Схема и назначение газораспределительного механизма автомобиля

Устройство ГРМ

Четырехтактный двигатель внутреннего сгорания – наиболее распространенный силовой агрегат, использующийся в современном автомобилестроении. Свое название он получил по количеству фаз, необходимых для осуществления одного цикла работы, или поворота коленчатого вала на 720 градусов.

Фаза впрыска топлива или топливно-воздушной смеси, сжатие рабочего тела поршнем, рабочий ход и выпуск отработанных газов. В модели идеального двигателя все фазы разнесены во времени, перекрытие между ними отсутствует, что, в свою очередь, обеспечивает получение максимально возможных рабочих значений мощности, крутящего момента и оборотов двигателя.

На практике, к сожалению, дела обстоят несколько хуже. Устройство газораспределительного механизма, отвечающего за исполнение фазы впрыска топлива и удаление выхлопных газов, его схема и принцип работы – основная тема данной статьи.

Общая схема и взаимодействие частей

Своевременное открытие впускных и выхлопных клапанов в цилиндрах двигателя внутреннего сгорания обеспечивается работой газораспределительного механизма или ГРМ.

Данное устройство состоит из распределительного вала с кулачками, необходимого количества коромысел или толкателей клапанов, пружин и собственно клапанов. Шестерня распредвала, ремень или цепь, используемые для передачи вращения от коленвала, и механизм натяжения цепи так же являются частью ГРМ.

1. Фаза впрыска топлива. Поршень начинает движение от верхней мертвой точки к нижней. Открывается клапан подачи горючего, и топливно-воздушная смесь заполняет разреженное пространство цилиндра. Отмерив необходимую дозу ТВС, клапан закрывается. Коленчатый вал повернулся на 180 градусов от начального положения.
   
2. Фаза сжатия. Достигнув нижней мертвой точки, поршень меняет направление движения к ВМТ, осуществляя сжатие топливно-воздушной смеси. При достижении верхней мертвой точки фаза сжатия рабочего тела оканчивается. Коленчатый вал совершил поворот на 360 градусов.
   
3. Фаза рабочего хода. В момент нахождения поршня в ВМТ и достижения максимальной расчетной степени сжатия, происходит воспламенение топливно-воздушной смеси. Под действием стремительно расширяющихся газов поршень движется к нижней мертвой точке, совершая рабочий ход. При достижении НМТ третья фаза работы четырехтактного двигателя внутреннего сгорания считается оконченной. Коленчатый вал совершил поворот 540 градусов.
   
4. Фаза удаления отработанных газов. Под действием коленчатого вала поршень начинает движение к верхней мертвой точке, вытесняя из объема цилиндра продукты сгорания топливно-воздушной смеси через открывшийся выхлопной клапан. По достижении поршнем ВМТ, фаза выхлопа считается завершенной, коленчатый вал совершил оборот на 720 градусов.
   

Для достижения такой точности по времени открытия впускных и выхлопных клапанов, газораспределительный механизм синхронизирован с оборотами коленчатого вала двигателя. Ремень или цепь передает вращение распределительному валу, кулачки которого, нажимая на коромысла, открывают поочередно впускные и выпускные клапаны ГРМ.

Классификация ГРМ

Нижнеклапанные двигатели

Газораспределительный механизм двигателя внутреннего сгорания прошел долгий путь от 1900-х годов до наших дней.

Нижнеклапанные двигатели с распредвалом в блоке цилиндров, использовались повсеместно, вплоть до середины двадцатого века. Схема и устройство впускных и выпускных клапанов, расположенных в ряд тарелками вверх, обеспечивала простоту изготовления и малошумность двигателя. Основным минусом подобной конструкции был сложный путь топливно-воздушной смеси, неоптимальный режим наполнения цилиндров, и, как следствие, меньшая мощность силового агрегата.

Газораспределительный механизм такого вида использовался вплоть до 90-х годов двадцатого столетия в грузовых автомобилях. Пример тому – ГАЗ 52, выпуск которого закончился в 1991 году.

Смешанное расположение клапанов

Попытки повысить мощностные характеристики ДВС привели к созданию двигателя со смешанным расположением клапанов. Впускные находились в головке блока цилиндров, а выпускные – в блоке, как у обычного «нижнеклапанника».

Распределительный вал один, так же расположенный в блоке цилиндров. Клапана, отвечающие за впуск топливно-воздушной смеси управлялись посредством штанг – толкателей, через которые передавалось усилие с распредвала, выхлопные – с помощью привычного коромысла.

Такая компоновочная схема обеспечивала более низкую температуру ТВС, и, как следствие, более высокую мощность, по сравнению с нижнеклапанными двигателями внутреннего сгорания.

