Газораспределительная система (ГРМ) двигателя является одной из ключевых частей моторной конструкции. Она отвечает за корректное распределение газов в цилиндрах, что обеспечивает высокую эффективность работы двигателя. Давайте детально рассмотрим, что собой представляет ГРМ, как он устроен в четырехтактных моторах и как функционирует.
- Определение: ГРМ — это система, которая управляет открытием и закрытием клапанов двигателя внутреннего сгорания.
- Назначение: Обеспечивает синхронизацию работы поршней и клапанов для оптимальной работы двигателя.
- Основные компоненты: Состоит из распределительного вала, кулачков, клапанов, пружин и цепи или ремня ГРМ.
- Типы ГРМ: Могут быть цепными и ременными, каждый из которых имеет свои преимущества и недостатки.
- Ограничения: Неправильная работа ГРМ может привести к повреждению двигателя и снижению его эффективности.
ГРМ что это такое
Газораспределительный механизм — это важный элемент любого двигателя, который контролирует работу клапанов. Его правильная работа необходима для надлежащего функционирования мотора. Именно через открытые клапаны впускная смесь попадает в цилиндры, а отработанные газы покидают их через выпускной коллектор.
Для оптимальной работы ГРМ требуется высокая точность. Любая ошибка недопустима, так как важнейшие процессы должны происходить в строго определенные моменты. Также надежность используемых компонентов газораспределительного механизма имеет значительное влияние на функционирование двигателя.
Устройство ГРМ
Теперь рассмотрим состав газораспределительного механизма, уделяя внимание его основным элементам:
- Распределительный вал. Этот элемент изготавливают из прочных черных металлов (чугун, сталь), и его роль в системе ГРМ значительна. Основная его функция заключается в управлении открытием и закрытием клапанов в нужные временные промежутки. Обычно его устанавливают в головке блока цилиндров (ГБЦ). При его вращении кулачки управляют работой клапанов, открывая или закрывая их. Каждый клапан имеет свой индивидуальный кулачок, который на него воздействует.
- Толкатели. Они создаются из того же материала, что и распределительный вал. Их задача — передавать усилия от кулачков валов на клапаны.
- Клапаны. Они отвечают за открытие и закрытие проходов в камере сгорания. Клапан представляет собой стержень с плоской верхней частью, и различия между впускными и выпускными клапанами заключаются в диаметре их верхней части. В большинстве случаев впускные клапаны изготавливаются из стали с хромовым покрытием, в то время как выпускные — из жаропрочной стали. Все клапаны удерживаются на месте с помощью пружин и тарелок.
- Штанги. Их цель — передавать усилие от толкателей к коромыслам.
- Привод ГРМ. Он обеспечивает передачу вращения от коленвала к распределительному валу, из-за чего распредвал начинает свое движение. Однако он вращается только один раз за два оборота коленвала, что означает, что за это время рабочий цикл завершается единожды.
Принцип работы
Чтобы понять принцип работы газораспределительного механизма, рассмотрим четыре его фазы:
- Процесс начинается с подачи топливной смеси в камеру сгорания благодаря вращению коленвала, которое приводит в движение поршень. При открытии впускного клапана камера заполняется горючей смесью, после чего клапан закрывается. В этот момент коленвал совершает 180-градусный оборот.
- Когда поршень достигает нижней мертвой точки (НМТ), он начинает движение обратно вверх к верхней мертвой точке (ВМТ). В этот период смесь в цилиндре сжимается. Фаза “сжатия” завершается, когда поршень близко подходит к ВМТ, в то время как коленвал делает полный оборот.
- Рабочий цикл начинается с воспламенения смеси свечами зажигания, когда поршень достигает ВМТ и смесь уже достаточно сжата. Затем сгорание газа создает мощное давление на поршень, который направляется обратно к НМТ. Фаза “рабочий ход” заканчивается, когда поршень достигает НМТ.
- Поршень снова движется вверх, при этом открывается выпускной клапан. Он выталкивает газы из камеры, образовавшиеся в результате сгорания смеси. Когда камеру удается очистить, поршень начинает обратно идти. Достигнув НМТ, фаза удаления газов завершается, и коленвал завершает два полных оборота.
Виды механизма газораспределения
Газораспределительные механизмы в моторах могут отличаться по разнообразным параметрам. Давайте углубимся в классификацию ГРМ.
По приводу
Существует три типа привода распредвала ГРМ:
- Первый тип — шестеренчатый привод. Он соединяет коленвал и распредвал при помощи зубчатых колес. Основным преимуществом этого типа является высокая долговечность.
- Второй тип — цепной привод, который отличается надежностью по сравнению с другими типами. Но его использование требует соблюдения определенных условий. Для уменьшения колебаний цепи могут устанавливаться успокоители, а натяжение регулируется натяжителями. Если двигатель имеет несколько распредвалов, может применяться пара цепей.
