Для нормальной работы автомобильного мотора необходимо обеспечить своевременную подачу воздухотопливной смеси в камеры сгорания, с выпуском отработанных газов.
Для этой цели служит ряд клапанов, управляемых системой тяг и толкателей, получивший название газораспределительного механизма. В предлагаемом обзоре рассматриваются особенности ГРМ: что это такое и для чего применяется в машине.
В первую очередь необходимо разобраться, что такое ГРМ – общепринятая аббревиатура этого устройства. Газораспределительным механизмом двигателя называют систему узлов, задача которой состоит во впуске в камеры сжатия цилиндра горючего или его смеси с воздухом (для соответствующих типов моторов), с последующим выпуском отработанных газовых составов.
Впускные и выпускные элементы должны срабатывать определенным образом, в заданный промежуток времени, с учетом условий чередования и продолжительности циклов при функционировании силового агрегата.
Это описание позволяет понять, что такое ГРМ в автомобиле. Ведь горючая смесь должна поступать в цилиндры в необходимый момент, а когда проходит такт сжатия и рабочего хода, пространство камер сгорания нужно герметично закрыть, изолировав от внешней среды.
Поэтому назначение ГРМ состоит в синхронном открытии и закрытии клапанов точно в заданный момент, с учетом чередования и длительности каждого такта при работе мотора.
Подробнее об устройстве ГРМ. В современных силовых агрегатах узлы газораспределительного механизма скомпонованы в верхней части мотора. Эта система включает ряд деталей, объединенных общей задачей.
Рассматривая особенности ГРМ, из чего он состоит, понятно, что конструкция данного устройства разработана с включением следующих узлов:
Кроме основных узлов, это устройство укомплектовано следующими дополнительными элементами, что также входят в ГРМ:
При изготовлении разных элементов соблюдают некоторые условия, чтобы обеспечить работоспособность деталей. Клапаны делают из цельного прута, который штампуют, а затем тщательно шлифуют рабочие поверхности. Переход от тарелки к стержню плавно закругляют, чтобы снизить сопротивление при прохождении газового потока.
В редких случаях в этой детали тарелку и стержень делают порознь, с последующей сваркой частей. С торца стержень закаливают, чтобы сократить износ при контакте с толкателем.
Чтобы увеличить срок службы клапана на выпуске, фаску тарелки иногда покрывают дополнительным составом, рассчитанным на значительные температурные нагрузки.
Задача направляющих втулок в установке позиции клапанов, чтобы обеспечить их движение по заданной траектории. Допустимая величина зазора в этом элементе составляет от 0.05 до 0.12 мм. Эти детали делают чугунными или из пористого состава, пропитанного смазкой.
Пружины навивают на холодную, используя особую проволоку, подвергнутую термической обработке. Чтобы исключить резонансные колебания, иногда витки делают на разных расстояниях.
На конце клапанного стержня установлена шайба, в которую упирается пружина. Этот элемент закреплен разрезными сухарями конической формы, для установки предусмотрены выточки на стержнях.
Клапанное седло в ГБЦ обеспечивает герметичность при закрытом положении тарелки. Иногда в головку блока цилиндров делают вставки, формирующие фаску отверстий. Чаще этот прием применяют для выпускных узлов, иногда для впускных. Рассмотрев, из чего состоит ГРМ, становится понятнее принцип работы газораспределительного механизма.
В ГРМ принцип работы достаточно простой. Но условия функционирования этой системы нельзя рассматривать без связи со схемой функционирования силового агрегата. Это следует из назначения и устройства ГРМ. Ведь клапаны нужно открыть и закрыть четко в заданные промежутки времени, чтобы вовремя впрыснуть топливо с воздухом и выпустить отработанные газы из камер сжатия.
Для корректной работы требуется реализовать соответствующие фазы циклов газораспределения мотора. Принцип работы ГРМ можно понять, проследив порядок срабатывания этой схемы:
Частота вращения распределительного вала вдвое превышает обороты коленчатого, за один виток которого, составляющий полный цикл работы мотора, ГРМ двигателя срабатывает дважды, для попеременного открытия и закрытия клапанов на разных группах цилиндров. Порядок срабатывания определяется схемой функционирования, компоновкой силового агрегата.
Классификация ГРМ определяется несколькими условиями, которые рассмотрены далее.
