМ.

Эксплуатация ГРМ

Тепловой зазор между стержнем и рычажком распредвала должен иметь определённый размер, потому что при повышении температуры в газораспределительном механизме все его составляющие расширяются. И если зазор менее того показателя, какой предусмотрен, то клапан откроется больше чем нужно и не сможет закрыться в нужное время. Всё это даст сбой в основном процессе, и к тому же клапаны быстро придут в негодность.

Если же зазор, наоборот, больше, то клапан откроется меньше. Газы, подлежащие выходу, не будут удаляться в полном объёме, что повлияет на качество впрыскиваемого топлива и на работу в целом.

Если автомобиль глохнет или наблюдаются другие похожие признаки, то стоит проверить именно зазор клапана и отрегулировать его в соответствии с предусмотренной нормой. Это позволит сберечь двигатель авто от преждевременного ремонта. Стоит помнить, что рамки колеблются в пределах от 0,16 до 0,33 мм. И без соответствующих навыков и опыта сделать это самостоятельно весьма проблематично, лучше обратиться к специалистам.

Периодически нужно проверять натяжение зубчатого ремня и, если нужно, регулировать. Внешний вид также имеет значение, иначе есть шансы обрыва его на ходу, что приведёт к печальным последствиям и дорогостоящему ремонту.

Многим автомобилистам не приходится залазить под капот самостоятельно, но если подошло этому время, то всегда стоит запоминать и складывать детали в определённом порядке, чтобы успешно собрать обратно и не оказалось «лишних» деталей.

Любая поломка не возникает мгновенно, ей всегда что-то предшествует, чаще всего это нехарактерные стуки для обычной работы двигателя. И даже если кажется, что ничего не стучит, но автомобиль работает не должным образом, следует проехать с посторонним человеком — непривыкшее ухо способно заметить посторонние звуки гораздо быстрее. Многие люди не замечают этого и продолжают использование автомобиля с различными неисправностями, полагая, что так и должно быть. Всё это опасно как для самого автовладельца, так и для окружающих, если ремень ГРМ лопнет в пути, то аварии не избежать. Дорогостоящий ремонт будет лучшим вариантом в такой ситуации, хотя это тоже весьма печальный исход.

Срок службы ремня приблизительно равняется шестидесяти тысячам километров. Всегда стоит помнить об этом. Особенно приобретая машину на вторичном рынке. Лучше сразу сменить ремень ГРМ, а также проверить и отрегулировать работу самого газораспределительного механизма.

Нам бы очень хотелось узнать ваше мнение по поводу настоящего материала.