Верхнеклапанные двигатели

Газораспределительный механизм, клапаны впускной и выхлопной системы которого находятся в головке блока цилиндров, а распредвал – в самом блоке, был сконструирован Дэвидом Бьюиком в самом начале двадцатого столетия. Управление клапанами осуществлялось посредством штанг – толкателей, воздействовавших на коромысла.

Подобная компоновочная схема обладает высокой надежностью, за счет передачи вращения от коленчатого вала к распределительному, с помощью шестерни. Зубчатый ремень, изношенный в процессе эксплуатации, может оборваться, нанеся серьезные повреждения клапанному механизму ГРМ, изношенная же передаточная шестерня лишь немного сдвинет фазы газораспределения, что опытный водитель заметит по изменениям в работе двигателя.

Минусом является некоторая инерционность подобной конструкции, что накладывает ограничения на обороты двигателя, а, следовательно, на крутящий момент и степень форсирования. Использование более чем двух клапанов на цилиндр приводит к усложнению газораспределительного механизма и увеличению габаритных размеров двигателя. Четырехклапанные двигатели такой компоновки используются в грузовых автомобилях КамАЗ, дизельных тепловозных двигателях.

Газораспределительный механизм автомобиля «Волга» двадцать первой модели был устроен именно по верхнеклапанной схеме.

• Двигатели, в которых распредвал и клапаны газораспределительного механизма располагаются в головке блока цилиндров, обозначаются аббревиатурой SOHC. Принцип действия и устройство механизма управления клапанами ГРМ отличается большим разнообразием. Существует схема открытия клапанов при помощи коромысел, рычагов и толкателей. Наибольшее распространение подобное устройство двигателей получило в период с середины 60-х до конца 80-х годов двадцатого столетия. В данный момент такие двигатели устанавливаются на недорогие легковые автомобили.
• Двигатели, газораспределительный механизм которых включает в себя два распредвала, обозначается аббревиатурой DOHC. При использовании двух клапанов на цилиндр, каждый распределительный вал открывает свой ряд клапанов. Такое устройство ГРМ позволяет уменьшить инерцию коленчатого вала, и тем самым значительно увеличивает обороты и мощность ДВС. Принцип работы двигателя, использующего четыре и более клапана на цилиндр, ничем не отличается от вышеописанного. Подобные силовые агрегаты демонстрируют большую, чем у двухклапанных аналогов, мощность и устанавливаются на большинство современных автомобилей.

В двигателях с подобным типом газораспределительного механизма важную роль играет устройство привода распредвалов. В качестве передаточного элемента используется цепь, находящаяся в герметично закрытом объеме, и омывающаяся маслом, или зубчатый ремень, находящийся на внешней стороне двигателя.

Поломка привода ГРМ зачастую приводит к печальным последствиям. Оборвавшийся ремень, износившийся в процессе эксплуатации, вызывает мгновенную остановку распределительного вала, вследствие чего некоторые клапаны остаются в открытом состоянии. Удар поршня по выступающей тарелке наносит серьезные повреждения головке блока цилиндров. В особо тяжелых случаях ремонт невозможен и требуется замена данного элемента двигателя.

Устройство десмодромного газораспределительного механизма

Для двигателей, конструкция ГРМ которых допускает использование пружин для закрывания клапанов, существует ограничение по максимальному количеству оборотов в минуту. При достижении значения в 9000 об/мин пружины не смогут обеспечить нужную скорость срабатывания, что неизбежно приведет к поломке двигателя.

Принцип десмодромного ГРМ заключается в использовании двух распределительных валов, один из которых производит открытие, а второй, закрытие клапанов. В таком двигателе нет ограничения на развиваемые обороты, ведь скорость срабатывания механизма напрямую зависит от скорости вращения коленвала.

Создание газораспределительного механизма с изменяемыми фазами стало возможным относительно недавно, с началом использования в двигателестроении бортовых компьютеров и электронных управляющих блоков. Система электромагнитных клапанов, меняющая режим работы согласно команд микропроцессора, позволяет снимать с двигателя мощность, приближающуюся к расчетной, при минимальном расходе топлива.

Замена ремня ГРМ своими руками

Снимая изношенный ремень, и устанавливая на его место новый, легко изменить взаимное расположение коленчатого и распределительного валов. В этом случае сместятся фазы газораспределения двигателя, что приведет к нарушениям в работе, вплоть до поломки. Метки на шестернях приводного механизма служат для визуального контроля настройки ГРМ.

Сняв непригодный ремень, необходимо совместить метки шестерней коленчатого и распределительного валов с прорезями в кожухе приводного механизма. Назначение этой операции – установка условного «нуля», с которого и начнется работа двигателя. Далее следует аккуратно установить запасной ремень, стараясь не сместить метки на шестернях.

