Газораспределительный механизм (ГРМ) — ключевая система двигателя, синхронизирующая работу клапанов и поршней. Знание устройства ГРМ, его типов и принципа работы поможет автовладельцам ориентироваться в технических аспектах автомобиля и своевременно проводить профилактические работы, например, замену ремня ГРМ. Эта статья предоставит полную информацию о ГРМ, что поможет избежать серьезных поломок и продлить срок службы двигателя.
Устройство ГРМ
Четырехтактный двигатель внутреннего сгорания — самый распространенный тип силового агрегата в автомобилестроении. Он получил название благодаря четырем фазам, необходимым для завершения рабочего цикла, или поворота коленчатого вала на 720 градусов.
Цикл включает ключевые этапы: впрыск топлива или топливно-воздушной смеси, сжатие поршнем, рабочий ход и выпуск отработанных газов. В идеальной модели двигателя эти фазы происходят последовательно, что обеспечивает максимальную мощность, крутящий момент и обороты.
На практике ситуация отличается. В этой статье мы рассмотрим устройство газораспределительного механизма, который отвечает за впрыск топлива и удаление выхлопных газов, а также его схему и принцип работы.
Газораспределительный механизм (ГРМ) является ключевым элементом двигателя внутреннего сгорания, обеспечивая синхронизацию работы клапанов и поршней. Эксперты отмечают, что правильная работа ГРМ критически важна для эффективной работы двигателя и его производительности. Он состоит из нескольких компонентов, включая распределительный вал, цепь или ремень, а также клапаны. В зависимости от конструкции двигателя, ГРМ может быть как верхним, так и нижним.
Специалисты подчеркивают, что регулярное обслуживание и замена ремня или цепи ГРМ могут предотвратить серьезные поломки и дорогостоящий ремонт. Неправильная настройка или износ этих элементов может привести к несоответствию фаз газораспределения, что, в свою очередь, негативно сказывается на мощности и экономичности двигателя. Таким образом, внимание к газораспределительному механизму является залогом надежной работы автомобиля и его долговечности.
Общая схема и взаимодействие частей
Своевременное открытие впускных и выхлопных клапанов в цилиндрах двигателя внутреннего сгорания обеспечивается работой газораспределительного механизма или ГРМ.
Данное устройство состоит из распределительного вала с кулачками, необходимого количества коромысел или толкателей клапанов, пружин и собственно клапанов. Шестерня распредвала, ремень или цепь, используемые для передачи вращения от коленвала, и механизм натяжения цепи так же являются частью ГРМ.
- Фаза впрыска топлива. Поршень начинает движение от верхней мертвой точки к нижней. Открывается клапан подачи горючего, и топливно-воздушная смесь заполняет разреженное пространство цилиндра. Отмерив необходимую дозу ТВС, клапан закрывается. Коленчатый вал повернулся на 180 градусов от начального положения.
- Фаза сжатия. Достигнув нижней мертвой точки, поршень меняет направление движения к ВМТ, осуществляя сжатие топливно-воздушной смеси. При достижении верхней мертвой точки фаза сжатия рабочего тела оканчивается. Коленчатый вал совершил поворот на 360 градусов.
- Фаза рабочего хода. В момент нахождения поршня в ВМТ и достижения максимальной расчетной степени сжатия, происходит воспламенение топливно-воздушной смеси. Под действием стремительно расширяющихся газов поршень движется к нижней мертвой точке, совершая рабочий ход. При достижении НМТ третья фаза работы четырехтактного двигателя внутреннего сгорания считается оконченной. Коленчатый вал совершил поворот 540 градусов.
- Фаза удаления отработанных газов. Под действием коленчатого вала поршень начинает движение к верхней мертвой точке, вытесняя из объема цилиндра продукты сгорания топливно-воздушной смеси через открывшийся выхлопной клапан. По достижении поршнем ВМТ, фаза выхлопа считается завершенной, коленчатый вал совершил оборот на 720 градусов.
