Классификация, устройство и принцип работы грм двигателя

Что такое газораспределительный механизм (ГРМ)?

Газораспределительный механизм (ГРМ) — это механизм предназначенный для впуска в цилиндры двигателя свежего заряда (горючей смеси в классических бензиновых двигателях или воздуха в дизелях) и выпуска отработавших газов в соответствии с рабочим циклом, а также для обеспечения надежной изоляции камеры сгорания от окружающей среды во время тактов сжатия и рабочего хода.

В зависимости от вида устройств, осуществляющих впуск заряда и выпуск отработавших газов, различают два типа механизмов газораспределения:

Клапанный механизм наиболее широко распространен и используется во всех четырехтактных двигателях. Возможно верхнее и нижнее расположение клапанов. Верхнее расположение в настоящее время применяется чаще, так как в этом случае процесс газообмена протекает эффективнее. Характерные конструкции газораспределительных механизмов с верхним расположением клапанов представлены на рисунке.

Как выбрать деталь

При выборе ремней ГРМ опираются на несколько основных критериев:

• неизменность характеристик и свойств детали на протяжении всего эксплуатационного срока;
• отсутствие деформации из-за растяжения;
• отсутствие дефектов и явных следов разрушения.

Сегодня в автомобильных магазинах представлен широкий ассортимент ремней газораспределительного механизма, из-за чего многим автовладельцам тяжело определиться с выбором конкретной модели.

Наиболее качественными считаются изделия, произведённые в Европе. Объясняется это жёстким контролем качества изготовляемых на европейских заводах деталей: проверяется каждый этап производства начиная от выбора сырья и заканчивая проверкой уже готовой детали. По этой причине многие автовладельцы очень высоко ценят ремни механизма марки Gates.

Одни из самых качественных ремней ГРМ выпускаются под маркой Gates

Таблица: самые популярные марки ремней ГРМ по мнению отечественных автолюбителей

Производитель	Информация о производителе
Dayco	Компания из Италии, занимающаяся производством шарниров, приводных ремней и роликовых механизмов.
Gates	Один из лидеров рынка производства и реализации приводных ремней. Продукция под маркой этого производителя встречается не только в сфере автомобилестроения, но и в сельском хозяйстве, металлургии, в области компьютерных технологий. Компания располагается в Бельгии.
Contitech	Группа производителей, чья продукция устанавливается напрямую в новые автомобили при их сборке. Кроме того, компания занимается изготовлением механизмов пневмоподвесок, приводных систем, технических жидкостей и аксессуаров и деталей для салона авто. Немецкая фирма.
Bosch	Самая известная и старая немецкая компания, специализирующаяся на выпуске автомобильных деталей, строительной и садовой техники, электроинструментов и бытовой техники. Располагается компания в Герлингене, Германия.
Lemforder	Многие автолюбители знакомы с компанией под именем ZF. Производит подвески, приводы, трансмиссии и системы рулевого управления. Страна-производитель — Германия.
Балаково	Отечественный производитель резинотехнических изделий, специализирующийся на производстве различных бытовых деталей, минеральных и химический смесей. Располагается завод в городе Балаково. Выпускаемые им детали пользуются огромной популярностью среди отечественных автолюбителей.

При покупке ремней ГРМ желательно обращать внимание на несколько нюансов, которые помогут определить и понять, какая запчасть оригинальная, а какая поддельная. Более подробно рассмотреть можно на примере ремней марки Gates

Упаковка

Оригинальная упаковка ремня Gates не так проста для подделки

Оригинальная запчасть реализуется в плотной картонной коробке с качественно пропечатанным рисунком. В отличие от подделки, подлинная упаковка не такая мягкая, приятная на ощупь.

Зубчики ремня

Оригинальная лента Gates имеет чёткие надписи и ровные зубцы

Профиль зубцов ремня на оригинале ровный и одинаковый, по краям резины нет никаких следов неровной обрезки. Также стоит проверить оборотную сторону — на подделке обычно плохо пропечатываются надписи и цифры, маркировка выполнена не белым, а грязновато-жёлтым оттенком без указания страны-производителя.

Голограмма

Оригинальные упаковки, как правило, имеют голограммы

На оригинальной упаковке ремней Gates всегда в обязательном порядке присутствует голографический знак.

При покупке приводного ремня желательно приобретать сразу полный комплект ГРМ — его подделка более сложна и требовательна в исполнении. Стоит проверять, как выглядит упаковка и качество укладки составляющих — самого ремня и роликов к нему.

Классификация или типы ГРМ

Виды ГРМ зависят от типа двигателя. Основное их отличие – это компоновка, поэтому их тоже нужно знать. Всего классификация ГРМ включает 4 класса.

