Грм двигателя – типы, устройство и принцип работы

Содержание

Эволюция ГРМ: шестерни, цепь и ремень

Любите спорить на автомобильную тему и рассуждать, что лучше — ремень или цепь? Ничто так не придает спорщику значимости, как знание истории развития механизмов! Мы расскажем вам о том, как появились и ушли в небытие разные приводы ГРМ.

Два слова о ГРМ

Клапанный механизм газораспределения, сокращенно ГРМ, — это то, без чего четырехтактный двигатель существовать в принципе не может. Он открывает впускные клапана, впуская воздух или горючую смесь в цилиндры на такте впуска, открывает выпускные на такте выпуска и надежно запирает горящую в цилиндре смесь во время рабочего хода. От того, насколько хорошо он обеспечивает "дыхание" мотора — подачу воздуха и выпуск отработавших газов — зависит и мощность, и экологичность мотора.

Клапаны открывают и закрывают своими кулачками распределительные валы, а крутящий момент на них передается с коленвала, в чем, собственно, и состоит задача привода ГРМ. Сегодня для этого используют цепь или ремень. Но так было не всегда…

Старый добрый нижний распредвал

В начале ХХ века проблем с приводами распредвала не было — его раскручивали обычные шестерни, а к клапанам от него шли штанги толкателей. Клапаны располагались тогда сбоку, в "кармане" камеры сгорания, прямо над распределительным валом, и открывались-закрывались штангами. Потом клапаны стали ставить один напротив другого, чтобы уменьшить объем и площадь поверхности этого "кармана" — в результате неоптимальной формы камеры сгорания моторы имели повышенную склонность к детонации и плохой термический КПД: много тепла уходило в стенки головки блока цилиндров. И наконец, клапаны перенесли в область прямо над поршнем, и камера сгорания стала совсем небольшой и почти правильной формы.

Расположение клапанов сверху камеры сгорания и привод клапанов более длинными толкателями (так называемая схема OHV), предложенные еще в начале ХХ века Дэвидом Бьюиком, оказались самыми удобными. Такая схема вытеснила варианты моторов с боковыми клапанами в гоночных конструкциях уже к 1920 году. Например, именно она применяется в знаменитых двигателях Chrysler Hemi и моторах Corvette и в наше время. А моторы с боковыми клапанами могут помнить водители ГАЗ-52 или ГАЗ-М-20 "Победа", где данная схема применялась в двигателях.

Untitled-1.jpg

И ведь так удобно все это было! Конструкция очень проста. Распредвал, оставаясь внизу, находится в блоке цилиндров, где прекрасно смазывается разбрызгиванием масла! Даже штанги и кулачки рокеров с регулировочными шайбами можно оставить снаружи при необходимости. Но прогресс не стоял на месте.

Почему отказались от штанг?

Проблема — в лишнем весе. В 30-е годы скорость вращения гоночных моторов на земле и авиационных моторов на самолетах достигла величин, при которых появилась необходимость облегчить механизм газораспределения. Ведь каждый грамм массы клапана вынуждает увеличивать и силу пружин, которые его закрывают, и прочность толкателей, через которые распредвал жмет на клапан, в результате потери на привод ГРМ быстро возрастают при увеличении оборотов мотора.

Выход был найден в переносе распределительного вала наверх, в головку блока цилиндров, что позволило отказаться от простой, но тяжелой системы с толкателями и значительно уменьшить инерционные потери. Поднялись рабочие обороты мотора, а значит, увеличилась и мощность. Например, Роберт Пежо создал в 1912 году гоночный двигатель с четырьмя клапанами на цилиндр и двумя верхними распредвалами. С переносом распределительных валов наверх, в головку блока, возникала и проблема их привода.


1024px-Head_D15A3.JPG

Первым решением было ввести промежуточные шестерни. Существовал, скажем, вариант с приводом дополнительным валом с коническими шестернями, как, например, на всем танкистам знакомом двигателе В2 и его производных. Такая схема применялась и на уже упомянутом моторе Peugeot, авиамоторах Curtiss К12 образца 1916 года и Hispano-Suiza 1915 года.

Еще одним вариантом стала установка нескольких цилиндрических шестерен, например в двигателях болидов Формулы-1 периода 60-х годов. Удивительно, но "многошестеренная" технология находила применение и совсем недавно. Например, на нескольких модификациях дизельных 2.5-литровых моторов Volkswagen, ставившихся на Transporter T5 и Touareg — AXD, AXE и BLJ.


Depositphotos_9013022_original.jpg

Почему пришла цепь?

У шестеренчатого привода было много "врожденных" проблем, главная из которых — шумность. Помимо того, шестерни требовали точной установки валов, расчета зазоров и взаимной твердости материалов, а также — муфт гашения крутильных колебаний. В общем, конструкция при кажущейся простоте была мудреной, а шестерни — отнюдь не "вечными". Нужно было что-то другое.

Когда впервые применили цепь для привода ГРМ, точно неизвестно. Но одной из первых массовых конструкций был двигатель мотоцикла AJS 350 с цепным приводом в 1927 году. Конструкция оказалась удачной: цепь не только была тише и проще в устройстве, чем система валов, но и снижала передачу вредных крутильных колебаний за счет работы своей системы натяжения.


Depositphotos_54205617_original.jpg

Как ни странно, цепь не нашла применения в авиационных моторах, и в автомобильных появилась значительно позже. Сначала она появилась в приводе нижнего распредвала вместо громоздких шестерен, но постепенно стала набирать популярность и в приводах с верхними распредвалами, однако особенно стала актуальна, когда появились моторы с двумя распредвалами. Например, цепью приводился ГРМ в двигателе Ferrari 166 1948 года и в поздних версиях мотора Ferrari 250, хотя ранние варианты его имели привод коническими шестернями.

В массовых моторах нужды в цепном приводе долго не возникало — до 80-х годов. Маломощные двигатели выпускались с нижним распредвалом, и это не только "Волги", но и Skoda Felicia, Ford Escort 1.3 и множество американских машин — на V-образных моторах штанги-толкатели стояли до последнего. А вот на высокофорсированных моторах европейских производителей цепи появились уже в 50-е годы и до конца 80-х оставались преобладающим типом привода ГРМ.

Как появился ремень?

Примерно тогда же у цепи появился опасный конкурент. Именно в 60-е развитие технологий позволило создать достаточно надежные зубчатые ремни. Хотя вообще-то ременная передача — одна из старейших, она использовалась для привода механизмов еще в античности. Развитие станочного парка с групповым приводом механизмов от паровой машины или водяного колеса обеспечило развитие технологий производства ремней. Из кожаных они стали текстильными и металлокордными, с применением нейлона и других синтетических материалов.


Depositphotos_22899170_original.jpg

Первый случай использования ремня в приводе ГРМ относят к 1954 году, когда в гонках SCCA победил Devin Sports Car конструкции Билла Девина. Его мотор, согласно описанию, имел верхний распредвал и привод зубчатым ремнем. Первой же серийной машиной с ремнем в приводе ГРМ считается модель Glas 1004 1962 года небольшой немецкой компании, позднее поглощенной BMW.

В 1966 году, Opel/Vauxhall начал производство массовых моторов серии Slant Four с ремнем в приводе ГРМ. В том же году, несколько позже, появились моторы Pontiac OHC Six и Fiat Twincam, тоже с ремнем. Технология стала по-настоящему массовой.

Причем мотор от Fiat чуть было не попал на наши" Жигули"! Рассматривался вариант его установки вместо нижневального мотора Fiat-124 на будущий ВАЗ 2101. Но, как известно, старый мотор просто переделали под верхние клапаны, а в качестве привода поставили цепь.

Как видно, сначала ремень использовался исключительно на недорогих моторах. Ведь его основными преимуществами была низкая цена и малая шумность привода, что актуально для небольших машин, не обремененных шумоизоляцией. Но его нужно было регулярно менять и следить, чтобы на него не попадали агрессивные жидкости и масло, причем интервал замены уже тогда был немаленьким и составлял 50 тысяч километров.

И все же славу не слишком надежного способа привода ГРМ он получить успел. Ведь достаточно было погнуться одной шпильке или выйти из строя одному ролику, как его ресурс снижался в разы.


Depositphotos_41785225_original.jpg

Серьезно снижало ресурс и замасливание — тут не всегда помогал даже герметичный кожух, ведь моторы тех лет имели весьма примитивную систему вентиляции картерных газов и масло все равно попадало на ремень.

Впрочем, все нюансы применения некачественных ремней ГРМ у нас знакомы владельцам переднеприводных ВАЗ. Мотор 2108 разрабатывался как раз в 80-е, на пике увлечения ремнями. Тогда их стали ставить даже на большие моторы вроде ниссановского RB26, и надежность лучших образцов была на уровне. С тех пор споры о том, что лучше — цепь или ремень, не утихают ни на минуту. Будьте уверены, прямо сейчас, пока вы читаете эти строки, на каком-нибудь форуме или в курилке два апологета разных приводов спорят до полного изнеможения.

В следующей публикации я подробно разберу все плюсы и минусы цепных и ременных приводов. Оставайтесь на связи!