Как расположен распредвал
Учитывая условия расположения распределительного вала, устройство газораспределительного механизма бывает:
В первом случае этот узел установлен рядом с коленвалом. Кулачки посредством толкателей воздействуют на коромысла, с применением специальных штанг. ГРМ с такой компоновкой – это не самое удобное исполнение. Но здесь есть свои преимущества, за счет надежного соединения валов. Современные конструкторы этот способ не используют.
При верхней компоновке, распределительный вал размещают прямо над клапанами, вверху. Это позволяет применять разные варианты передачи движения на клапанные механизмы – толкателями, коромыслами или рычагами. Указанный вариант конструкции более распространен.
Количество клапанов
Каждый из цилиндров может обслуживаться разным числом клапанов – от двух до пяти. Самая простая конструкция у двухклапанного варианта, с впускным и выпускным узлом. Если клапанов четыре, на впуск и выпуск работают по паре. Увеличение впускных элементов позволяет увеличить объем впрыскиваемого состава, чтобы повысить мощность силового агрегата.
При пяти клапанах, три из них впускают, и два – выпускает. ГРМ с пятью клапанными элементами – это максимум, что можно установить для одного цилиндра. Большее количество не позволяет выполнить вместительность камеры сжатия и компоновка эксцентриков на распредвалу.
Парная четырехклапанная схема наиболее распространена.
Количество распределительных валов
При рядной компоновке цилиндров в моторе, конструкция обычно включает один или два распределительных вала.
Если предусмотрена пара этих элементов, первый управляет впускными, второй – выпускными клапанами.
При V-образной схеме, число распредвалов удваивают, поскольку цилиндры развернуты в два ряда.
Приводная схема
Рассматривая особенности привода ГРМ, становится понятным, что это предусматривает несколько способов передачи вращающего момента с коленчатого вала на распределительный. В зависимости от этого условия, ГРМ бывают:
При использовании цепи, важно следить за исправностью узлов. Проблемные места в устройстве цепных ГРМ двигателей – натяжители, успокоители и непосредственно цепь. Если гибкая связь недостаточно натянута, проскальзывание по зубцам шкивов может нарушить соответствие фазам распределения, что потребует дополнительной настройки агрегата.
Чтобы держать гибкую связь в постоянном натяжении с заданным усилием, применяют гидронатяжные элементы. Башмак в виде изогнутой дуги с износостойким покрытием, служит наконечником поршня, давящим на цепь. Усилие определяет давление гидравлической жидкости, уравновешиваемое пружиной, действующей в обратном направлении.
Успокоитель нужен, чтобы погасить колебательные движения гибкой связи, с которыми не справляется башмак. Этот баланс позволяет понять, как работает цепной привод ГРМ.
Особенно опасна ситуация с обрывом цепных звеньев вследствие чрезмерного износа. Система лишится привода, распредвал полностью остановится. При этом вращение коленчатого вала продолжится, как и возвратно-поступательное движение поршней, которые ударят по клапанным тарелкам, вызвав их деформацию.
Чтобы повысить надежность эксплуатации, исключив аварийные ситуации, в некоторых случаях цепь дублируют, чтобы при обрыве одной из них, вторая продолжила вращение распредвала.
Это позволит заменить неисправный узел без неприятных последствий для общего состояния двигателя.
Ременной привод проще в эксплуатации. Но обрыв ремня приведет к таким же последствиям, как и выход из строя цепи. При этой конструкции ресурс гибкой связи составляет от 60 000 до 80 000 км.
Для ГРМ назначение этой системы предполагает полную синхронность работы. Чтобы добиться исполнения этого условия, выполняют ряд регулировок. Это позволяет обеспечить в ГРМ правильное расположение деталей. Если нужные параметры нарушены, это приведет к сбоям в функционировании двигателя.
В ГРМ устройство этой системы предусматривает возможность регулирования следующих характеристик:
Необходимость этих регулировок вызвана тем, что характеристики работы силового агрегата на холостых оборотах или под нагрузкой различны, что предъявляет соответствующие требования к ГРМ двигателя.
Добиться изменения перечисленных параметров, с учетом текущих условий, можно следующими способами:
Эти конструктивные условия расширяют вариативность ГРМ как системы газораспределения.
Сложное устройство газораспределительного механизма допускает различные поломки. Учитывая условия эксплуатации, состояние деталей ГРМ, возможны следующие симптомы неисправностей:
Зная, для чего нужен ГРМ, понятна важность этой системы. Ведь любые нарушения в работе клапанов отрицательно скажутся на мощности, динамике мотора. Поэтому важно обеспечить штатную работу механизма газораспределения, чтобы избежать серьезных проблем с общим состоянием силового агрегата.