- Третий тип — ременный привод, который не нуждается в смазке, как цепной, но его срок службы относительно короткий и составляет, в среднем, от 70,000 до 100,000 км. Ремень проще устанавливать и заменять, он также более экономически выгоден и работает практически бесшумно.
ГРМ, или газораспределительный механизм, является одним из ключевых компонентов двигателя внутреннего сгорания. Его основное назначение заключается в синхронизации работы клапанов и поршней, что обеспечивает правильный процесс впуска и выпуска газов. Без качественно функционирующего ГРМ двигатель не сможет эффективно выполнять свой рабочий цикл, что в свою очередь приведет к значительному снижению мощности и повышенному расходу топлива.
Устройство ГРМ включает в себя несколько основных элементов. В его состав входят распределительный и коленчатый валы, шестерни, цепи или ремни, а также регуляторы и натяжители. Эти компоненты работают в совокупности, создавая необходимую синхронизацию для открытия и закрытия клапанов в строго определённый момент относительно положения поршней в цилиндрах. Правильная настройка и обслуживание ГРМ являются критически важными для поддержания работоспособности и долговечности двигателя.
Несмотря на то что ГРМ может состоять из различных механизмов, в современных автомобилях все чаще используются цепные или ременные приводы. Ременные ГРМ более шумные, но дешевле в производстве, тогда как цепные системы, хотя и более дорогие, обладают большей прочностью и долговечностью. Важно помнить, что любое повреждение или износ элементов ГРМ может привести к серьезным последствиям для двигателя, включая его поломку, поэтому регулярная проверка и замена изношенных частей являются необходимыми мерами по уходу за автомобилем.
| Шестеренчатый | Вращение от коленчатого вала к распределительному (-ым) передается шестернями. В современных моторах используется нечасто. |  |
| Цепной | Цепь передает вращение от коленвала распредвалам. В идеале самый надежный вариант. |  |
| Ременной | Распредвалы с коленвалом связывает зубчатый ремень. Самый простой в обслуживании вариант. |  |
По количеству распредвалов
В рядных двигателях могут использоваться как один, так и два распределительных вала. ГРМ с одним распредвалом обозначается аббревиатурой SOHC, а с двумя — DOHC. Каждый из них может отвечать за открытие клапанов. В моторах V-образной конфигурации используется по четыре распредвала: два для каждого ряда цилиндров.
По количеству клапанов
Количество клапанов на одном цилиндре влияет на форму распредвала и число кулачков. В двухклапанных двигателях один клапан отвечает за впуск, а другой за выпуск. Трехклапанные моторы имеют два впускных клапана и один выпускной. Четырехклапанные двигатели располагают двумя клапанами для впуска и двумя для выпуска, а у пятиклапанных — три для впуска и два для выпуска. Увеличение количества клапанов на впуске может увеличить объем смеси в камере сгорания, что приведет к росту мощности и динамики автомобиля. Однако размер камеры и форма распредвала ограничивают их количество. На сегодняшний день наиболее распространенной схемой ГРМ является четырехклапанная.
| Двухклапанный | 1 — впуск 1 — выпуск |  |
| Трехклапанный | 2 — впуск 1 — выпуск |  |
| Четырехклапанный | 2 — впуск 2 — выпуск |  |
| Пятиклапанный | 3 — впуск 2 — выпуск |  |
По расположению распредвалов
Существуют два варианта размещения распределительного вала: вверху и внизу.
При нижнем расположении распредвал устанавливается в блоке цилиндров рядом с коленвалом. В этой конфигурации кулачки передают усилие на толкатели, которые соединяются с коромыслами через специальные штанги. Хотя такое исполнение не является оптимальным, у него есть преимущества, такие как надежное соединение распределительного вала с коленвалом. В современных двигателях такая конструкция практически не используется.
Верхнее расположение подразумевает, что распредвал находится в ГБЦ, над клапанами. В этом варианте также используются различные системы управления клапанами, такие как толкатели, коромысла или рычаги. Это исполнение более простое, надежное и занимает меньше пространства, поэтому оно является предпочтительным в современных двигателях.
ГРМ с изменяемыми фазами
Механизм, позволяющий изменять время открытия клапанов, известен как механизм переменного газораспределения. Он используется для повышения эффективности и экономичности работы двигателя. В настоящее время такая система часто комбинируется с механизмами, изменяющими высоту подъема клапанов.
Существует несколько методов изменения фаз газораспределения, в которые входят механические, электрогидравлические и конструктивные подходы, включая системы с отсутствием кулачков.
Ременной и цепной привод ГРМ: какой надежнее
Идеальный цепной привод ГРМ должен работать без сбоев в течение всего срока службы автомобиля. Однако на практике иногда бывает необходимость его ремонта на пробегах, сопоставимых с ресурсом ремня ГРМ. Все зависит от конструкции конкретного двигателя и условий эксплуатации. В среднем цепь служит около 200,000 км.