Читайте также:


www.kolesa.ru

Газораспределительный механизм: устройство

Механизм газораспределения руководит впускными и выпускными клапанами автомобильного двигателя. Газораспределительный механизм или как его еще называют ГРМ, производит выпускание воздушно-топливной смеси во все цилиндры двигателя машины, а после этого удаление из камеры сгорания отработанных газов.

В представленной статье размещены ответы на такие довольно распространенные вопросы:

  1. Что собой представляет газораспределительный механизм?
  2. Устройство ГРМ;
  3. назначение механизма газораспределения;
  4. В чем заключается функционирование ГРМ?
  5. Типы газораспределительных механизмов.
Газораспределительный механизм

Газораспределительный механизм

Основная информация о ГРМ

Для начала необходимо обсудить устройство газораспределительного механизма. Механизм газораспределения имеет такие основные элементы:

  1. Распредвал;
  2. Клапанный механизм;
  3. Механизм привода распредвал.

К основным элементам ГРМ относятся:

  1. Штанги. С их помощью обеспечивается передача усилий из толкателя к коромыслу.
  2. Толкатели. Благодаря толкателям выполняется передача усилий от кулаков распредвала к каждой штанге. Для того чтобы толкатель изнашивался равномерно они находятся в постоянном движении вокруг себя, а выполняется это благодаря выпуклой поверхности нижних головок и скошенной поверхности распределительного валика;
  3. распредвал. Распредвал дает возможность открывания и закрывания клапанов ГРМ в установленной очередности, которая согласовывается с функционированием каждого цилиндра двигателя автомобиля.
  4. Клапаны. с помощью клапанов выполняется периодическое открывание и закрывание отверстий впускного и выпускного клапанов, которое напрямую зависит от очередности функционирования автомобильного двигателя и расположения поршня цилиндре.
  5. Коромысло. Обеспечивают передачу усилия от штанги к клапану.

ГРМ схема

Теперь обсудим назначение газораспределительного механизма. Итак, в чем заключается назначение механизма газораспределения? Назначение газораспределительного механизма заключается в своевременной передаче воздухо-топливной смеси во все цилиндры автомобильного двигателя на тактах выпускания, а еще выводе из каждого цилиндра отработанных газов в момент выпускания такта. Обеспечивается выполнение представленных действий благодаря своевременному открытию и закрытию всех типов клапанов головки каждого цилиндра с помощью клапанов. Газораспределительные механизмы разделяют на типы с боковым и типы с подвесным клапанами, но на сегодняшний момент боковые клапаны мало распространены.

Еще эту систему классифицируют по размещению распредвала и виду привода. Обычно, распредвал устанавливают снизу блока картера или сверху головки цилиндра. Нижний распределительный валик начинает функционировать благодаря шестеренке, а верхний при помощи цепки или ременной передачи.

Еще ГРМ классифицируют по значению числа клапанов, которое приходится на один цилиндр, два клапана это минимальное количество, а пять максимальное. Также существует классификация по количеству распределительных валиков, здесь один это минимальное значение, а четыре это максимальное значение.

Принцип действия ГРМ

Газораспределительный механизм является одним из сложнейших узлов двигателя любого транспортного средства, потому как его основная функция заключается не только в открывании и закрывании групп клапанов, но и выполнение этих действий в определенной очередности. Функционирование ГРМ синхронизировано с функционированием зажигания и впрыскивания. Для увеличения скорости передвижения, водитель нажимает на педальку акселератора,тем самым увеличивается поступление воздухо-топливной смеси в автомобильный двигатель.

Авто-двигатель может воспринимать усиленный поток исключительно с помощью увеличения количества оборотов. То есть открывание и закрывание клапанов должно проходить как можно чаще. Для решения данной проблемы разработчики решили обеспечить привод от коленчатого валика. То есть чем быстрее крутится коленчатый валик, тем быстрее происходит открывание и закрывание клапанов, следовательно, двигатель автомобиля сможет пропускать и сжигать исключительно необходимо количество воздухо-топливной смеси.

Газораспределение сводится к синхронному вращению коленвала и распредвала, а еще открыванию впускного и выпускного клапанов в определенном месте расположения поршней. Для того чтобы распредвалик точно располагался по отношению к коленчатому валику применяют установочные пометки. Во время открытия клапанов с помощью коромысла распределительный валик наезжает кулачком на коромысло, которое в свою очередь прижимает клапан и он закручивается благодаря пружине. В цепном двигателе ГРМ функционирует точно так же, только во время сборки цепку нужно надевать вместе со шкивом на валик.

Типы газораспределительного механизма

Сначала рассмотрим газораспределительный механизм с нижним положением распределительного валика. В конструкцию представленного типа ГРМ входят такие элементы:

  • Распределительный валик;
  • Клапан;
  • Поршень;
  • Коромысло;
  • Стойка валика коромысла;
  • Валик коромысла;
  • Контргайка;
  • регулирующий винтик;
  • Шестеренки распредвала и коленвала;
  • Промежуточная шестеренка;
  • Пружинки клапана;
  • Направляющая втулка;
  • Штанга;
  • Толкатель;
  • Головка цилиндров.

Главным преимуществом механизма газораспределения данного типа считается небольшая стоимость, высокий уровень качества и надежности, а также простое использование. Но имеются и недостатки, например, такие как шумность и инерционность, которая ограничивает количество оборотов двигателя автомобиля. Применяются такие газораспределительные механизмы на автомобилях с дизельным двигателем или бензиновым двигателем, который имеет низкий уровень оборотов коленвала.

Теперь поговорим о механизмах газораспределения с верхним положением распределительного валика. В конструкцию представленного типа ГРМ входят такие элементы:

  • Толкатель;
  • Пружинки;
  • Канал;
  • Тарелка клапана;
  • Кулак распредвала;
  • стойка клапана.

Представленный тип ГРМ отличный от предыдущего установлением распредвала в основе цилиндров, а само функционирование и назначение остается прежним. Передача влияния из распредвала происходит с помощью толкателя на коромысло, из распредвала к коромыслу или же от распредвала к толкателю клапана.

Привод распредвала может реализовываться с помощью передачи цепки или зубчиков ремня.

По сравнению с предыдущим типом данный тип ГРМ имеет меньший уровень инертности, а значит, двигатель может развивать большее количество оборотов, и шума. Также к преимуществам данного типа относятся небольшие размеры блока-картера и недорогое изготовление. Но имеются и недостатки, например, необходимость регулярно проводить замену ремня привода, а несвоевременная замена ремня может привести к поломке клапанов. Также в проведении регулярной замены нуждается и цепь привода. К тому же, цепной привод механизма газораспределителя достаточно дорогой. Еще одним недостатком является сложность настаивания тепловых зазоров клапанов.

autodont.ru

ГРМ (газораспределительный механизм) — Словарь автомеханика

ГРМ, полное название термина, газораспределительный механизм автомобиля - система, отвечающая за своевременный впуск топливовоздушной смеси в цилиндры двигателя с последующим выпуском из цилиндров отработанных газов открывая и закрывая отверстия в камере сгорания.

Устройство ГРМ очень сложное, в него входит один или несколько распределительных валов, впускных и выпускных клапанов, механизмов привода к валам и несколько вспомогательных передаточных деталей.

Привод ГРМ

Распредвал может приводится в движение двумя видами привода: ремнём или цепью. Когда механизм газораспределения приводится в движение цепным приводом, то на торце распределительного вала установлена ведомая звездочка, а если передача энергии от коленвала до распредвала происходит ременным приводом, то устанавливают шкив. Есть также сложные конструкции на которых привод ГРМ осуществляется ремнем или цепью одновременно.

Но не зависимо от типа привода в механизме ГРМ должно соблюдаться условие - неизменность положения валов относительно друг-друга. По тому что когда какой то вал будет "отставать", то синхронизация работы нарушается.

Виды привода ГРМ. Ремень ГРМ и цепь ГРМ


Виды поломок в ГРМ

  • Может быть неполное закрывание клапанов;
  • Увеличение зазора между стержнями клапанов и коромысельными носками;
  • Возникновение изношенности штанги и толкатели, коромысла, выработка шейки распредвала или шестерней валов газораспределительной системы.

Отличительные черты поломок ГРМ

  1. Наблюдается снижение мощности двигателя;
  2. Неравномерность работы мотора авто;
  3. Машина начинает потреблять больше топлива;
  4. Доносящийся стук клапанов.

Когда в двигателе падает мощность, это указывает на нарушенную регулировку тепловых зазоров и неполное прилегание клапанов к седлам. Если тепловой зазор больше требуемого, тогда это провоцирует повышенные ударные нагрузки на клапан-седло. При уменьшении зазоров просматривается разгерметизация двигательных цилиндров и наблюдается стук клапанов. Это возникает в следствие образования нагара на сопряжении клапан-седло либо из-за неправильной регулировки газораспределительного механизма. Если же кроме падения мощности повышается вибрация двигателя, тогда причина может крыться в удлиненном ремне привода ГРМ.

Чаще всего автовладельцев волнует вопрос при обслуживании системы ГРМ это зазоры и клапана.

Когда происходит разгерметизация в цилиндрах, наблюдается повышенное потребление автомобилем топлива, неравномерная работа мотора с одновременным снижением его мощности. Не равномерная работа двигателя может наблюдаться, если пружины клапанов ГРМ теряют свою упругость, так же при износе распредвала, шестеренок и толкателей.