Для достижения такой точности по времени открытия впускных и выхлопных клапанов, газораспределительный механизм синхронизирован с оборотами коленчатого вала двигателя. Ремень или цепь передает вращение распределительному валу, кулачки которого, нажимая на коромысла, открывают поочередно впускные и выпускные клапаны ГРМ.
| Компонент ГРМ | Назначение | Тип привода |
|---|---|---|
| Распределительный вал (РВ) | Управление открытием и закрытием впускных и выпускных клапанов | Ременный, цепной, шестеренчатый |
| Кулачки распределительного вала | Обеспечивают механическое воздействие на толкатели или коромысла | |
| Толкатели/коромысла | Передача усилия от кулачков РВ на клапаны | Гидравлические, механические, роликовые |
| Клапаны впускные | Впуск топливно-воздушной смеси в цилиндр | |
| Клапаны выпускные | Выпуск отработавших газов из цилиндра | |
| Ремень/цепь/шестерни ГРМ | Синхронизация вращения коленчатого и распределительного валов | |
| Натяжитель ремня/цепи | Поддержание необходимого натяжения ремня/цепи | Автоматический, ручной |
| Датчик положения распределительного вала (ДПРВ) | Контроль положения РВ для системы управления двигателем | |
| Масляный насос (для гидравлических толкателей) | Обеспечение гидравлических толкателей маслом под давлением |
Интересные факты
Вот несколько интересных фактов о газораспределительном механизме (ГРМ) автомобиля:
Читайте также:
-
Синхронизация работы: Газораспределительный механизм отвечает за синхронизацию открытия и закрытия клапанов с движением поршней в цилиндрах. Это критически важно для обеспечения правильного процесса сгорания топлива и воздуха, что напрямую влияет на мощность и эффективность двигателя. В современных автомобилях часто используются системы VVT (Variable Valve Timing), которые позволяют изменять timing клапанов для оптимизации работы двигателя в различных режимах.
-
Типы ГРМ: Существует несколько типов газораспределительных механизмов, включая цепные, ременные и шестеренчатые. Ременные ГРМ чаще всего используются в легковых автомобилях благодаря своей низкой стоимости и легкости замены, однако цепные механизмы более долговечны и требуют меньше обслуживания, что делает их популярными в высокопроизводительных и спортивных автомобилях.
-
Роль в экологии: Эффективная работа ГРМ также влияет на уровень выбросов вредных веществ. Современные технологии, такие как системы изменения фаз газораспределения, помогают уменьшить выбросы CO2 и других загрязняющих веществ, что делает автомобили более экологически чистыми. Это особенно актуально в условиях ужесточения экологических норм и стандартов по всему миру.
Классификация ГРМ
Нижнеклапанные двигатели
Газораспределительный механизм двигателя внутреннего сгорания прошел долгий путь от 1900-х годов до наших дней.
Нижнеклапанные двигатели с распредвалом в блоке цилиндров, использовались повсеместно, вплоть до середины двадцатого века. Схема и устройство впускных и выпускных клапанов, расположенных в ряд тарелками вверх, обеспечивала простоту изготовления и малошумность двигателя. Основным минусом подобной конструкции был сложный путь топливно-воздушной смеси, неоптимальный режим наполнения цилиндров, и, как следствие, меньшая мощность силового агрегата.
Газораспределительный механизм такого вида использовался вплоть до 90-х годов двадцатого столетия в грузовых автомобилях. Пример тому – ГАЗ 52, выпуск которого закончился в 1991 году.
Смешанное расположение клапанов
Увеличение мощности двигателей внутреннего сгорания привело к разработке мотора с комбинированным расположением клапанов. В этом варианте впускные клапаны находятся в головке блока цилиндров, а выпускные — в самом блоке, как в традиционных «нижнеклапанных» двигателях.
Двигатель оснащен единственным распределительным валом, установленным в блоке цилиндров. Впускные клапаны, отвечающие за подачу топливно-воздушной смеси, управляются штангами-толкателями, передающими усилие от распредвала, а выпускные клапаны работают с использованием стандартных коромысел.
Такая конструкция позволяет достичь более низкой температуры термодинамического цикла, что способствует повышению мощности по сравнению с традиционными нижнеклапанными двигателями.
Верхнеклапанные двигатели
Газораспределительный механизм, клапаны впускной и выхлопной системы которого находятся в головке блока цилиндров, а распредвал – в самом блоке, был сконструирован Дэвидом Бьюиком в самом начале двадцатого столетия. Управление клапанами осуществлялось посредством штанг – толкателей, воздействовавших на коромысла.
Подобная компоновочная схема обладает высокой надежностью, за счет передачи вращения от коленчатого вала к распределительному, с помощью шестерни. Зубчатый ремень, изношенный в процессе эксплуатации, может оборваться, нанеся серьезные повреждения клапанному механизму ГРМ, изношенная же передаточная шестерня лишь немного сдвинет фазы газораспределения, что опытный водитель заметит по изменениям в работе двигателя.