По расположению распределительного вала

Бывает нижним и верхним. Первый тип сейчас практически не встречается, так как удаление газов происходит менее интенсивно, но и свои плюсы у него есть. Например, так лучше согласуется работа ГРМ и коленвала, так как газораспределитель располагается прямо возле него.

При верхнем расположении ГРМ находится прямо у блока ГБЦ. Так работа может осуществляться через толкатели и коромысла. Хоть согласование и надежность соединения ниже, зато конструкция получается более простой, лёгкой и компактной.

По количеству распределительных валов

Устройство газораспределительного механизма может быть с:

Одним валом (SOHC). В таком случае единственный распредвал отвечает и за впуск топлива, и за выпуск газов.

Двумя валами (DOHC). Один вал отвечает за впуск, другой предназначен для выпуска.

В V-образных движках 4 вала, где каждый отвечает за свой ряд цилиндров.

По количеству клапанов

Всего их может быть от 2 до 16 (чаще всего встречаются двигатели с 4 клапанами). Чем их больше, тем выше мощность и динамические способности мотора.

По типу привода

Схема газораспределительного механизма может включать один из 2,5 типов привода:

На шестеренках. Используется только при нижнем расположении ГРМ (т.е. сейчас почти не встречается). Обладает длительным ресурсом и повышенной износостойкостью. Передача происходит через звездочки или шестерки, которые соединены друг с другом.

Цепной. В этом случае движущее движение создает цепь, которая фиксируется на шестернях. Она является расходным материалом и должна меняться каждые 200 000 км.

Ременной. Устроен аналогично цепи, но не требует смазки. Намного дешевле и проще в эксплуатации, но его полный износ происходит всего за 80 000 км.

Устройство газораспределительного механизма

Газораспределительный механизм состоит из:

1. распределительного вала;
2. толкателей;
3. клапанов;
4. коромысла;
5.  штанги;
6.  привода.

1. Распределительный вал. Вращение распределительного вала приводит к своевременному открытию и закрытию клапанов газораспределительного механизма в зависимости от последовательности работы цилиндров двигателя, учитывая фазы газораспределения газов в механизме. Изготавливают распределительный вал из высокопрочной закаленной стали или чугуна. На валу ГРМ имеются опорные шейки и кулачки. Форма кулачков влияет на рабочие процессы распределения горючей смеси и газов, частоту и время открытия, закрытия клапанов. В торце распределительного вала ГРМ крепится звездочка (на которую устанавливается цепь) или шкив привода вала (на которую одевается ремень). Вал устанавливается в корпусе на подшипниках. В целях предотвращения осевых смещений распределительный вал имеет упорный фланец.

2. Толкатели. Толкатели – это детали газораспределительного механизма, которые служат для передачи усилий от кулачков распределительного вала к штангам коромысел. Толкатели изготавливают из высокопрочной стали или чугуна.

Виды толкателей: роликовые, цилиндрические, грибовидные.

Движение толкателей происходит в корпусах, закрепленных на блоке цилиндров или по направляющим.

3. Клапаны. Клапаны служат для подачи горючей смеси в цилиндры двигателя и вывода отработанных газов. Различают впускные и выпускные клапаны. Впускные служат для впуска горючей смеси, а выпускные клапаны служат для выпуска отработавших газов.

Конструкция клапана. Клапан состоит из стержня и головки. НА клапанной головке имеется кромка под 45 градусов для лучшего прилегания клапана. Впускной клапан отличается от выпускного диаметром. Выпускной клапан значительно больше по диаметру, чем впускной, так как объем отработавших газов превышает объем подающейся горючей смеси. Клапаны ГРМ установлены в головке блока цилиндров. Место их соединения называется седлом и имеет конусную форму. Для герметизации цилиндра предназначен клапанный механизм.  Для улучшения герметизации цилиндра проводят процесс под названием притирка клапанов. 

Впускные клапаны изготавливают из стали с хромистым покрытием, а выпускные клапаны из жаропрочной стали. Седла клапанов изготавливают из жаропрочного чугуна.

Движение стержней клапанов осуществляется по направляющим втулкам, которые изготавливаются из чугуна или стали. Направляющие соединены с головкой блока цилиндров. Клапаны оснащены внутренней и наружной пружинами. Пружины же крепятся с помощью тарелок, сухарей и шайб.  

Открытие клапанов осуществляется через усилие, которое передается от распределительного вала на клапан.

Газораспределительный механизм современных двигателей устроен таким образом, что на каждый цилиндр двигателя имеется по два клапана впуска и два клапана выпуска. Для снятия клапанов используют рассухариватели клапанов. 

4. Штанги

Штанги служат для передачи усилия от толкателей к коромыслам.  Штанги толкателей могут иметь  форму полых цилиндрических стержней со стальными наконечниками.

Штанги изготавливают из износостойкого алюминиевого сплава, крепятся с одной стороны к коромыслу, а с другой – к толкателю.