Профилактика поломок ГРМ

Для обеспечения корректной работы механизма необходимо проверять и регулировать зазоры в клапанах, затягивать гайки стоек коромысел. Для верной посадки клапанов необходимы отрегулированные тепловые зазоры, которые нужны для того, чтобы произошли отдача и восстановление упругих деформаций приводных деталей. Также данные зазоры предупреждают преждевременную посадку клапанов в седло.

Точность регулирования моментов открытия и закрытия клапанов – залог правильной работы двигателя по мощности, шумности и компрессии.

Во избежание выхода из строя системы газораспределения необходима периодическая диагностика элементов системы и своевременное устранение дефектов и неисправностей.

Связанные термины

etlib.ru

сравнение двух приводов системы газораспределения

Что лучше в автомобиле – ремень ГРМ или цепь ГРМ?

Вам нравятся вопросы наподобие «Какая машина лучше?», на которые в принципе нет правильного ответа? Обычно такие вопросы вызывают бурную волну обсуждений и даже жесткой полемики. Сегодня же мы решили поговорить по поводу системы газораспределения (ГРМ) в двигателях внутреннего сгорания (ДВС). Все знают, что в ДВС для синхронизации работы двигателя используется цепь ГРМ или ремень.

Но чем они отличаются друг от друга? Уже давно многих автомобилистов интересует, что же лучше? И надо признать, что с тех пор, как на смену цепи ГРМ пришел ремень, споры среди автолюбителей не утихают. Особенно о современных моторах, к которым есть масса претензий по сроку службы. Надо признать, что это отличный вопрос. Но ответить, что лучше – цепь или ремень, слету не получится. Мы попробуем сделать необычное сравнение этих двух систем, чтобы каждый для себя сделал свой выбор. 

 

Бомба замедленного действия под капотом вашего автомобиля

 

В главах 1-5 мы расскажем вам, что с исторической точки зрения вариант с ремнем ГРМ не является ни лучшим, ни худшим, также как и цепь ГРМ. Наше личное мнение, что и цепь, и ремень ГРМ не являются идеальной системой газораспределения в двигателях внутреннего сгорания. В целом эта технология уже давно зарекомендовала себя надежной и прошла проверку временем. Тем не менее она нещадно устарела. На дворе 21 век, и поверьте, автопроизводителей сегодня привлекают более современные технологии. Именно поэтому все больше компаний начинают думать об электрокарах и водородных автомобилях. 

 

В принципе, выяснение, что лучше – цепь или ремень ГРМ, – неблагодарное дело. Те, кто любит спорить на этот счет, все равно не достигнут истины. Все эти искусственные дебаты похожи на спор между теми, кто любит с пеной у рта доказывать, какой автомобиль лучше всех. 

 

Самое интересное, что те, кто спорит о том, какой тип привода системы газораспределения лучше, почему-то не задумываются, что вся система ГРМ – это бомба замедленного действия. Особенно в современных автомобилях. Именно из-за системы ГРМ двигатели автомобилей недолговечны. ГРМ – это слабое звено многих автомобилей.

 

Эволюция системы газораспределительного механизма

 

Глава 1: Зубчатые шестерни 

 

Основная цель использования цепей или ремней ГРМ в двигателях внутреннего сгорания – это транспортирование энергии (крутящего момента) от вращения коленвала к устройству клапанов в головке блока, которые обычно управляются распределительным валом (распредвалом). 

Эту проблему не так сложно решить. Очевидное решение – это использование шестерен. Именно с помощью них легко передавать крутящий момент в боковом направлении. 

 

Вот зубчатые шестерни Volvo P1800S:

 

Да, это шестерни той Volvo P1800S 1966 года, которая проехала почти 5 млн километров. Мотор в этой машине без единого ремонта пробежал больше 3 млн километров. Далее был проведен дорогой ремонт, и машина снова наездила более 1 млн километров. А теперь о грустном. 

 

Как вы думаете, выгодно ли автопроизводителям выпускать такие автомобили, которые могут служить владельцу длительный промежуток времени? Ведь чем больше ресурс автомобиля, тем меньше продажи автопроизводителей. Вы представляете, сколько бы сегодня ходили автомобили, если бы они все оснащались для передачи крутящего момента от коленвала на распредвал зубчатыми шестернями? Представьте, если бы вы были генеральным директором компании, которая продавала продукт, служивший 50 лет, а не 10. 

 

Насколько мы можем судить, руководители крупных автомобильных компаний решили в один прекрасный момент в истории автопромышленности спроектировать двигатели так, чтобы уменьшить их срок службы. Мы не знаем, сделано это специально или по необходимости. Но суть от этого не меняется. 

Начав проектировать двигатель с меньшим ресурсом, автокомпании стремились в первую очередь к своей выгоде, чтобы эксплуатируемые в мире автомобили быстрее оказывались на свалке, что увеличивало бы продажи новых автомобилей. Но как это сделать без жалоб автовладельцев? Очень просто. Нужно придумать умную новую технологию!

 

Глава 1.5: Нейлоновые зубчатые шестерни

 

Первое решение проблемы долговечности двигателей, которое мы хотим обсудить, довольно показательно – замена металлических зубчатых шестерен на шестерни с нейлоновыми зубьями, которые установлены прямо на металл. 

Это шестерни от двигателя модели Chrysler 383 1969 года. Важно знать, что эти шестерни дороже, чем обычный металлический шестереночный механизм.

 

Все потому, что нейлон очень дорогой. Как альтернативу можно, конечно, использовать более дешевый пластик. Но и пластиковые шестерни на самом деле дороже стальных. Ведь для производства пластиковых шестерен нужно в 30 раз больше материала, чем при производстве металлических. Только так можно добиться, чтобы пластиковая шестерня выдерживала ту же нагрузку, что и стальная. 

 

Как вы думаете, какое оправдание придумали автопроизводители, которые недавно стали вместо стальных шестерен использовать пластиковые? Они объяснили замену стальных шестерен необходимостью сделать двигатели тише. Однако это слабый аргумент, в который могут поверить только дилетанты. Об этом ниже. 

 

Глава 2: Цепь ГРМ

 

Когда некоторые производители стали использовать нейлоновые шестерни, выявилась одна проблема: шестерни были слишком слабыми. В итоге автопроизводители стали получать множество критики. Следующей технологией передачи энергии для синхронизации двигателя стали цепи ГРМ. Это более умный способ уменьшить ресурс двигателей так, чтобы потребители не жаловались. 

 

С инженерной точки зрения принцип работы цепи ГРМ в газораспределительном механизме основан на передаче крутящего момента на большие расстояния, как, например, на этом велосипеде:

 

Важное значение в этом механизме имеет задняя пружина, которая помогает держать цепь в натяжке при переключении скоростей на велосипеде. Ведь когда цепь перескакивает на другую звездочку, длина ее прямого сегмента изменяется. Если бы не было специального механизма, то при переключении скоростей цепь на велосипеде провисла бы или даже слетела. 

 

Этой проблемы в машине не существует. Но есть в автомобилях свои заморочки. Например, цепь ГРМ со временем изнашивается (причем если сравнивать с зубчатыми шестернями, износ цепи происходит очень и очень быстро). Это приводит к увеличению эффективной длины цепи с течением времени. Поэтому автопроизводители оснастили цепь ГРМ натяжителем для устранения ее провисания. Ну что, вот вам и еще одно доказательство того, что автопроизводители намеренно сократили срок службы компонентов двигателя, перейдя на использование цепи ГРМ.

 

В принципе, использовать цепь не было необходимости. Тем более что крутящий момент от коленвала на распредвал нужно передавать на небольшие расстояния. Но нет. Автопроизводители сознательно решили оснастить все двигатели цепью ГРМ, которая очень быстро изнашивается по сравнению с шестернями. 

Это, безусловно, решало проблемы долговечности моторов 60-х годов. 

 

Вот два решения цепного привода системы ГРМ:

 

На левой картинке вы можете увидеть двигатель, оснащенный длинными толкателями клапанов (схема OHV). Этот мотор использует небольшую цепь. Справа вы видите двигатель с системой OHC или DOHC, где используется длинная цепь. Конструкция слева рассчитана на более длительный срок службы. Также конструкция мотора слева дешевле и легче. Более длинные цепи, используемые в двигателях конструкции OHC, со временем больше изнашиваются и растягиваются. Самое плохое – это когда в двигателях с двумя цепями одна цепь изнашивается быстрее другой. В этом случае натяжитель более изношенной цепи ухудшит идеальную синхронизацию мотора. 

 

Но многие автопроизводители используют множество различных технологий, чтобы предотвратить подобную асимметрию в синхронизации двигателя в результате износа цепи или ее растяжения. 

В некоторых моторах есть системы переменной синхронизации клапанов, например, такие как VTECH или VANOS. В таких моторах натяжитель цепи подключен к устройству опережения синхронизации. На таких моторах в случае провисания цепи от износа она автоматически немного продвигается на несколько звеньев. 