Минусом является некоторая инерционность подобной конструкции, что накладывает ограничения на обороты двигателя, а, следовательно, на крутящий момент и степень форсирования. Использование более чем двух клапанов на цилиндр приводит к усложнению газораспределительного механизма и увеличению габаритных размеров двигателя. Четырехклапанные двигатели такой компоновки используются в грузовых автомобилях КамАЗ, дизельных тепловозных двигателях.
Газораспределительный механизм автомобиля «Волга» двадцать первой модели был устроен именно по верхнеклапанной схеме.
-
Читайте также:
- Двигатели, в которых распредвал и клапаны газораспределительного механизма располагаются в головке блока цилиндров, обозначаются аббревиатурой SOHC. Принцип действия и устройство механизма управления клапанами ГРМ отличается большим разнообразием. Существует схема открытия клапанов при помощи коромысел, рычагов и толкателей. Наибольшее распространение подобное устройство двигателей получило в период с середины 60-х до конца 80-х годов двадцатого столетия. В данный момент такие двигатели устанавливаются на недорогие легковые автомобили.
- Двигатели, газораспределительный механизм которых включает в себя два распредвала, обозначается аббревиатурой DOHC. При использовании двух клапанов на цилиндр, каждый распределительный вал открывает свой ряд клапанов. Такое устройство ГРМ позволяет уменьшить инерцию коленчатого вала, и тем самым значительно увеличивает обороты и мощность ДВС. Принцип работы двигателя, использующего четыре и более клапана на цилиндр, ничем не отличается от вышеописанного. Подобные силовые агрегаты демонстрируют большую, чем у двухклапанных аналогов, мощность и устанавливаются на большинство современных автомобилей.
В двигателях с подобным типом газораспределительного механизма важную роль играет устройство привода распредвалов. В качестве передаточного элемента используется цепь, находящаяся в герметично закрытом объеме, и омывающаяся маслом, или зубчатый ремень, находящийся на внешней стороне двигателя.
Поломка привода ГРМ зачастую приводит к печальным последствиям. Оборвавшийся ремень, износившийся в процессе эксплуатации, вызывает мгновенную остановку распределительного вала, вследствие чего некоторые клапаны остаются в открытом состоянии. Удар поршня по выступающей тарелке наносит серьезные повреждения головке блока цилиндров. В особо тяжелых случаях ремонт невозможен и требуется замена данного элемента двигателя.
Устройство десмодромного газораспределительного механизма
Для двигателей с пружинами закрытия клапанов существует ограничение на максимальные обороты — 9000 об/мин. При превышении этой отметки пружины не обеспечивают необходимую скорость срабатывания, что приводит к повреждению двигателя.
Десмодромный газораспределительный механизм использует два распределительных вала: один для открытия, другой для закрытия клапанов. В таких двигателях нет ограничений по максимальным оборотам, так как скорость срабатывания механизма зависит от вращения коленвала.
Разработка газораспределительного механизма с изменяемыми фазами стала возможна благодаря внедрению бортовых компьютеров и электронных управляющих систем. Система электромагнитных клапанов адаптирует режим работы по командам микропроцессора, позволяя извлекать из двигателя мощность, близкую к расчетной, при минимальном расходе топлива.
Замена ремня ГРМ своими руками
Снимая изношенный ремень, и устанавливая на его место новый, легко изменить взаимное расположение коленчатого и распределительного валов. В этом случае сместятся фазы газораспределения двигателя, что приведет к нарушениям в работе, вплоть до поломки. Метки на шестернях приводного механизма служат для визуального контроля настройки ГРМ.
Сняв непригодный ремень, необходимо совместить метки шестерней коленчатого и распределительного валов с прорезями в кожухе приводного механизма. Назначение этой операции – установка условного «нуля», с которого и начнется работа двигателя. Далее следует аккуратно установить запасной ремень, стараясь не сместить метки на шестернях.
Следующий шаг – осмотр и регулировка усилия натяжного ролика. Назначение этого узла в удержании ремня на шестернях приводного механизма. Правильность регулировки ролика можно проверить, повернув натянутый ремень пальцами. Если удастся провернуть на девяносто градусов – натяжной механизм отрегулирован хорошо. Если ремень повернется на угол меньший, чем 90 градусов, то он перетянут, если на больший, то недотянут.
-
Читайте также:
Очень важно при монтаже не брать ремень ГРМ промасленными руками. Это может привести к проскакиванию на шестернях приводного механизма.
