Газорозподільний механізм. Призначення і пристрій ГРМ

У легковому автомобілі двигун не зможе функціонувати належним чином без чіткої і злагодженої роботи ГРМ. Він відповідає за своєчасний впорскування пального в циліндри, а також виводить із системи відпрацьований газ. Ще одна важлива особливість - мітки ГРМ. Потрібно чітко дотримуватися їх, в іншому випадку впорскування і випуск газів зіб'ються.




Це пристрій володіє складною конструкцією. ГРМ складається з таких деталей і механізмів: приводні елементи, розподільчий вал і розподільна шестерня, елементи привода клапана, безпосередньо клапан і пружини, а також направляючі втулки. Робота газорозподільного механізму синхронізується з запалюванням і уприскуванням.

Розподільний вал

Робота розподільного валу полягає в тому, щоб відкривати клапани в тому порядку, який необхідний для правильного функціонування двигуна. Для виробництва цих деталей використовують чавун або ж спеціальну сталь. Щоб зменшити знос деталі, її поверхні загартовуються за допомогою струму високої частоти, при цьому вони нагріваються. Є два місця, в яких може розташовуватися распредвал. Це або картер двигуна, або головка блоку циліндрів. Також є варіанти двигунів, коли в головці знаходяться відразу два распредвала (многоклапанние ДВЗ). Обертається распредвал на спеціальних опорних шийках.

Класифікація двигунів в залежності від числа распредвалів

В залежності від кількості розподільних валів двигуни підрозділяють на подвійні (DOHC - Double Overhead Camshaft) і одинарні (SOHC - Single Overhead Camshaft). Якщо розглядати двигун типу DOHC, то там один распредвал управляє впускними, а інший - випускними клапанами. В SOHC ці функції виконує один распредвал. Привід клапанів виконується з допомогою кулачків, які закріплені на распредвале. Їх число залежить від кількості клапанів. Залежно від конструкції двигуна воно може коливатися від двох до п'яти на один циліндр. Є різні конфігурації клапанів: два впускних і один випускний, по два кожного типу, три впускних і два випускних. Форма ж кулачків відповідає за те, як саме буде відкриватися і закриватися клапан, час його відкриття і висоту підйому.

Привід розподільного вала: загальна інформація

Привід розподільного вала від коленвала може здійснюватись трьома різними способами: з допомогою ременя (ремінна передача), ланцюги (ланцюгова передача), а якщо конфігурація двигуна передбачає нижнє розташування розподільного вала, то за допомогою зубчастих шестерень. Самим надійним по праву вважається саме ланцюговий привід, але він відрізняється складністю конструкції і високою ціною. Ремінною ж привід набагато простіше, але і ресурс роботи у його ременя нижче, а якщо той порветься, наслідки можуть бути плачевними. Якщо ремінь обривається, то робота распредвала зупиняється, а колінвал продовжує працювати. Чим це загрожує? Якщо двигун многоклапанний, то при роботі поршні будуть ударятися про клапани, які залишаються у відкритому стані. Це може не тільки зашкодити стрижні, але й напрямні втулки. Може навіть зруйнуватися сам поршень. У простих двуклапанних двигунах такої проблеми немає, тому там ремонт обмежується лише заміною ременя. Якщо обривається ремінь газорозподільного механізму на дизельному двигуні, то наслідки будуть ще важче, ніж на бензиновому. Оскільки камера згорання знаходиться в поршнях, клапанів дуже мало місця. Так що якщо клапан зависає у відкритому положенні, то руйнуються тільки на стрижні і втулки, але і распредвал, підшипники, штовхачі, є високий шанс деформації шатунів. А якщо ремінь обривається на високих оборотах, то можна пошкодити блок циліндрів.