 

Но во всех этих примерах при использовании цепи ГРМ мы не видим систем, предотвращающих быстрый износ цепей. Вместо того чтобы придумывать, как увеличить срок службы цепей ГРМ, автопроизводители все сделали для того, чтобы сильно натянутая цепь испытывала максимальное механическое трение. Это означает, что со временем нарушается не только натяжка цепи, что приводит к ее износу, но и изнашиваются также натяжители цепи. 

 

Глава 3: Ремни ГРМ

 

Проблему долговечности двигателей можно решить с помощью ремней? Если вы инженер в автомобильной компании, которая поручила вам придумать, как сократить срок службы двигателей, то вы, конечно, не остановитесь на цепях ГРМ. Вы обязательно придумаете еще что-нибудь, с радостью сообщив своим руководителям, что вместо цепей ГРМ нужно использовать ремни ГРМ.

Именно так это и произошло в истории автопромышленности. Ремни ГРМ стали следующим шагом по заговору против автовладельцев, мечтающих всю жизнь владеть одним автомобилем. Ремни ГРМ пришли на смену цепям во многих автомобилях. 

 

Ремни газораспределительного механизма появились на сцене еще в 1962 году. Но на раннем этапе ремни не стали так популярны, поскольку в те годы еще не было технологий, способных производить крепкие ремни. И все дело было в резине, из которой изготавливали первые ремни. Известно, что резина при больших температурах быстро стареет.

В итоге первые ремни ГРМ служили очень недолго и рвались, что нередко приводило к существенной поломке двигателя. Затем ремни стали более надежными, и автопроизводители стали отказываться от цепей, также заявив, что это необходимо, чтобы уменьшить шум двигателей. Но, несмотря на технологии производства ремней ГРМ, они все равно по сроку службы уступают цепям ГРМ. Автопроизводители сделали так, чтобы автовладельцы чаще приезжали на техническое обслуживание для замены ремня ГРМ (которое обходится в немалые деньги). 

 

В современных автомобилях ремни ГРМ служат более длительный срок по сравнению со старыми автомобилями. В некоторых машинах ремень ГРМ нужно менять каждые 100-150 тыс. км, тогда как совсем недавно в некоторых автомобилях автопроизводители рекомендовали менять ремень каждые 30-45 тыс. км. 

Но это не значит, что теперь ремни ГРМ имеют преимущество перед цепью. Также это не значит, что вы должны бежать покупать автомобили только с цепью ГРМ. Все не так просто. 

 

Глава 4: Цепи с пластиковыми направляющими

Следующим решением проблемы долговечности автомобилей был переход автопроизводителей с использования обычных цепей на цепи, которые используют изогнутые пластиковые направляющие. Этот пластик разваливается со временем. Но вы не удивляйтесь. Это изначально и придумано так, чтобы эти пластиковые направляющие вышли из строя через определенный пробег автомобиля. 

 

Плюс в таких современных моторах используются непрямые длинные цепи. То есть используется принцип, как в этом 10-скоростном велосипеде:

 

С инженерной точки зрения для того чтобы эффективно передавать крутящий момент по длинной цепи, необходима дополнительная шестерня. Но в вышеуказанном примере в видео цепь в современных моторах изогнута и постоянно взаимодействует не с шестерней, как положено, а с куском ПЛАСТИКА!

 

Что дороже – цепь ГРМ или ремень ГРМ?

 

Итак, мы посмотрели, как автопроизводители перешли от шестерней на цепи ГРМ, а затем на ремни ГРМ, и теперь снова решили использовать цепи. Осталось теперь разобраться, что дешевле обслуживать – автомобиль с ремнем ГРМ или цепью? Конечно, здесь все зависит от марки и модели конкретного автомобиля. Но в целом все примерно то на то и выходит, как это ни покажется сначала странным. 

Ремень ГРМ, конечно, стоит дешевле цепи. Но как только к ремню ГРМ вы приобретаете шкивы и все остальное, стоимость замены ремня ГРМ и приводных роликов будет примерно сопоставима со стоимостью замены цепи ГРМ.

 

Если говорить о старых подержанных автомобилях, то, конечно, предпочтительнее покупать автомобиль с классической цепью, которая относится к древней технологии, проверенной временем. Если же говорить о новых современных автомобилях, то сегодня лучше приобретать автомобили с ремнем ГРМ, поскольку новые цепные технологии газораспределительного механизма, набирающие снова популярность, несовершенны и менее надежны, чем старые классические цепные системы ГРМ.

 

Но с автомобилями, использующими ремни ГРМ, нужно быть внимательным, поскольку ремни имеют свойство неожиданно рваться от износа или заводского брака. В этом случае многие двигатели ждет поломка, из-за того что клапаны мотора встретятся с поршнями. 

 

Глава 5: Разнообразие – это специя жизни

 

Мы только поверхностно затронули вопрос, что происходит с эволюцией автомобилей. Все на самом деле сложнее. Вот здесь вы можете прочитать, почему современные моторы намного хуже старых. 

 

К производителям автомобилей уже много вопросов. Например, почему автомобили Мерседес Е-класса, выпущенные для таксопарка Германии, могут легко проехать 500 тыс. км, тогда как обычные версии не всегда могут без ремонта доехать до такого километража? Или почему современные грузовые машины, также как и старые, по-прежнему могут легко намотать без ремонта более 1-2 млн километров, несмотря на то что в двигателях грузовиков более высокая степень сжатия и крутящий момент? 

 

Или, например, почему современные датчики кислорода выходят из строя намного быстрее, чем в старых машинах? Или почему автопроизводители стали в конструкции многих компонентов использовать вместо металлических деталей пластиковые, что в итоге привело к существенному сокращению срока службы транспортных средств? И таких вопросов тысячи. 

 

Обычно производители на все вопросы отвечают просто: замена металлических деталей на пластиковые необходима для снижения веса автомобилей. Но постойте, а что, в мире нет алюминия? Но нет, автопроизводители продолжают ухудшать автомобили, облегчая все преимущественно пластиком. 

На самом деле нужно написать целый учебник, чтобы перечислить все детали, которые ухудшились в современных машинах. 

 

Итог: Так что лучше?

 

Как мы уже не раз отметили, определить точно, что же лучше – ремень или цепь, не представляется возможным. Те же, кто спорит об этом, теряют время. Это искусственный бессмысленный спор. Каждый тип привода ГРМ имеет свои плюсы и минусы. Все зависит от типа и конструкции двигателя, а также от стоимости замены ремня/цепи ГРМ в конкретном автомобиле. Например, в одних автомобилях ремень/цепь меняется довольно-таки легко и обходится в незаоблачную сумму, тогда как в других машинах для замены цепи/ремня нужно разобрать чуть ли не полмашины, что в итоге влетает в круглую сумму. В заключение приводим основные плюсы ремней ГРМ и цепей ГРМ.

 

Плюсы ремней ГРМ

  • Лучшая точность синхронизации способствует повышению производительности и снижению выбросов
  • Низкий уровень шума
  • Пониженные гармоники коленчатого вала (непостоянная скорость), влияющие на динамику и фазу газораспределения
  • Уменьшенное трение
  • Снижение требований к смазке (масло не требуется для ремня)
  • Простота регулировки (для гонок)

 

Плюсы цепей ГРМ

 

  • Цепь имеет больший ресурс
  • При замене цепи ГРМ требуется замена меньшего количества компонентов

www.1gai.ru

Особенности устройства ГРМ изучаемых двигателей — Студопедия.Нет

Nbsp; Нефтекамская автомобильная школа “Добровольное общество содействия армии, авиации и флоту России”   =========================================================     ЛЕКЦИЯ по дисциплине   «УСТРОЙСТВО И ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ

ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ»

 

Тема № 2. Общее устройство и работа двигателя

Занятие № 2.3. Механизм газораспределения.

 

 

по подготовке специалистов по ВУС-837 «водители транспортных средств категории «С»

 

Нефтекамск 2017


Тема № 2. Общее устройство и работа двигателя(СЛАЙД № 1)

Занятие № 2.3 Механизм газораспределения

Учебные вопросы (СЛАЙД № 2)

 

 

  1. Назначение, общее устройство, принципы работы ГРМ.
  2. Особенности устройства ГРМ изучаемых двигателей.
  3. Основные причины и признаки неисправностей ГРМ.
  4. Порядок проведения регулировочных работ в механизме газораспределения.

 

 

Время:                 2 часа.

Место проведения: аудитория.

Вид занятия:     лекция.

Методические указания.

Обосновывать обучаемым важность рассматриваемого учебного вопроса. Основные положения давать под запись в конспект.

Приводить конкретные примеры из опыта эксплуатации автомобилей.

Обратить внимание на правильность ведения конспектов.

Учебный материал излагать с использованием кадров в Microsoft PowerPoint, схем и плакатов.

Поддерживать связь с аудиторией.

Контроль качества усвоения учебного материал производить кратким опросом по изложенному материалу.

Подводить итог рассмотренного вопроса и приступать к изложению следующего учебного вопроса.

Сделать выводы по материалу занятия, подвести итог занятия, ответить на вопросы обучаемых. Дать задание на самостоятельную работу.

 

 

Введение

 

На предыдущем занятии был изучен КШМ. Сегодня на занятии будут рассмотрены вопросы назначения, устройства и работы ГРМ его обслуживания.