По мнению большинства, цепной привод более надежен, так как он не ломается внезапно, а постепенно теряет свои свойства. Обычно в неисправном состоянии цепь начинает издавать необычные звуки, что сигнализирует о необходимости ее замены. Кроме того, чрезмерное растяжение цепи может быть обнаружено системой диагностики, и на приборной панели возникает предупреждение Check Engine.
Тем не менее, цепь может растягиваться, и это представляет собой потенциальную опасность. При запуске двигателя в холодном состоянии или резком ускорении цепь может перескочить несколько зубьев на шестернях, что приведет к нарушению фаз газораспределения. В конечном итоге это может привести к серьёзному столкновению между клапанами и поршнями. Поэтому важно время от времени проверять состояние цепи, хотя делать это нужно реже, чем проверять ремень.
Поломки
Неправильное функционирование газораспределительного механизма может проявляться в различных формах, однако наиболее распространённые проблемы включают:
- Снижение компрессии. Это часто происходит, когда на поверхности клапана образуются нагары, выемки или происходит прогорание, что может привести к снижению компрессии в ГРМ. Причиной тому может служить недостаточное прилегание впускных и выпускных клапанов к их седлам. Также к данной проблеме могут добавить факторы, такие как деформация головки блока цилиндров, неисправности пружин, заедание клапанов и неправильные зазоры.
- Потеря мощности и работа двигателя в режиме троения. Это бывает, если клапаны не могут полностью открываться, что не позволяет топливной смеси корректно поступать в камеру сгорания. Причиной может быть слишком большой тепловой зазор или недостатки в работе гидрокомпенсатора.
- Нормальный износ. Каждый компонент со временем подвергается механическому износу. Этот процесс обычно наблюдается при длительной эксплуатации двигателя, особенно если он работает в крайних режимах.
- Также возможны проблемы, связанные с износом цепи или ремня, которые имеют ограниченный срок службы.
Проверка ГРМ
В газораспределительном механизме могут возникнуть две основные проблемы: клапаны не прилегают плотно к седлам и у них ограничен ход.
Если клапаны не прилягают плотно, это может проявляться в виде хлопков, которые слышны через впускную или выпускную систему, и в утрате мощности. Ограниченный ход клапанов приведёт к тому, что они не смогут открываться полностью, что также скажется на мощности двигателя.
При клапанах, которые не открываются полностью, двигатель теряет мощность и начинает издавать металлические стуки. Эта проблема обычно возникает, когда между стержнем клапана и носком коромысла имеется значительный зазор.
К распространённым неисправностям газораспределительного механизма можно отнести также износ шестерён распредвала, толкателей и направляющих втулок, а также смещение самого распредвала.
Как показывает практика, примерно 25% всех неисправностей двигателя связаны с газораспределительным механизмом, и на ремонт этих систем уходит половина времени, затрачиваемого на обслуживание. Для диагностики погрешностей применяют следующие методы:
- определение фаз газораспределительного механизма автомобиля;
- измерение зазора между клапаном и коромыслом;
- измерение зазора между клапаном и седлом.
Если информация оказалась полезной, оставьте комментарий. Если же вы нашли её неэффективной или неточной, обязательно дайте знать.
Вопросы по теме
Каковы основные функции газораспределительного механизма и почему их невозможно недооценить?
Газораспределительный механизм (ГРМ) выполняет несколько ключевых функций, которые критически важны для эффективной работы двигателя. Во-первых, он отвечает за синхронизацию открытия и закрытия впускных и выпускных клапанов, что обеспечивает оптимальное смешение воздуха и топлива для сгорания. Во-вторых, ГРМ способствует созданию правильного временного момента для выпуска отработанных газов, что позволяет поддерживать эффективность работы двигателя. Наконец, от правильного функционирования ГРМ зависит не только производительность, но и долговечность двигателя, поскольку его сбои могут привести к серьезным повреждениям.
Какова разница между цепным и ременным ГРМ, и какие преимущества и недостатки имеют оба типа?
Цепной и ременной газораспределительные механизмы — это два основных типа систем, используемых в двигателях внутреннего сгорания. Цепной ГРМ чаще всего обладает большей долговечностью и не требует регулярной замены, что делает его более надежным вариантом. Однако он может быть более шумным и тяжелым. Ременной ГРМ, в свою очередь, более легкий и менее шумный, но требует регулярной замены через определенные интервалы пробега, что может увеличить общие расходы на обслуживание. Выбор между ними зависит от предпочтений производителя и специфики работы двигателя.
Каковы последствия неправильной установки или неисправности ГРМ, и как это можно предотвратить?
Неправильная установка или неисправность газораспределительного механизма может привести к серьезным последствиям, включая обрывы ремня или цепи, что может вызвать колебания коленвала и столкновение поршней с клапанами. Это, в свою очередь, может привести к дорогостоящему ремонту. Для предотвращения таких ситуаций крайне важно соблюдать рекомендации производителей по техническому обслуживанию, регулярно проверять состояние элементов ГРМ и проводить его замену в соответствии с установленными интервалами. Также полезно использовать высококачественные запчасти, чтобы минимизировать риск неисправностей.