Привід газорозподільного механізму: різновиди

В залежності від розташування розподільного валу існує кілька видів приводу ГРМ. Якщо распредвал має нижнє розташування, то зусилля на клапани передається з допомогою штовхачів, штанг і коромисел. Якщо ж распредвал знаходиться вгорі, є три варіанти роботи приводу: коромислами, штовхачами і важелями. Коромисла також називають рокерами або роликовими важелями, вони виготовляються зі сталі, кріпляться на вісь, яка встановлена в головці циліндра на стійки. Коромисла впираються в кулачки розподільного вала, а також впливають на торець стрижня клапана. Для того щоб зменшити тертя під час їх роботи, в отвір запресовують спеціальну втулку. Якщо распредвал розташовується над клапанами, то вони приводяться в рух за допомогою важелів. Кулачки розподільного вала впливають на стрижень клапана. Є різновиди ГРМ, в яких ставиться гідрокомпенсатор між важелем і клапаном. Такі примірники не вимагають регулювання зазору. У третьому варіанті распредвал впливає безпосередньо на сам штовхач клапана. Штовхачі бувають механічними, гідро - і роликовими. Перші практично не використовують, так як вони дуже галасливі, а також вимагають регулювання зазору. Найпопулярнішим є другий тип, оскільки гидротолкатели не вимагають такого регулювання і працюють на порядок тихіше. Вони діють на основі моторного масла, воно постійно заповнює внутрішні порожнини і таким чином зміщує поршень при появі зазору. Часто роликові штовхачі використовують у форсованих двигунах, так як вони покращують динаміку за рахунок зниження тертя. Вся справа в тому, що при взаємодії кулачок котиться по штовхальника, а не треться, так як в тому місці розташований ролик.

Клапани

Клапанне розподіл отримало найбільше поширення в силу своєї простоти і високої надійності. Воно дозволяє найбільш ефективно втілювати в життя призначення газорозподільного механізму. Завдання клапанів - це відкриття впускних і випускних каналів в певний час. Сам клапан має досить просту будову - головка і стрижень. Для впускних і випускних клапанів головки мають різні діаметри. Оскільки випускні при роботі нагріваються значно більше (так як вони контактують з відпрацьованими нагрітими газами), їх роблять з теплоустойчивой сталі. На стержнях у верхній частині є виточення для кріплення деталей клапанної пружини. Самі вони виготовлені порожніми, з наповненням з натрію (забезпечується краще охолодження). Стрижні закріплені у втулках, які робляться з металокераміки або чавуну. Втулки, в свою чергу, запресовуються в головки циліндра.

Можливі несправності в ГРМ

Так як газорозподільний механізм складається з великої кількості деталей, логічно буде припустити, що існує великий ризик його поломки. Серед найпоширеніших причин можна виділити наступні: - знос підшипників або штовхачів клапана - можна визначити за підвищеного шуму мотора; - неполадки з гидрокомпенсаторами проявляються у вигляді стуку при роботі двигуна; - прогоряння клапанів або утворення нагару в системі; - знос сальників клапана - масло потрапляє в систему і починає згоряти в циліндрах; - знос ременя або ланцюга ГРМ - падає потужність двигуна, він шумить, відбуваються збої у фазах роботи. Варто сказати, що на сучасних авто ГРМ виконаний досить якісно, це значно підвищує його експлуатаційний термін. Адже якщо, наприклад, взяти газорозподільний механізм ВАЗ 2106 то можна побачити, що він потребував постійного догляду, регулювання клапанів та заміни тих чи інших деталей. Ознаки, за якими можна визначити, що газорозподільний механізм несправний, - це сторонні звуки у випускному і впускному трубопроводах (стук чи шум), зменшення компресії, металевий стукіт або падіння потужності двигуна. Поява цих ознак сигналізує про те, що ГРМ несправний і необхідний його ремонт.