5. Коромысло

Коромысло служит для передачи усилия от штанги к клапанам. Коромысло выполнено в виде рычага с двумя плечами, который крепится на оси. При этом одно плечо длиннее, чем другое (возле штанги).

Коромысла изготавливают из прочной стали. Устанавливают коромысло на оси, которая крепится к головке цилиндров, на специальных втулках.  Втулки предназначены для уменьшения трения между осью и коромыслом.

6. Привод распределительного вала

Распределительный вал приводится в движение от коленчатого вала при помощи привода, который может быть, как мы говорили цепной, шестеренчатый, ременной.

 Скорость вращения распределительного вала в 2 раза меньше, чем скорость вращения коленчатого вала, что обеспечивается передаточным числом звездочки, либо размером шкива.

Таким образом, за два вращения коленчатого вала, распределительный вал совершит только одно вращение, что необходимо для осуществления одного рабочего цикла.

Часто встречается в обиходе автомобилистов такой термин, как тепловой зазор. 

Диагностика ГРМ

Газораспределительный механизм имеет 2 свойственные неполадки — неплотное примыкание клапанов к гнездам и невозможность полностью открыть клапаны.

Неплотное примыкание клапанов к гнездам обнаруживается по таким показателям: хлопки, возникающие иногда во впускной либо выпускной трубе, уменьшение мощности мотора. Факторами неплотного закрытия клапанов могут быть:

• возникновение нагара на поверхности клапанов и гнезд;
• формирование раковин на рабочих фасках и искривление головки клапана;
• неисправность пружин клапанов.

Неполное открытие клапанов сопровождается стуком в троящем моторе и уменьшением его мощности. Данная поломка возникает в следствии значительного промежутка меж стержнем клапана и носком коромысла. К характерным поломкам для ГРМ нужно причислить кроме того изнашивание шестерен распредвала, толкателей, направляющих клапана, смещение распредвала и изнашивание втулок и осей коромысел.

Практика демонстрирует, что на газораспределительный механизм приходится примерно четвертая часть всех отказов мотора, а уже на предотвращение этих отказов и восстановление ГРМ уходит 50% трудоёмкости обслуживания и ремонтных работ. Для диагностирования поломок применяют следующие параметры:

1. определяют фазы газораспределительного механизма автомобиля;
2. измеряют тепловой зазор между клапаном и коромыслом;
3. измеряют промежуток между клапаном и седлом.

Измерение фаз газораспределения

Подобное диагностирование ГРМ двигателя выполняется на заглушенном моторе с помощью особого набора устройств, среди которых имеются указатель, моментоскоп, малка-угломер и прочие дополнительные приборы. Для того, чтобы фиксировать период раскрытия впускного клапана на 1-ом цилиндре, необходимо покачивать вокруг своей оси коромысло, а далее направить коленвал мотора до момента появления зазора меж клапаном и коромыслом. Малка-угломер для замера разыскиваемого зазора ставится прямо на шкив коленвала.

Измерение теплового промежутка между клапаном и коромыслом

Тепловой зазор измеряют при помощи набора щупов либо иного особого устройства. Это набор из металлических пластинок длиной в 100мм, толщина которых обязана быть не больше 0,5мм. Коленвал мотора поворачивают вплоть до верхней предельной точки, в период такта сжатия подобранного для контроля цилиндра. Непосредственно благодаря щупам разной толщины, поочередно вставляемым в сформировавшееся отверстие, и измеряется зазор.

Определение промежутка между клапаном и седлом

Его можно оценить по объему воздуха, который будет выходить через уплотнитель перекрытых клапанов. Эта процедура прекрасно объединяется с чисткой форсунок. Когда они уже сняты, убирают валики коромысел и прикрывают все клапаны. Затем в камеру сгорания под большим давлением происходит подача сжатого воздуха. Поочередно на любом из контролируемых клапанов ставят устройство, которое позволяет измерить расход воздуха. Если потеря воздуха превысит разрешенную, выполняется ремонт газораспределительного механизма.

Процесс ремонта ГРМ

Частенько необходимо производить техническое обслуживание газораспределительного механизма. Основной проблемой являются износ шеек, кулачков вала и увеличение зазоров в подшипниках. Для того, чтобы устранить зазор в подшипниках коленчатого вала, производят его ремонт путем шлифовки опорных шеек и углубления канавок для подачи масла. Шейки нужно отшлифовать под ремонтный размер. После завершения ремонтных работ по восстановлению коленвала, нужно произвести проверку высоты кулачков.

На опорных поверхностях под шейки коленвала не должно быть никаких даже самых незначительных повреждений, а корпуса подшипников обязаны быть без трещин. После чистки и промывки распредвала обязательно нужно проверить зазор между его шейками и отверстием опоры головки цилиндра.

