Газораспределительный механизм отвечает за открытие и закрытие клапанов двигателя в нужный момент его работы. Это совокупность элементов и узлов, которые подают топливовоздушную смесь или только топливо в камеру сгорания. Они же помогают выпустить отработанный газ из камеры. Такая задача требует сложной совокупности механизмов, ряд которых должны управляться электроникой автомобиля.
Как устроен газораспределительный механизм
ГРМ в современных двигателях расположен в головке блоков цилиндра. Основные детали механизма:
- распределительный вал;
- привод;
- впускные и выпускные клапаны;
- системы изменения фаз газораспределения.
Распределительный вал
Это довольно сложный элемент, который и отвечает за открытие и закрытие клапанов системы. Его изготавливают из чугуна или прочной стали с высокой точностью обработки.
Место установки распределительного вала будет зависеть от того, какова конструкция самого ГРМ. Это может быть как головка блока цилиндров, так и картер двигателя.
Здесь есть опорные шейки и кулачки, они помогают толкать стержень клапана или коромысло. От того, насколько точная форма кулачка, зависит срок открытия клапана и степень его открытия.
Попеременная работа цилиндров обеспечивается разнонаправленностью кулачков.
Особенности конструкции привода
Через привод на распредвал передается крутящий момент от коленчатого вала. Приводы также могут быть различными, здесь все зависит от типа конструкции. Соответственно, в зависимости от особенностей привода, он включает в себя:
- или цепь, или ремень;
- шестерни валов;
- натяжной ролик или по-другому натяжитель;
- или ускоритель, или башмак.
Коленчатый вал вращается в два раза быстрее за счет того, что его шестерня в два раза меньше, чем шестерня распределительного вала.
Клапаны впуска и выпуска
В головке блока цилиндра есть впускные и выпускные клапаны – стержни с тарелкой – плоской головкой – на конце. Они также отличаются по конструктивным особенностям.
Впускной клапан представляет собой цельную деталь, диаметр головки которой больше, чем у выпускного. Это помогает лучше наполнить свежим зарядом цилиндр.
Выпускные клапаны, как правило, имеют полость, которая помогает лучше охладить деталь во время работы. Материал изготовления – жаропрочная сталь, которой не страшны высокие температуры. За достаточное охлаждение также отвечает натриевый наполнитель, которым и заполнена полость клапана. Под воздействием высокой температуры материал быстро плавится и берет на себя часть тепла от плоской головки.
Если взглянуть на головки клапанов, можно увидеть фаски, при помощи которых клапан лучше прилегает к отверстиям в головке блока цилиндров.
Конструкция также предусматривает наличие дополнительных элементов, обеспечивающих системе правильную работу. Это:
- пружины, которые дают клапан возможность возвращаться в исходное положение;
- специальные уплотнители, маслосъемные колпачки, исключающие вероятность попадания в камеру сгорания масла, стекающего по стержню клапана;
- направляющая втулка, которая обеспечивают точность движения клапана;
- сухари, служащие элементом крепления пружины к стержню клапана.
Толкатели, коромысло и рычаги
При помощи толкателей усилие от кулачка передается к стержню. Они бывают различных видов и изготавливаются обычно из высокопрочной стали. Если толкатели механические, необходимо вручную контролировать тепловой зазор между ними и кулачками. Гидротолкатели не нуждаются в ручной регулировке зазора, здесь он поддерживается автоматически.
Что касается коромысла, то это деталь в виде двуплечного рычага, совершающая качательные движения.
Особенности системы изменения фаз газораспределения
Не во всех двигателях подобные системы установлены. Узнать о специфике работы системы изменения фаз газораспределения лучше дополнительно.
Действие газораспределительной системы и рабочий цикл двигателя тесно связаны, поэтому рассматривать их работу отдельно сложно. Механизм отвечает за то, чтобы клапан был открыт и закрыт вовремя и на определенное время.
Если активен такт впуска, открываются впускные клапаны, на такте выпуска – выпускные клапаны. Так реализуются фазы газораспределения.
Процесс можно описать следующим образом:
- от коленчатого вала на распределительный передается крутящий момент;
- уже на распределительном валу кулачок воздействует на коромысло или толкатель;
- клапан открывает доступ свежему заряду или выпускает отработавший газ, перемещаясь внутрь камеры сгорания;
- под действием пружины клапан возвращается в исходное положение.
Распределительный вал за полный цикл работы совершает два оборота, открывая в это время клапана в том порядке, который предусмотрен их спецификой.
Виды газораспределительных механизмов
Газораспределительный механизм может иметь различную компоновку в двигателе. Всего можно выделить несколько типов ГРМ, а классифицируются системы по ряду показателей.