Следующий шаг – осмотр и регулировка усилия натяжного ролика. Назначение этого узла в удержании ремня на шестернях приводного механизма. Правильность регулировки ролика можно проверить, повернув натянутый ремень пальцами. Если удастся провернуть на девяносто градусов – натяжной механизм отрегулирован хорошо. Если ремень повернется на угол меньший, чем 90 градусов, то он перетянут, если на больший, то недотянут.

Очень важно при монтаже не брать ремень ГРМ промасленными руками. Это может привести к проскакиванию на шестернях приводного механизма.

Купленный на придорожной АЗС ремень следует тщательно осмотреть. При нарушении условий хранения, даже новый ремень привода ГРМ пойдет трещинами и не сможет быть использован по назначению.

Ремень ГРМ: проверка и замена

Наверное, каждый более-менее опытный автомобилист знает о том, что в конструкции его автомобиля имеется газораспределительный механизм (в сокращении – ГРМ). Эта составляющая мотора выполняет довольно-таки важную функцию, своевременно и в полной мере контролируя газовые потоки в цилиндрах. Для стабильного и надёжного функционирования ГРМ требуется совместная работа сразу нескольких элементов, где одним из основных является привод. Большинство современных автомобилей имеют ременный привод, соединяющий соответствующие валы механизма. Именно о нём и поговорим в сегодняшней статье. Если быть точнее, то ниже каждый желающий сможет рассмотреть принцип работы ремня ГРМ, его основные функции и рекомендации по выбору.

Устройство ремня ГРМ

Понимание сущности приводного ремня ГРМ лежит через полное рассмотрение данного узла. В общих чертах, газораспределительный механизм – это устройство в конструкции мотора на бензине или дизеле, которое контролирует подачу топливной смеси в цилиндры и выпуск из таковых отработавших газов. Происходит это благодаря тому, что ГРМ имеет контакт с клапанами двигателя и в нужный момент часть из них открывает, а другую – закрывает. Именно в этом моменте работы механизма приводной ремень играет важнейшую роль, соединяя между собой распредвал и коленвал мотора. В итоге, организуется работа ДВС с чёткими и качественно налаженными фазами газораспределения.

В современных автомобилях ремень ГРМ зачастую выполняет две функции:

• Основную — которая сходится на том, чтобы соединять внутренние узлы механизма и организовывать их стабильную работу;
• Дополнительную — приходящуюся на приведении в действие насоса системы охлаждения.

По своей природе любой ремень ГРМ является расходным материалом и требует периодической замены. Во многом это связано с тем, что деталь сделана из резины, а той свойственно изнашиваться под постоянной нагрузкой. Помимо этого, ускоренный износ или обрыв приводного ремня может случиться по ряду других причин:

• установка с чрезмерным натяжением;
• изношенность роликов ремня ГРМ;
• использование мотора в условиях сильной жары без перерывов;
• нарушение герметичности защитного кожуха мотора;
• ослабление натяжения привода.

Каждый из этих моментов вполне может спровоцировать износ, а вследствие обрыв ремня. Данную поломку допускать не стоит, ибо из-за нарушенного функционирования ГРМ клапана постоянно работают в открытой фазе и гнутся, а погнутые клапана – это ремонт минимум в 10 000 рублей. Учитывая это, каждый автомобилист должен своевременно менять ремень газораспределительного механизма, выбирая только качественные детали. К слову, замена привода ГРМ требуется каждые 60 000 километров пробега, а его проверка на износ (путём осмотра) – каждые 15 000.

Несколько слов о замене приводного ремня

Выше уже было отмечено, что ремень ГРМ следует менять каждые 60 000 километров пробега. Однако это далеко не единственный случай, в котором требуется проведение подобного ремонта. Помимо истечения эксплуатационного срока службы, замена ремня может потребоваться:

• Либо при его обрыве. Диагностировать данную поломку очень просто – автомобиль заглох с кратковременным, сильным хлопком из подкапотного пространства и больше не заводится;
• Либо при его раннем износе. Тут уже потребуются систематические проверки, которые желательно проводить каждые 15 000 километров пробега.

Допустим, необходимость замены подтвердилась. Что следует делать дальше? В типовом случае порядок действий следующий:

1. Снимаем ремень или его остатки с конструкции автомобиля. Если ремонт спровоцирован обрывом приводного ремня, то также проверяем:
   • клапана;
   • поршни;
   • все элементы ГРМ.

Если с перечисленными узлами всё хорошо – считайте, что вам очень сильно повезло и удастся отделаться «лёгкой кровью». В ином случае устраняйте все имеющиеся неисправности;

После реализации первого шага при помощи маркировок на снятом ремне или специальной технической документации к вашему автомобилю определяем марку и размеры приводного элемента. Помимо этого, непосредственно в магазине не забудьте удостовериться в том, что зубья нового ремня ГРМ и их частота соответствуют с аналогичными параметрами испортившейся детали.