Робочий цикл двигуна і ГРМ

За стандартом робочий цикл ДВЗ здійснюється за 2 повороту коленвала. У цей проміжок часу повинні відкритися і закритися в певній послідовності клапани кожного циліндра. Тому распредвал завжди обертається повільніше, ніж коленвал. Відповідно, розміри шестерень у цих валів різні (у распредвала більше). Клапани ж відкриваються в залежності від напрямку і руху циліндрів в двигуні. Тобто під час такту впуску впускні клапани відкриті, і навпаки - при випуску вони закриті. Саме з цією метою на шестерні наносяться мітки ГРМ.

Газорозподільні фази

Теорія говорить, що клапани повинні відкриватися в моменти проходження циліндрів через мертві точки. Але оскільки процес інерційний, а також при обліку підвищених оборотів коленвала, цього часу явно недостатньо для впорскування суміші і випуску відпрацьованих газів. Тому впускний клапан відкривається ще до того як циліндр займе положення у верхній мертвій точці (з попередженням приблизно 9-24 градуси повороту коленвала), а закриття відбувається під час проходження циліндром нижньої мертвої точки (випередження 51-64 градуси). Випускний клапан відкривається приблизно за 44-57 градусів до того як циліндр займе положення в нижній мертвій точці. Закривається він приблизно на 13-27 градусах проходження її циліндром. В процесі роботи двигуна бувають моменти, коли відкриті обидва клапани. Це положення призначене для продування циліндрів свіжої горючою сумішшю з метою їх очищення від зайвих продуктів згоряння. Воно називається перекриттям клапанів. Моменти, коли відбувається відкриття або закриття клапана відносно мертвих точок, що називаються фазами газорозподілу, вони розраховуються в градусах повороту коленвала.

Ремонт газорозподільного механізму

Природно, що така важлива частина автомобіля, як ГРМ, просто не потерпить недбалого поводження. Звичайно, газорозподільний механізм двигуна - досить надійний вузол, але навіть його можна зламати повністю. Однією з причин поломок може стати неякісний ремонт. Тому варто уважно ставитися до цього.

Що потрібно знати?

Перше, що потрібно знати, перед тим як проводити ремонт газорозподільного механізму своїми руками, - те, що його виконати дуже важко. Для цього потрібні технічні навички, які навряд чи є у звичайного автомобіліста. Також будуть необхідні певні інструменти, які можна знайти далеко не в кожному гаражі. Так і будь-який необережний рух може викликати наслідки, які виявляться набагато гірше, ніж первісна поломка. Тому завжди варто довіряти ремонт ГРМ свого автомобіля тільки перевіреним фахівцям. Пристрій газорозподільного механізму таке, що найчастіше в процесі його експлуатації виходять з ладу рухомі частини: клапани, кулачки, распредвал. Їли пошкодження або несправності не критичні, цілком можна обійтися і без заміни яких-небудь деталей. Але якщо вони будуть серйозними, потрібно бути готовим витрачати гроші на покупку і установку нових запчастин. Певну суму доведеться викласти і за саму процедуру ремонту.

Корисні поради

Як і будь-яка інша техніка, автомобіль може працювати довго і безвідмовно, якщо його правильно експлуатувати. І навпаки, недбале поводження з ним тільки збільшить шанс поломок. Газорозподільний механізм - це одна з найважливіших частин, без яких двигун не зможе функціонувати. Тому турбота про нього - фактор, який не варто ігнорувати.

Як же вберегти ГРМ від поломок?

По-перше, завжди потрібно використовувати тільки якісне паливо. Якщо воно буде з сторонніми домішками, можуть бути виходи клапанів, буде давати перебої двигун. Те ж саме стосується і комплектуючих - браковані запчастини довго не пропрацюють і завдають тільки шкоди. Так що завжди варто вибирати для свого авто тільки кращі деталі і витратні матеріали. Не менш важливий фактор - правильна експлуатація. Не варто піддавати автомобіль перевантажень, які будуть шкідливими для нього. Перегрів двигуна, робота з несправними вузлами, тривала експлуатація без техобслуговування знижують термін роботи машини і руйнують її вузли і деталі. Тому правилами експлуатації авто також не варто нехтувати.