Значительно сократить расход ГСМ позволяет правильная эксплуатация ГРМ, а также поддержание его в исправном состоянии. Эти требования будут выполнены только в том случае, если проводится своевременное обслуживание автомобиля в установленном объеме.

В настоящей лекции рассматривается общее устройство ГРМ, принцип его работы, особенности ГРМ двигателей КамАЗ-740, ЯМЗ-238, а также основные причины и признаки неисправностей ГРМ. Вы изучите порядок проведения регулировочных работ в механизме газораспределения.

 

Учебный вопрос № 1.

Назначение, общее устройство, принципы работы ГРМ

Механизм газораспределения предназначен для своевременного впуска в цилиндры горючей смеси (карбюраторные двигатели) или очищенного воздуха (дизели), надежной изоляции камеры сгорания от окружающей среды во время тактов сжатия и рабочего хода и выпуска отработавших газов

 

   

 

 

Рис. 1. Механизм газораспределения (СЛАЙД № 4)

 

Состав механизма газораспределения:

- распределительные шестерни;

- распределительный вал;

- толкатели;

- штанги толкателей;

- коромысла;

- оси коромысел;

- клапаны с пружинами и деталями крепления;

- крышка распределительных шестерен.

 

Распределительные шестерни – для приведения в действие (вращения) распределительного вала

Распределительный вал – для своевременного открывания и закрывания впускных и выпускных клапанов в определенной последовательности.

Толкатели – для передачи усилия от РВ на штанги.

Штанги толкателей – для передачи усилия от толкателей на коромысло.

Коромысла – для передачи усилия от штанг к клапану.

Оси коромысел – для крепления коромысел.

Клапаны с пружинами и деталями крепления. Назначение - открывать и закрывать впускное и выпускное отверстие, расположенное в головке блока. Каждый цилиндр имеет впускной и выпускной клапаны.

Впускные и выпускные клапаны открываются и закрываются в определенных положениях поршня, что обеспечивается совмещением меток на шестернях привода агрегатов при их монтаже.

При рассмотрении рабочих циклов двигателей условно было принято, что открытие и закрытие клапанов происходит в момент нахождения поршня соответственно в ВМТ или НМТ. В действительности моменты открытия и закрытия клапанов не совпадают с положение поршней в мертвых точках.

Клапаны открываются и закрываются с некоторым, иногда очень значительным, опережением или запаздыванием, что необходимо для улучшения наполнения цилиндров горючей смесью (карбюраторные двигатели) или воздухом (дизельные двигатели) и лучшей очистки их от отработавших газов.

Моменты открытия и закрытия клапанов, выраженные в градусах угла поворота КВ по отношению к соответствующим мертвым точкам, называются фазами газораспределения.

Для правильной установки фаз газораспределения распределительные шестерни двигателя необходимо точно соединять по меткам (метки должны быть по линии центров на кратчайшем расстоянии между собой).

   Итак, под фазами газораспределения понимают моменты открытия и закрытия клапанов относительно мертвых точек, выраженных в градусах угла поворота коленчатого вала (СЛАЙД № 5)

При рассмотрении рабочих процессов двигателей в первом приближении было принято, что открытие и закрытие клапанов происходит в мертвых точках.

Однако в действительности это не совсем так. Клапаны открываются и закрываются с некоторым, иногда очень значительным, опережением или запаздыванием, что необходимо для улучшения наполнения цилиндров чистым воздухом (дизели) или горючей смесью (карбюраторные двигатели) и лучшей очистки их от отработавших газов. Моменты открытия и закрытия клапанов, выраженные в градусах угла поворота коленчатого вала по отношению к соответствующим мертвым точкам, называют фазами газораспределения и изображают в виде круговых диаграмм. Рассмотрим общую диаграмму фаз газораспределения четырехтактного двигателя (рис. 2). Впускной клапан открывается (точка 1) с опережением (угол a), т. е. до прихода кривошипа коленчатого вала и поршня в ВМТ. Вследствие этого в начале движения поршня вниз впускной клапан будет уже открыт на значительную величину и наполнение цилиндра (вследствие разрежения) воздухом или горючей смесью улучшается. Закрывается впускной клапан (точка 2) с запаздыванием (угол δ), т. е. кривошип вала и поршень проходят НМТ, поднимаются вверх, совершая такт сжатия, а клапан в это время еще открыт и горючая смесь или воздух по инерции заполняют цилиндр.

    

 

Рис. 2. Диаграммы фаз газораспределения (СЛАЙД № 6)

 

 

Выпускной клапан открывается (точка 3) до прихода кривошипа коленчатого вала и поршня в НМТ, т. е. с опережением (угол γ). Поршень движется вниз, а отработавшие газы уже начинают выходить из цилиндра, так как давление в нем больше атмосферного. Закрытие выпускного клапана (точка 4) происходит с запаздыванием (угол β) – после перехода кривошипом вала и поршнем ВМТ. В этом случае используется отсасывающее действие потока газов в выпускном трубопроводе.

Таким образом, в результате открытия выпускного клапана с опережением и закрытия его с запаздыванием улучшается очистка цилиндра от отработавших газов. Анализируя диаграмму, видим, что в течение некоторого времени коленчатый вал поворачивается на угол, равный сумме углов a + β, открыты оба клапана – впускной и выпускной. Этот период называют перекрытием клапанов.

Для правильной установки фаз газораспределения распределительные зубчатые колеса двигателя необходимо точно соединять по меткам.

Фазы газораспределения некоторых отечественных двигателей приведены в табл. 1.

Таблица 1 - Фазы газораспределения двигателей, град ПКВ (СЛАЙД №5)

 

Параметры КамАЗ-740 ЯМЗ-238
Впускной клапан: - открытие до ВМТ - закрытие после НМТ   13 49   20 46
Продолжительность впуска 242 246
Выпускной клапан: - открытие до НМТ - закрытие после ВМТ   66 10   66 20
Продолжительность впуска 256 266
Перекрытие клапанов 23 40

 

Выводы по вопросу.

Учебный вопрос № 2

Особенности устройства ГРМ изучаемых двигателей

 

Механизм газораспределения на автомобилях КАМАЗ и УРАЛ - верхнеклапанный с нижним расположением распределительного вала. Кулачки распределительного вала в соответствии с фазами газораспределения приводят в действие толкатели. Штанги сообщают качательное движение коромыслам, а они, преодолевая сопротивление пружин, открывают клапаны. Закрываются клапаны под действием силы сжатых пружин. (СЛАЙД №8)

Ha двигателях КамАЗ-740 (рис. 3), ЯМЗ-238 (рис. 4) применен газораспределительный механизм с верхним расположением клапанов и нижним расположением распределительного вала. Распределительный вал рядных двигателей устанавливается внизу рядом с коленчатым валом, а на V-образных двигателях установлен в развале блока и является общим для клапанов правого и левого ряда цилиндров.

 

Рис. 3. Газораспределительный механизм двигателя КамАЗ-740 (СЛАЙД №9)

1 – распределительный вал; 2 – толкатель; 3 – направляющая толкателей; 4 – штанга; 5 – прокладка крышки головки; 6 – коромысло; 7 – контргайка; 8 – регулировочный винт; 9 – болт крепления крышки головки; 10 – сухарь; 11 – втулка тарелки; 12 – тарелка пружины; 13 – наружная пружина; 14 – внутренняя пружина; 15 – направляющая втулка клапана; 16 – шайба; 17 – клапан

 

Открытие клапанов 17 (впускного и выпускного), перемещающихся в направляющих втулках 15, происходит под действием усилия, передаваемого от кулачков распределительного вала 1 через толкатели 2 штанги 4 и коромысла 6, установленные на осях. Закрытие клапанов осуществляется под действием пружин 13, 14, нижние концы которых упираются в шайбы 16. За два оборота коленчатого вала впускные и выпускные клапаны каждого цилиндра открываются один раз, а распределительный вал за этот период делает один оборот, т. е. передаточное число зубчатого зацепления шестерен коленчатого и распределительного валов равно 2.

Рис. 4. Газораспределительный механизм двигателя ЯМЗ-238 (СЛАЙД №10)

а – общий вид: 1 – коромысло; 2 – гайка; 3 – регулировочный винт; 4 – штанга; 5 – пята толкателя; 6 – ось толкателя; 7 – толкатель; 8 – болт крепления стойки оси; 9 – тарелка пружины; 10 – втулка; 11 – сухарь; 12, 13 – пружины наружная и внутренняя; 14 – направляющая втулка клапана; 15 – впускной клапан; 16 – распределительный вал; 17 – ролик толкателя; 18 – седло выпускного клапана; 19 – выпускной клапан; б – толкатель: 1 – ролик; 2 – игольчатый подшипник; 3 – ось ролика; 4 – втулки; 5 – пята

 

Распределительный вал (рис. 5) изготавливают из стали или специального чугуна и подвергают термической обработке. Профиль его кулачков как впускных, так и выпускных у большинства двигателей делают одинаковым. При шлифовании кулачкам придают небольшую конусность Взаимодействие сферической поверхности торца толкателей с конической поверхностью кулачков обеспечивает их поворот в процессе работы. Число опорных шеек 1 распределительного вала обычно равно числу коренных подшипников коленчатого вала. Втулки опорных шеек изготавливают из стали, а внутреннюю поверхность их покрывают антифрикционным сплавом.