Затем, естественно, приобретаем ремень и проводим его замену.

Примечание! В процессе замены ремня ГРМ не поленитесь заменить и все расходники снимаемых узлов (прокладки ГБЦ, крышки клапанов, коллекторов, роликов газораспределительного механизма и т.п.).

В целом, никаких сложностей в проведении описанной выше процедуры нет. Главное – делать всё не спеша и на совесть.

Рекомендации по выбору

Однозначно, никакой гарантии в том, что конкретно ваш ремень ГРМ не оборвётся, нет. Риски столь неприятного стечения обстоятельств можно лишь минимизировать путём плановой замены элемента и его качественного подбора. Если о периодичности смены приводного ремня уже было упомянуто, то вот о выборе сказано мало. Стоит это исправить.

В первую очередь, важно позаботиться о выборе правильной вариации ремня конкретно под ваш автомобиль. Как было отмечено ранее, для этого необходимо либо снять остатки привода и ознакомиться с метками на нём, либо детально почитать техническую документацию к ремонтируемому мотору. При выборе вариации ремня важно делать упор на несколько моментов:

• Первый – подбор правильной длины и ширины (не короче, не меньше – всё должно быть так, как было ранее);
• Второй – соблюдение частоты и формации зубьев (тоже должна быть полная идентичность старому приводу).

После того, как нужные параметры ремня вам известны, можно подумать и о производителе покупаемой детали. Относительно ременных приводов ГРМ сказать что-то сложно, но, как показывает время, производители из следующего списка производят наиболее крепкие и качественные детали:

• DAYCO – один из самых старейших производителей резиновых ремней для транспортных средств. Сегодня продукция американско-итальянской компании продаётся в любом уголке мира и полностью соответствует мировым стандартам. Отметим, что ремни ГРМ от DAYCO практически всегда «отхаживают» свой эксплуатационный срок, за исключением тех случаев, когда автомобилисты используют машину в условиях колоссальных нагрузок;
• Gates – менее именитый, но также очень добротный производитель ремней для ГРМ. Качество продукции бельгийской компании не особо отличается от той, что производит DAYCO. Единственное различие между ними — ремни Gates зачастую дороже (естественно, речь идёт об оригинальных деталях, а не азиатских подделках);
• Contitech и Bosch – пожалуй, самые главные конкуренты DAYCO в сфере продаж ремней ГРМ. Любой, кто хоть раз покупал подобный привод, наверняка первочередно встречал товар именно от этих трёх компаний. Качество что у немцев, что у американцев отменное, поэтому выделять кого-то одного из них не будем. Делайте выбор сами;
• Lemforder (ZF) – менее именитый немецкий производитель в отличие от ранее рассмотренных: Contitech и Bosch. Ремни ГРМ от данной компании тоже находятся на высшем уровне, но их стоимость и меньшая надёжность нередко отпугивают потенциальных покупателей. Однако стоит отметить, что при необходимости покупка ремня именно от Lemforder вполне допустима и ничего страшного за собой не понесёт.

Покупая ремень ГРМ от любой из отмеченных компаний, обязательно следите за тем, чтобы он был произведён в стране, где базируется производитель. В ином случае риск покупки подделки довольно-таки велик, ну а за качество таких «приводов» точно никто не поручится.

Продление «жизни» проводного ремня ГРМ

В завершение сегодняшней статьи не лишним будет рассмотреть базовые профилактические меры, использование которых поможет снизить риск быстрого или непредвиденного износа ремня ГРМ до минимума. Проанализировав огромное количество советов автоэкспретов, наш ресурс выделил ряд факторов, влияющих на ускоренную порчу привода. В их перечень вошли:

• Слабое давление масла в двигателе – всегда следите за тем, чтобы оно было на уровне, а соответствующая лампочка на приборной панели никогда не горела;
• Плохое состояние сальников – их негодность провоцирует усиленный выброс масла на ремень из картера мотора, что может в любой момент спровоцировать его обрыв;
• Слабое или чрезмерное натяжение ремня – тут говорить что-то излишне, достаточно всегда настраивать натяжители, как говорится, по учебнику;
• Своевременное обслуживание ГРМ – это во многом касается роликов, неисправность которых очень часто рвёт неизношенный привод;
• Запуск двигателя «с толкача» — удивительно, но резкие рывки машины при заводе мотора таким образом в 2-3 раза снижают эксплуатационный срок именно ремня ГРМ.

Пожалуй, на этом повествование по рассматриваемой сегодня теме можно завершать. Надеемся, представленный выше материал был для вас полезен, и вы сумели определить, какой ремень ГРМ всё-таки лучше. Удачи в эксплуатации и обслуживание авто!