В зависимости от расположения распредвала, выделяется нижний и верхний тип положения. Нижнее расположение предполагает, что распределительный вал находится в блоке цилиндров рядом с коленчатым валом.
В этом случает кулачки оказывают влияние на коромысла через толкатели с использованием специальных штанг – длинных стержней, связывающих толкатели и коромысла. Считается, что нижнее расположение распредвала не слишком удачно, но при этом вариант не лишен своих преимуществ. Так, соединение распределительного вала и коленвала при таком расположении будет надежнее. В любом случае, на современных моторах такой вариант уже не применяется.
Распредвал расположен в головке блока цилиндров над клапанами при варианте верхнего расположения. Такое расположение предусматривает вариативность воздействия на клапаны. На них могут оказывать давление толкатели, рычаги или коромысла. Конструкция отличается простотой, компактностью, надежностью и доступностью, за что и получила широкое распространение в современном машиностроении.
Виды газораспределительного механизма по количеству распределительных валов:
- SOHC (Single Overhead Camshaft) – двигатели, где есть только один распредвал;
- DOHC (Double Overhead Camshaft) – вариант с двумя распредвалами, где один из них отвечает за работу впускных клапанов, а другой – за работу выпускных;
- есть также V-образная компановка, где действует сразу четыре распределительных вала.
Механизмы также классифицируются по числу клапанов. В этом случае они делятся на несколько видов:
- два клапана, самый простой варианта, когда один клапан отвечает за впуск, а второй – за выпуск;
- если двигатель предусматривает наличие трех клапанов, то за впуск отвечают уже два клапана, а за выпуск – один;
- четыре клапана также делятся поровну между впуском и выпуском;
- пять клапанов делятся непропорционально: три работают на впуске и два на выпуске.
Чем больше у двигателя клапанов впуска, тем больше смеси попадет в камеру сгорания. При этом конструктивно больше пяти клапанов установить невозможно, так как размеры камеры сгорания ограничены. Чаще всего встречаются четыре клапана на одном цилиндре.
Распределительные валы также классифицируются по типу привода. Выделяют три варианта:
- шестеренчатый;
- цепной;
- ременный.
Если распредвал находится в нижнем положении, возможен шестеренчатый тип привода. В этом случае имеется зубчатый привод через звездочки или шестерни. Такой привод считается одним из самых надежных. Если же распределительный вал находится в другом положении, используются два других варианта привода.
Цепной привод будет более надежным вариантом. Однако цепь также требует особых условий для работы. Для регулировки натяжения цепи используются натяжители, а успокоители служат для своевременного гашения колебаний. Цепей в одном механизме может быть несколько.
Одна из актуальных проблем такого привода – это поломка натяжителей или успокоителей. Также случает разрыв самой цепи, ресурс которой не безграничен и напрямую зависит от пробега автомобиля.
Если возникают проблемы с натяжителями, цепь начинает перескакивать во время работы, тем самым нарушая фазы газораспределения.
Натяжение может контролироваться автоматически, если в системе используются гидронатяжители. За счет особенности своей конструкции, гидронатяжители помогают обеспечить цепному приводу максимально точную работу. Это поршни, давящие на башмак – элемент изогнутой формы, прилегающий к цепи привода. Они работают по схожему принципу с гидрокомпенсаторами ГРМ.
Но самое неприятное в работе такого привода – это разрыв самой цепи. В этом случае коленвал продолжает вращаться, как продолжают двигаться и поршни, а распределительный вал уже не вращается.
Из-за этого поршни ударяются днищем о тарелки клапанов, деформируя их. Если случай тяжелый, повреждение получает и блок цилиндров. Исключить подобные негативные последствия помогает двухрядная цепь, так как даже при разрыве одного ряда, второй продолжит свою работу.
Наконец, существует ременной привод, который для своей работы не требует смазки. При этом, если ресурс цепи рассчитан примерно на 150-200 тысяч километров, то ременной ресурс составляет только 60-80 тысяч.
Чтобы сцепление было лучше, в приводе используются зубчатые ремни. Этот вид привода считается самым простым. В качестве наиболее распространенной поломки выступает разрыв ремня привода. В такой ситуации картина та же, что и при разрыве цепи привода, и последствия будут аналогичными.
Ременной привод – это бесшумная работа, простота эксплуатации, легкая замена и доступная стоимость. Этим можно объяснить популярность данного варианта привода.
Работа двигателя во многом зависит от корректной работы самого газораспределительного механизма. Чем больше цилиндров в двигателе, чем больше их объем, тем сложнее механизм газораспределения. Водителям же важно вовремя заметить неполадки в работе системы, чтобы неисправность не повлекла за собой серьезные последствия. Понимание устройства помогает вовремя определить, что оно работает не так, как нужно.