Рис. 5. Распределительный вал двигателя КамАЗ-740 (СЛАЙД №11)

1 – опорная шейка; 2 – кулачок; 3 – корпус подшипника; 4 – шестерня распределительного вала

 

Привод распределительного вала. Распределительный вал в двигателях КамАЗ-740, ЯМЗ-238 приводится в движение при помощи шестерен. Ведущая шестерня 5, 16 такой передачи (рис. 6) установлена на переднем конце коленчатого вала, а ведомая шестерня 9, 15 – на переднем конце распределительного вала. Шестерня привода должны входить в зацепление между собой при строго определенном положении коленчатого и распределительного валов, что обеспечивает правильность заданных фаз газораспределения и порядка работы двигателя. Поэтому при сборке двигателя шестерни вводятся в зацепление по меткам на их зубьях. Чтобы уменьшить уровень шума шестерен, их изготавливают с косыми зубьями и из различных материалов.

Толкатели предназначены для передачи усилия от распределительного вала через штанги к коромыслам. Изготавливают их из стали или чугуна. В двигателях КамАЗ-740 и УМЗ-417 применены цилиндрические толкатели 2 (рис.2) и 9 (рис. 4), установленные в специальных отверстиях – направляющих. У дизеля КамАЗ-740 направляющие съемные. Внутренняя полость толкателя имеет сферическую поверхность под штангу и отверстие для слива масла.

 

  

   а                                                  б

 

Рис. 6. Метки на шестернях привода распределительного вала (СЛАЙД №12)

а – КамАЗ-740; б – ЯМЗ-238; 1 – ось ведущей шестерни привода распределительного вала; 2 – ролики; 3 – втулка роликов; 4 – шестерня ведущая; 5, 16 – ведущая шестерня коленчатого вала; 6 – шестерня промежуточная; 7 – шарикоподшипник; 8 – вал привода топливного насоса высокого давления; 9, 15 – шестерня привода распределительного вала; 10 – шестерня привода топливного насоса высокого давления; 11 – втулка; 12 – шестерня привода вентилятора; 13, 14 – шестерни привода топливного насоса высокого давления; 17 – коленчатый вал; 18, 20 – шестерни привода масляного насоса; 19 – масляный насос; 21 – топливный насос высокого давления

 

В двигателе ЯМЗ-238 применены качающиеся роликовые толкатели 7 (рис. 4), установленные на общей оси 6.

Штанги. Служат для передачи усилия от толкателей к коромыслам.

В дизеле КамАЗ-740.11 и ЯМЗ-238 штанги 4 (рис. 2, 3) делают из стальной трубки. На концах штанг напрессовывают стальные сферические наконечники, которыми они с одной стороны упираются в сферические поверхности регулировочных винтов 8 (рис. 2) и 3 (рис. 4), ввернутых в коромысло 6 и 1, а с другой – в толкатели.

Коромысла. Служат для передачи усилия от штанги к клапану, представляют собой неравноплечий рычаг, изготовленный из стали или чугуна. Плечо «а» коромысла 2 примерно в 1,5 раза больше плеча «б» (рис. 4). Наличие длинного плеча коромысла не только уменьшает ход толкателя и штанги, но и снижает силы инерции, возникающие при их движении, что способствует повышению долговечности деталей привода клапанов.

На дизеле КамАЗ-740 и ЯМЗ-238 коромысла впускного и выпускного клапанов установлены консольно на осях, выполненных заодно со стойкой коромысел; стойка установлена на головке. Осевое перемещение коромысел ограничено пружинным фиксатором. К каждому коромыслу через отверстия в стойке коромысел подводится смазка.

Клапаны. Открытие и закрытие впускных и выпускных каналов, соединяющих цилиндры с газопроводами системы питания, происходит при помощи клапанов. Клапан состоит из плоской головки и стержня, соединенных между собой плавным переходом. Для лучшего наполнения цилиндров горючей смесью диаметр головки впускного клапана делают больше, чем диаметр выпускного.

Так как клапаны работают в условиях высоких температур, их изготавливают из высококачественных сталей, впускные клапаны делают из хромистой стали, выпускные – из жаростойкой, так как последние соприкасаются с горячими отработавшими газами и нагреваются до температуры 600-800 °С. Высокая температура нагрева клапанов вызывает необходимость установки в головке цилиндров специальных вставок 18 (рис. 3) и 11 (рис. 3) из жаропрочного чугуна, которые называются седлами.

Для плотного прилегания головок клапанов к седлам их рабочие поверхности делают коническими в виде тщательно обработанных фасок под углами 45° или 30°.

Стержни клапанов 17 (рис. 2) имеют цилиндрическую форму. Они перемещаются в чугунных или металлокерамических втулках 15, запрессованных в головку блока. На конце стержня проточены цилиндрические канавки под выступы конических сухариков 10, которые прижимаются к конической поверхности втулки тарелки 11 под действием пружин 13, 14. Для повышения работоспособности газораспределительного механизма клапаны прижимаются к седлам не одной, а двумя пружинами. В этом случае направление витков пружин делается различным, чтобы при поломке одной из пружин ее витки не попадали между витками другой, и не нарушалась безотказная работа клапанного механизма.

На впускных клапанах в верхней части направляющих втулок (двигатель КамАЗ-740) устанавливают резиновые колпачки, которые при открытии клапанов плотно прижимаются к его стержню и к направляющей втулке, вследствие чего устраняется возможная утечка (подсос) масла в цилиндры через зазор между втулкой и стержнем клапана.

Для плотного прилегания головки клапана к седлу тепловой зазор А (рис. 2, 3, 4) устанавливают между носком коромысла и торцом стержня клапана.

На дизелях КамАЗ-740 и ЯМЗ-238 для впускных клапанов тепловые зазоры составляют 0,25-0,30 мм, а для выпускных 0,35-0,40 мм. Измеряются щупом.

Выводы по вопросу.

Учебный вопрос № 3

studopedia.net

Двигатель без ГРМ | Журнал Популярная Механика

Именитый изобретатель Кристиан фон Кёнигсегг решил доказать всему автомобильному миру, что газораспределительный механизм, основа основ двигателя внутреннего сгорания, — не более чем лишняя дорогая деталь.

Будучи простым шведским мальчишкой, Кёнигсегг разбирал бытовые приборы, надеясь найти способ улучшить их. Говорят, что он первым придумал аудиоплееры с памятью на микросхемах, но в мире, увлеченном компакт-дисками, к нему никто не прислушался. Ему же приписывают идею защелкивающегося замка для напольного ламината. И вновь спустя несколько лет изобретение запатентовал кто-то другой. Правда это или нет, судить не возьмемся. Но сегодня к Кристиану прислушиваются очень внимательно, да и патентное право он выучил назубок.

В 2005 году автомобиль, названный именем Кристиана фон Кёнигсегга, официально стал самым быстрым серийным авто на планете: эксперты Книги рекордов Гиннеcса зафиксировали скорость 388,87 км/ч. Koenigsegg CCXR стал лучшим в мире спорткаром по соотношению массы и мощности. Koenigsegg One:1 лидирует в номинации «лучший разгон», достигая скорости 300 км/ч всего за 11,92 с.

Пока самые эффективные на свете спорткары бьют рекорд за рекордом, их создатель разъезжает на стареньком Saab 9−5, хитро улыбаясь. Под капотом у «старичка» единственный в мире двигатель, у которого нет ни распределительного вала, ни кулачков, ни толкателей клапанов, ни пресловутого ремня ГРМ. И, в отличие от бешеных Koenigsegg, предназначающихся лишь богатым и знаменитым, моторы с индивидуальными приводами клапанов обещают стать первым по‑настоящему массовым творением шведского изобретателя.

Старенький Saab, которому досталась опытная версия ГРМ с независимыми клапанами, проехал с ней 60 000 км, повидав и летний зной, и 20-градусные морозы. Головку блока цилиндров сделали из оригинальной «саабовской», выбросив из нее все лишнее и проточив новые каналы для гидравлики и пневматики. Наши коллеги из Jalopnik.com прокатились на «старичке» и отметили, что на оборотах до 3000 об/мин он проявляет дизельные повадки — характерно постукивает клапанами и выдает бешеный крутящий момент.

Меж двух стихий

В головке блока цилиндров испытательного «Сааба», как и положено, трудятся 16 клапанов. Каждый из них приводится отдельным актуатором, и каждый получает команду на открытие или закрытие от компьютера управления двигателем независимо от других.

Актуатор — главное ноу-хау Freevalve, дочерней компании Koenigsegg. Снабдить каждый клапан индивидуальным приводом и управлять ими независимо друг от друга пробовали многие разработчики, среди которых немало автопроизводителей с мировым именем. Наиболее очевидное решение в виде линейных электродвигателей (соленоидов) не приводит к желаемому результату: небольшим моторам не хватает мощности, чтобы разогнать клапаны до нужных скоростей (20 000 открытий и закрытий в минуту), возникают проблемы с охлаждением и надежностью.