Купленный на придорожной АЗС ремень следует тщательно осмотреть. При нарушении условий хранения, даже новый ремень привода ГРМ пойдет трещинами и не сможет быть использован по назначению.
Видео, иллюстрирующее работу ГРМ
Проблемы и неисправности ГРМ
Газораспределительный механизм (ГРМ) является одной из ключевых систем двигателя внутреннего сгорания, обеспечивающей синхронизацию работы клапанов и поршней. Однако, как и любая другая механическая система, ГРМ подвержен различным проблемам и неисправностям, которые могут существенно повлиять на работу двигателя и его производительность.
Одной из наиболее распространенных проблем является износ или повреждение ремня или цепи ГРМ. Ремень ГРМ, выполненный из резины, со временем теряет свои свойства, что может привести к его разрыву. Цепь ГРМ, хотя и более долговечна, также может растягиваться, что приводит к нарушению синхронизации работы клапанов и поршней. В случае разрыва ремня или растяжения цепи может произойти столкновение клапанов с поршнями, что приведет к серьезным повреждениям двигателя.
Другой распространенной неисправностью является неправильная установка ГРМ. Если ремень или цепь были установлены с ошибками, это может привести к неправильной синхронизации работы клапанов и поршней, что также может вызвать их столкновение. Поэтому крайне важно следовать рекомендациям производителя при установке и замене ГРМ.
Также стоит отметить, что недостаточное натяжение ремня или цепи может привести к их проскальзыванию, что также нарушает синхронизацию работы двигателя. Регулярная проверка натяжения ГРМ является важной частью технического обслуживания автомобиля.
К другим проблемам можно отнести износ подшипников распределительного вала, что может привести к повышенному шуму и вибрациям в работе двигателя. Также возможны утечки масла из-за износа сальников и прокладок, что может привести к недостатку смазки и перегреву двигателя.
В заключение, регулярное техническое обслуживание и внимательное отношение к состоянию газораспределительного механизма являются ключевыми факторами для предотвращения серьезных неисправностей. Рекомендуется следить за состоянием ремня или цепи ГРМ, а также проводить их замену в соответствии с рекомендациями производителя, чтобы обеспечить надежную и долговечную работу двигателя.
Вопрос-ответ
Какое назначение газораспределительного механизма?
Газораспределительный механизм (ГРМ) — предназначен для слаженной подачи в цилиндры воздушно-топливной смеси и своевременного удаления отработанных газов посредством последовательного открытия и закрытия клапанов.
Что включает в себя газораспределительный механизм?
Газораспределительный механизм (ГРМ) обеспечивает своевременный впуск в цилиндры свежего заряда горючей смеси и выпуск отработавших газов. Он включает в себя элементы привода, распределительную шестерню, распределительный вал, детали привода клапанов, клапана с пружинами и направляющие втулки.
Какие детали входят в газораспределительный механизм?
Газораспределительный механизм (ГРМ) включает в себя такие основные детали, как распредвал, кулачки, клапаны, пружины клапанов, толкатели, цепь или ремень ГРМ, шестерни и натяжители. Эти элементы работают совместно для управления открытием и закрытием клапанов в соответствии с тактом работы двигателя, обеспечивая эффективное впускание воздуха и выпуск отработанных газов.
Для чего предназначен механизм ГРМ?
Газораспределительный механизм (ГРМ) — часть двигателя внутреннего сгорания, которая обеспечивает впуск, наполнение цилиндров свежим воздухом (или топливно-воздушной смесью) и выпуск отработанных газов в выхлопную систему.
Советы
СОВЕТ №1
Изучите основные компоненты газораспределительного механизма (ГРМ), такие как распредвал, клапаны и цепь или ремень ГРМ. Понимание их функций поможет вам лучше ориентироваться в работе двигателя и выявлять возможные проблемы.
СОВЕТ №2
Регулярно проверяйте состояние ремня или цепи ГРМ, так как их износ может привести к серьезным повреждениям двигателя. Следуйте рекомендациям производителя по замене этих компонентов, чтобы избежать дорогостоящего ремонта.
СОВЕТ №3
Обратите внимание на звуки, исходящие от двигателя. Необычные стуки или шумы могут указывать на проблемы с ГРМ. При первых признаках неисправностей обращайтесь к специалисту для диагностики и ремонта.
СОВЕТ №4
При проведении технического обслуживания автомобиля не забывайте о регулировке клапанов, если это предусмотрено конструкцией вашего двигателя. Правильная настройка клапанов обеспечивает оптимальную работу ГРМ и повышает эффективность двигателя.