Цепь не должна иметь никаких механических повреждений, быть растянутой более чем на 4мм. Цепь газораспределительного механизма можно регулировать: отверните стопорный болт на пол оборота, поверните коленвал на 2 оборота, затем стопорный болт нужно повернуть до упора.

Основные неисправности ГРМ

С ремонтом ГРМ можно справиться и самостоятельно, так как основная часть – замена изношенных деталей.

Вот основные неисправности ГРМ:

1. Неправильно выставленные тепловые зазоры в механических толкателях.
2. Поломки гидрокомпенсатора. Автоматические толкатели обладают меньшим сроком службы.
3. Износ распредвала (встречается редко).
4. Износ пружин по причине уставания металла.
5. Неполное открытие/закрытие клапанов.
6. Растяжение или повреждение цепи/ремня.
7. Износ маслосборников. Как правило, это замечается по характерному запаху паленого масла.
8. Появление нагара на клапанах, что приводит к неполному прилеганию.

Рекомендуется перед ремонтом найти схему вашего ГРМ.

Количество клапанов

В классическом варианте четырехтактному двигателю для работы достаточно иметь по два клапана на каждый цилиндр. Но к современным моторам предъявляются все большие требования по мощности, расходу топлива и экологичности, поэтому для них этого уже становится недостаточно. Поскольку чем больше клапанов, тем более эффективно происходит наполнение цилиндра свежим зарядом. В разное время на двигателях пробовались следующие схемы:

• трехклапанные (впуск – 2, выпуск – 1);
• четырехклапанные (впуск – 2, выпуск – 2);
• пятиклапанные (впуск – 3, выпуск – 2).

На сегодняшний день наиболее популярными являются моторы с 4 клапанами на цилиндр. Первые такие двигатели появились еще в 1912 году на автомобиле Peugeot Gran Prix. Тогда широкого применения данное решение не получило, но начиная с 1970 года начали активно выпускаться серийные автомобили с таким количеством клапанов.

Из чего состоит газораспределительный механизм

В состав ГРМ входят следующие детали.

Распредвал

Отвечает за очередность впуска и выпуска. Представляет собой длинный вал с шейками и кулачками на поверхности. Кулачки прижимаются к клапану, то перекрывая его, то наоборот – открывая.

Привод ГРМ

Связующее звено между коленвалом и распредвалом. Конструкция его может быть разной, но состав один. Это набор шестерней, которые крутятся зубчатым ремешком с натяжителями и «башмаками».

Клапаны

Располагаются на ГБЦ (головка блока цилиндров). На вид напоминают гвозди: тонкий стержень со шляпкой, который называется «тарелка».

Клапаны делятся на впускные и выпускные:

1. Впускные отличаются целиком и их конструкция монолитна. Также тарелка чуть большего диаметра, что упрощает процесс поставки топлива.
2. Выпускные должны выдерживать большие температуры и не деформироваться. Изготавливаются с полым стержнем, как правило, из жаропрочных марок стали. Полость забита легкоплавким натрием, который отводит большую часть тепла.

Для улучшения контакта клапана с ГБЦ, на тарелку нанесено седло – это фаска с обратной стороны.

Также клапанный механизм состоит из:

1. Пружины. Обеспечивает автоматическое возвращение тарелки на прежнее место.
2. Маслосъемника. Колпачки, предотвращающие попадания масла в камеру сгорания (жарг. прокладки).
3. Направляющих. Гильза, благодаря которой клапан двигается четко по оси.
4. Сухарей. Крепеж пружины к телу клапана.

Толкатели

Промежуточная деталь между клапаном и кулачком распредвала.

Первым необходимо вручную выставлять тепловой зазор. Вторые делают это автоматически.

Коромысло

Двухплечевой рычаг, создающий колебательные движения. Фактически в разных ГРМ они могут выполнять разные функции.

Система смены фазы газораспределения

Есть не во всех автомобилях. Ее задача – контролировать работу открытия/закрытия клапанов по ситуации, т.е. фазы ГРМ.

Когда необходимо выставлять метки

Метки ГРМ выставляются при необходимости замены ремня или цепи ГРМ. Если для ремня это 50 – 60 тыс. км. пробег, то для цепи больше 100 тыс. Цепные привода ГРМ служат намного дольше, но являются более шумными по сравнению с ременными приводами.

Так же придется регулировать метки при замене натяжных и обводных роликов, водяного насоса (помпы) и т.п. навесных деталей приводящихся в движение приводом ГРМ.

Крайне не рекомендуется запускать замену ГРМ и продолжительно использовать автомобиль при посторонних шумах исходящих из данного механизма. Различные повреждения в механизме распределения газов могут серьезно навредить двигателю и полностью вывести его из строя. Например, пренебрежение заменой помпы или натяжных роликов может привести к их клину или вовсе поломке, то в результате этого произойдет загиб клапанов двигателя.

Вышедший из строя ролик ГРМ