Рекорд под напряжением: самый быстрый электрокар

Рекорд под напряжением: самый быстрый электрокар

Кристиан фон Кёнигсегг не вдается в детали принципа работы своего привода, но с удовольствием объясняет общую концепцию «пневмогидравлоэлектрического актуатора». Открывает клапаны пневматика, а закрывает — гидравлика. И пневматическая, и гидравлическая системы постоянно находятся под давлением и готовы сообщить клапану максимум энергии. Задача электрического привода — лишь вовремя подавать к клапану воздух или масло. Проблема охлаждения и смазки при этом решается сама собой: наиболее нагруженные детали привода обслуживаются соответствующими системами самого ДВС.

Прелесть актуатора Freevalve в том, что он подходит практически для любого автомобильного или мотоциклетного двигателя. Будь то высокооборотный мотор гоночного мотоцикла, раскручивающийся до 16 000 об/мин, или грузовой дизель, тарахтящий на 3500 об/мин, один и тот же привод будет полностью соответствовать их нуждам. Клапан гоночного мотоцикла сделан из легкого сплава, поэтому энергия актуатора с легкостью разгоняет его до больших скоростей. Клапан грузовика крупный и тяжелый, однако и высокие скорости ему не нужны.

Рекорд под напряжением: самый быстрый электрокар

На фортепиано коромыслом

«Использовать традиционный распредвал вместо Freevalve — это все равно что играть на фортепиано коромыслом вместо пальцев», — утверждает фон Кёнигсегг. Что за проблемы хочет решить изобретатель, программируя поведение каждого клапана в отдельности? Перечислим их в порядке нарастания интересности.

Самое очевидное: для разных режимов работы двигателя (прежде всего скорости вращения коленвала) существует свой оптимальный состав топливовоздушной смеси, свои правильные моменты открытия и закрытия клапанов. Традиционно эта проблема решается с помощью механизма изменения фаз газораспределения (например, VTEC): весь распределительный вал слегка поворачивается относительно шестерни привода газораспределительного механизма (ГРМ), и все моменты открытия и закрытия клапанов смещаются вперед или назад.

Рекорд под напряжением: самый быстрый электрокар Красный график демонстрирует кривую открытия впускного клапана, синий — выпускного. Хорошо видно, что клапаны максимально долго пребывают в полностью открытом положении, — графики имеют почти прямоугольный профиль, тогда как с обычным ГРМ они были бы больше похожи на параболы. Необходимые объемы газов проходят через клапаны Freevalve за меньший промежуток времени, чем обычно, поэтому короткие фазы впуска и выпуска не перекрываются. В этом кроется причина почти двукратного улучшения экологических показателей.

Проблема VTEC заключается в ограниченном количестве режимов, в то время как индивидуально управляемые клапаны позволяют пересматривать оптимальный набор параметров при любом, даже самом малом изменении оборотов. Но главное то, что Freevalve позволяет изменять не только момент, но и продолжительность открытия клапанов.

А что, если нам захочется гибко управлять мощностью двигателя, отключая часть цилиндров? В современных двигателях задача решается с помощью весьма сложного механизма: для каждого клапана предусматривается два кулачка, которые сменяют друг друга, сдвигаясь вдоль распредвала. Один кулачок обеспечивает штатную работу клапана, второй отвечает за работу цилиндра в «режиме ожидания». Клапаны Freevalve позволяют в любой момент включать любую программу для любого цилиндра без каких-либо механических ухищрений.

И все же главная проблема традиционного ГРМ кроется в эллиптической форме кулачка, благодаря которой клапан практически никогда не бывает открыт или закрыт полностью. Вместо этого он всегда или плавно открывается, или плавно закрывается, что снижает его пропускную способность. Мало того, эта особенность приводит к тому, что в определенные моменты впускные и выпускные клапаны оказываются открытыми одновременно, и это отрицательно сказывается на экологических характеристиках двигателя.

Рекорд под напряжением: самый быстрый электрокар Клапаны Freevalve позволяют сделать головку блока цилиндров и сам двигатель намного компактнее. Но это далеко не единственное компоновочное преимущество. Можно увеличить количество клапанов на один цилиндр, разделив функции между ними. К примеру, направлять одну часть выхлопа к турбине нагнетателя, а другую — напрямую к катализатору, из экологических соображений. Специальные клапаны пригодятся и для того, чтобы превратить автомобиль в пневматический гибрид.

Кристиан фон Кёнигсегг демонстрирует кривую открытия клапанов на мониторе специального прибора. Она напоминает прямоугольник: клапан резко открывается, удерживается в открытом состоянии, а затем резко закрывается. Это вам не вечный грустный эллипс традиционного клапана. Особенно интересно, что кривая сохраняет свою угловатость даже на высоких оборотах (до 10 000 об/мин) — актуатору хватает мощности, чтобы открывать и закрывать клапан действительно быстро.

Пожалуй, именно последнее свойство в наибольшей степени поспособствовало тому, что тестовый двигатель со свободными клапанами показал впечатляющие результаты на испытаниях: он выдает на 30% больше крутящего момента, потребляет на 30% меньше топлива и дает 50%-ное сокращение вредных выбросов.

Долой каноны!

Freevalve — это больше, чем кажется. Во‑первых, система может в значительной мере изменить облик автомобиля. Распределительный вал и толкатели клапанов занимают много места в головке блока цилиндров, да и весят немало. Четырехцилиндровый двигатель с Freevalve размерами и весом напоминает трехцилиндровый. Если же учесть, что независимые клапаны дают значительный прирост крутящего момента, то можно и вовсе обойтись двумя цилиндрами. И тогда крохотный моторчик можно будет спрятать хоть под сиденьем.

Система позволяет в любой момент перевести двигатель на экзотический цикл работы, хоть Миллера, как на Mazda, хоть Аткинсона, как на Prius. Чего уж скромничать: при желании мотор может в мгновение ока стать двухтактным, почти двукратно нарастив мощность! Фон Кёнигсегг мечтает об автомобилях с двумя топливными баками и системами питания: для бензина и дизеля. Для перехода на биотопливо гибкость настроек также актуальна.

Рекорд под напряжением: самый быстрый электрокар

Но самая интересная фантазия изобретателя — это пневматический гибрид. Используя специальную конфигурацию клапанов, можно превратить ДВС в компрессор, который при торможении будет закачивать воздух в баллон, аккумулируя давление. Затем сжатый воздух можно нагнетать в цилиндры, разгоняя автомобиль, или использовать в качестве мощного аналога турбонаддува, кратковременно увеличивая мощность двигателя.

Пожалуй, самое неожиданное свойство двигателя с независимыми клапанами — надежность. Каждый водитель боится обрыва ремня ГРМ: если поршень «догонит» клапаны, то же самое произойдет и во всех остальных цилиндрах. Дорогостоящая головка блока цилиндров, а вместе с ней и поршни, и, возможно, шатуны с коленчатым валом окажутся серьезно повреждены.

А с Freevalve все просто: нет ГРМ — нет и проблем! Если же один цилиндр вдруг «стуканет» — все остальные останутся целы и невредимы.

Статья «Нет ГРМ – нет проблем» опубликована в журнале «Популярная механика» (№4, Апрель 2016).

www.popmech.ru

устройство, принцип работы, назначение, техническое обслуживание и ремонт

ГРМ - это один из наиболее ответственных и сложных узлов в автомобиле. Газораспределительный механизм управляет впускными и выпускными клапанами двигателя внутреннего сгорания. На такте впуска ГРМ выполняет открытие впускного клапана, благодаря чему воздух и бензин попадают в камеру сгорания. На такте выпуска открывается выпускной клапан и удаляются отработанные газы. Давайте подробно рассмотрим устройство, принцип действия, типичные поломки и многое другое.

ремень ГРМ

Основные узлы ГРМ

Основным элементом газораспределительного механизма является распредвал. Их может быть несколько или же один в зависимости от конструктивных особенностей ДВС. Распределительный вал выполняет своевременное открытие и закрытие клапанов. Изготавливается из стали или чугуна, а устанавливается в блоке цилиндров или картере. Отсюда можно сделать вывод, что есть несколько конструкций двигателей - с верхним и нижним расположением распределительного вала. На валу имеются кулачки, которые при вращении распредвала оказывают действие через толкатели на клапан. Для каждого клапана предусмотрен свой толкатель и кулачок.

Впускные и выпускные клапаны необходимы для подачи топливно-воздушной смеси в камеру сгорания и удаления отработанных газов. Впускные клапаны выполняют из стали с хромированным покрытием, а выпускные - из жаропрочной стали. Клапан имеет стержень, на котором крепится тарелка. Обычно впускные и выпускные клапаны отличаются между собой диаметром тарелки. Также к ГРМ стоит отнести штанги и привод.

Устройство газораспределительного механизма

Стоит еще несколько слов сказать об устройстве впускных и выпускных клапанов. Стержень клапана имеет цилиндрическую форму и канавку для установки пружины. Движение клапанов возможно только в одном направлении - к втулкам. Для того чтобы моторное масло не попадало в камеру сгорания, ставят уплотнительные колпачки из маслостойкой резины.

водяная помпа

Есть еще такой узел, как привод ГРМ. Это передача вращения с коленчатого на распределительный вал. Примечательно то, что на два оборота коленвала приходится один распределительного. Собственно, это является рабочим циклом, при котором происходит открытие клапанов. Стоит заметить, что мотор с двумя распределительными валами более мощный и имеет выше КПД. Особенно это заметно на высоких оборотах. К примеру, когда ДВС оснащается одним распредвалом, то маркировка выглядит так: 1,6 литра и 8 клапанов. А вот два вала - это уже всегда в два раза большее количество клапанов, то есть 16. Ну а сейчас пойдем дальше.

Работа газораспределительного механизма

Принцип действия на всех моторах, если речь идет о таких типах, как ДВС, практически одинаков. Всю работу можно условно разделить на 4 этапа:

  • впрыск топлива;
  • сжатие;
  • рабочий цикл;
  • удаление отработанных газов.

Подача горючего в камеру сгорания осуществляется за счет движения коленчатого вала из верхней мертвой точки (ВМТ) в нижнюю мертвую точку (НМТ). При начале движения поршня открываются впускные клапаны, и топливно-воздушная смесь подается в камеру сгорания. После этого клапан закрывается, коленвал за это время проворачивается на 180 градусов от исходного положения.

После того как поршень доходит до НМТ, он поднимается вверх. Следовательно, начинается фаза сжатия. Когда достигается ВМТ, фаза считается законченной. Коленвал в это время проворачивается на 360 градусов от своего начального положения.

назначение газораспределительного механизма

Рабочий ход и удаление газов

Когда поршень достигает ВМТ, происходит воспламенение рабочей смеси от свечей зажигания. В это время достигается максимальный момент сжатия и оказывается высокое давление на поршень, который начинает движение к нижней мертвой точке. Когда поршень опустится, то рабочий ход можно считать законченным.

Заключительная фаза - удаление отработанных газов из камеры сгорания. Когда поршень достиг НМТ и начинает свое движение к ВМТ, происходит открытие выпускного клапана и избавление камеры сгорания от газов, которые образовались в результате горения топливно-воздушной смеси. При достижении поршня НМТ фазу удаления газов принято считать законченной. При этом коленчатый вал от своего начального положения проворачивается на 720 градусов. Для достижения максимальной точности необходима синхронизация газораспределительного механизма двигателя с коленчатым валом.

Основные неисправности ГРМ

От того, насколько своевременно и качественно будет проводиться техническое обслуживание мотора, зависит его техническое состояние. В процессе эксплуатации все элементы подвергаются износу. Это касается и ГРМ. Основные неисправности механизма выглядят следующим образом:

  • Низкая компрессия и хлопки в выпускной системе. В процессе эксплуатации двигателя внутреннего сгорания образуется нагар, который становится причиной неплотного прилегания клапана к седлу. На клапанах появляются раковины, а иногда и сквозные отверстия (прогар). Также компрессия падает из-за деформации головки блока цилиндров и прохудившейся прокладки.
  • Заметное падение мощности и тяги, посторонние металлические стуки и троение. Основная причина - неполное открытие впускных клапанов в результате большого теплового зазора. Часть воздушно-топливной смеси не попадает в камеру сгорания. Это происходит из-за выхода из строя гидрокомпенсаторов.
  • Механический износ деталей. Происходит в процессе эксплуатации двигателя и считается нормальным явлением. В зависимости от периодичности и качества обслуживания ДВС признаки критического износа на одном типе силового агрегата могут проявляться при различном пробеге.
  • Износ цепи или ремня ГРМ. Цепь растягивается и может перескочить или вовсе порваться. Это касается и ремня, срок службы которого ограничен не только пробегом, но и временем.

Как выполняется диагностика ГРМ?

Газораспределительный механизм ВАЗ или любой другой машины работает по одному принципу. Следовательно, способы диагностики и основные неисправности, как правило, одни и те же. Основные поломки - неполное открытие клапанов и неплотное прилегание к гнездам.

система натяжения ГРМ

Если клапан не закрывается, то появляются хлопки во впускном и выпускном коллекторах, а также снижается тяга и мощность мотора. Происходит это из-за нагара на гнездах и клапанах, а также по причине потери упругости пружин.

Диагностика проводится довольно просто. Первым делом проверяют фазы газораспределения. Дальше замеряют тепловые зазоры между коромыслом и клапаном. Помимо этого проверяется зазор между седлом и клапаном. Если говорить о механическом износе деталей, то больше всего поломок связано с критическим износом шестеренок, в результате чего ремень или цепь неплотно прилегают к зубу и возможно проскальзывание.

Фазы ГРМ и тепловой зазор

Самостоятельно продиагностировать состояние фаз газораспределительного механизма довольно сложно. Для этого необходим набор таких инструментов, как малка-угломер, моментоскоп, указатель и др. Процедура выполняется на заглушенном двигателе. Малка-угломер устанавливается на шкив коленчатого вала. Проверяется период открытия клапана всегда в 1-м цилиндре. Для этого вручную проворачивают коленчатый вал до появления зазора между клапаном и коромыслом. С помощью малки-угломера на шкиве определяют зазор и делают выводы.

Самый простой, но наименее точный метод замера теплового зазора выполняется с помощью набора пластин длиной 100 мм и максимальной толщиной 0,5 мм. Выбирается один из цилиндров, на котором будут проводиться замеры. Его необходимо довести до ВМТ с помощью ручного поворота коленчатого вала. В сформировавшийся зазор вставляются пластины. Метод не дает 100%-й точности и результата. Ведь допустимая погрешность зачастую слишком велика. Кроме того, если имеется неравномерный износ бойка коромысла и штока, то полученные данные вообще можно во внимание не брать.

цепной привод

Обслуживание ГРМ

Как показывает практика, большая часть поломок газораспределительного механизма связана с несвоевременным ТО. К примеру, производитель рекомендует менять ремень каждые 120 тысяч километров. Владелец же не берет во внимание эти данные и использует ремень по 200 тысяч. В результате последний рвется, сбиваются метки ГРМ, клапаны сталкиваются с поршнями и требуется капитальный ремонт. Это же касается и такого элемента механизма, как водяной насос. Он создает необходимое давление охлаждающей жидкости для ее циркуляции по системе. Разрушение крыльчатки или выход из строя уплотнительной прокладки приводят к серьезным проблемам с двигателем. Ролики и натяжитель тоже подлежат замене. Любой подшипник рано или поздно выходит из строя. Если своевременно менять ролики и сам натяжитель, то шанс столкнуться с такой проблемой минимален. Заклинивание ролика очень часто приводит к обрыву ремня. Именно поэтому необходимо выполнять своевременное техническое обслуживание газораспределительного механизма.

О ремонте ГРМ

В большинстве случаев при обрыве ГРМ на средних и высоких оборотах требуется капитальный ремонт двигателя. Практически всегда замене подлежит цилиндро-поршневая группа. Но даже при нормальной эксплуатации детали подвергаются износу. Первым делом страдают шейки, кулачки, а также существенно увеличиваются зазоры в подшипниках коленвала. Выполняются все работы только специалистами при помощи высокоточного оборудования. Все проточки делаются под ремонтные размеры, которые закладываются заводом-изготовителем. Обычно предусмотрено 2 капитальных ремонта, после чего двигатель необходимо менять на аналогичный.

Немного информации о метках

Как уже было отмечено выше, ГРМ - узел сложный и крайне ответственный. Если привод газораспределительного механизма не синхронизирован, то завести автомобиль не выйдет. Основная причина рассинхронизации - сбитые метки. Ремень или цепь могут ослабиться из-за выхода из строя натяжителя или естественного износа. Метки выставляются относительно коленчатого вала. Для этого снимается шкив, что позволит нам увидеть шестеренку, на ней есть метка, которая должна совпадать с отметкой на масляном насосе или блоке. Соответствующие метки имеются и на распределительных валах. Используя инструкцию по эксплуатации, выставляют метки ГРМ. Очень важно понимать, что от правильности выполнения работ зависит результат. Перепрыгнувший на один зуб ремень - это не страшно, мотор будет работать, но с отклонениями. Если же метка уйдет на несколько делений, то завести авто будет невозможно.

цепной привод двигателя v8

Качественные запасные части

Мы разобрались с тем, каково назначение газораспределительного механизма. Вы уже знаете, что это очень ответственный узел, который должен регулярно обслуживаться. Но важно учитывать еще и качество запасных частей. Ведь именно от них зачастую зависит срок службы ГРМ. Квалифицированная установка оригинальных комплектующих системы газораспределительного механизма практически полностью гарантирует бесперебойную работу узла в течение срока до планового обслуживания. Что касается сторонних производителей, то тут нет никаких гарантий, особенно если речь идет о комплектующих из Китая посредственного качества.

верхнее расположение распредвалов

Подведем итоги

Чтобы узел работал исправно, его необходимо вовремя обслуживать. Стоит понимать, что чем сложнее мотор, тем дороже обойдется комплект ГРМ. Но экономить однозначно не стоит. Ведь скупой платит дважды. Поэтому лучше один раз купить дорогие запасные части и спать спокойно. Замену водяной помпы при ее неисправности можно приравнять к полной замене механизма. Далеко не любая конструкция двигателя позволяет допускать такие ошибки, ведь это будет стоить приличных денег. На некоторых силовых агрегатах обрыв ремня не приводит к капиталке, но на это рассчитывать не стоит.

fb.ru

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *