Газораспределительный механизм
Газораспределительный механизм обеспечивает впуск топливо-воздушной смеси в цилиндры двигателя и последующее удаление отработавших газов из камеры сгорания.
Назначение газораспределительного механизма
ГРМ - один из самых сложных узлов в двигателе, так как его задача не только открывать и закрывать группы клапанов, но и делать это в строго определенный момент. Работа газораспределительного механизма синхронизирована с работой зажигания и впрыска.
Перенос распределительного вала привел к революционному развитию ГРМ и появлению двигателей с большим количеством клапанов на 1 цилиндр
Чтобы увеличить скорость движения, водитель нажимает на педаль акселератора, увеличивая поступление в двигатель топлива и воздуха. "Воспринять" усилившийся поток двигатель может только одним образом - за счет увеличения оборотов, а значит, группы клапанов должны открываться и закрываться чаще. Инженеры нашли простое и изящное решение для этой задачи, обеспечив привод ГРМ непосредственно от коленчатого вала. Чем быстрее вращается коленвал, тем чаще открываются и закрываются клапана, а значит, двигатель успевает пропустить через себя и сжечь ровно столько смеси воздуха и топлива, сколько нужно для развития желаемой скорости.
Конструкция газораспределительного механизма
Сложные задачи может решить только сложный механизм, поэтому ГРМ состоит из нескольких групп деталей. Клапана открывают и закрывают каналы впуска и выпуска, приводные механизмы вращают валы с заданной скорость, а распределительные валы обеспечивают своевременное открытие и закрытие клапанов.
В верхней части блока цилиндров расположена головка блока цилиндров (ГБЦ). На ней расположен распределительный вал, клапаны, толкатели или коромысла. Шкив привода распределительного вала находится за пределами головки блока цилиндров. Чтобы масло не вытекало из-под клапанной крышки, на шейке распредвала есть сальник. Клапанная крышка устанавливается через прокладку, устойчивую к горюче-смазочным материалам. Ремень или цепь ГРМ надевается на шкив распределительного вала, а приводится в действие шестерней коленчатого вала. Для натяжения ремня применяются ролики, а для натяжения цепи – «башмаки». Обычно в системе применяется два ремня или ремень и цепь. Ремень или цепь приводят в действие механизм ГРМ, а второй ремень – дополнительное оборудование.
Распределительный вал – это ось с выточенными «кулачками». Когда вал вращается, кулачки соприкасаются с толкателями клапанов в моменты, соответствующие тактам двигателя.
Клапанная группа и распределительный вал
Клапанная группа это не только клапаны, но и направляющие втулки, пружины и детали крепления, а также передаточные элементы.
Распредвал, или кулачковый вал, в определенный момент надавливает на штоки клапанов или рычаги (рокеры, коромысла и тп), которые передают усилие на штоки. Механизм нуждается в регулировке, поэтому в состав передаточных элементов входят также регулировочные шайбы и болты. В некоторых двигателях постоянный зазор достигается автоматической регулировкой - при помощи гидрокомпенсаторов.
Основной недостаток цепного привода ГРМ - слишком шумная работа
Распределительный вал приводится в движение приводным ремнем или цепью. Для передачи энергии от коленчатого вала на одном из торцов распредвала укреплена ведомая звездочка цепного привода или шкив, если в конструкции применен ременный привод.
Вращение распределительного вала в корпусе головки блока цилиндров обеспечивают подшипники, закрепленные в верхней пчасти ГБЦ.
ГРМ с верхним и нижним расположением клапанов
Газораспределительными механизмами с верхним расположением клапанов оснащены практически все современные двигатели. Эта конструкция постепенно сменила нижнеклапанную в середине шестидесятых годов, в начале "гонки за лошадиными силами". Применение верхнеклапанного механизма позволило избавиться от лишних передаточных деталей. Кулачки распредвала, надавливающие непосредственно на штоки клапанов, позволили обеспечить устойчивую работу двигателя на высоких оборотах. Кроме того, верхнее расположение клапанов позволило упростить ремонт и обслуживание двигателя. Верхнее расположение распредвала позволило уменьшить массу двигателя и снизить уровень шума при его работе. В конечном итоге, благодаря переходу на верхнеклапанную конструкцию, инженерам удалось увеличить количество клапанов (16, 24 и более), установив вместо одного распредвала два - для каждой группы клапанов. Единственным минусом конструкции можно считать только относительную сложность привода, который осуществляется ремнем или цепью.
Виды привода ГРМ
Вне зависимости от типа привода в работе ГРМ должно быть обеспечено одно важное условие - положение валов друг относительно друга должно оставаться неизменным. Если один из валов начнет "отставать", синхронизированная работа немедленно нарушится.
Именно поэтому цепной привод ГРМ появился раньше ременного. Роликовая цепь, собранная из звеньев одинаковой длины, обеспечивает постоянство синхронизации наилучшим образом.
Два основных недостатка цепи - шум при работе и сложности, связанные с обеспечением постоянного натяга, побудили инженеров к разработке привода на основе зубчатого ремня. Ремень лишен недостатков цепи, но обладает своими собственными - прежде всего, возможностью обрыва.
Газораспределительный механизм под контролем
С появлением распределенного впрыска и распространением микропроцессорных систем управления работой двигателя у производителей появились обширные возможности привлекать покупателей не только мощностью автомобилей, но и экономичностью. В процессе борьбы за снижение расхода топлива была придумана система контроля и для газораспределительного механизма. Задача системы изменяемых фаз газораспределения — обеспечивать точнейшую синхронизацию впуска и выпуска в зависимости от режима работы двигателя. Если описать работу этой системы в двух словах, то можно сказать, что скорость вращения распределительных валов в современном двигателе перестала быть постоянной. Это нужно для уменьшения наполнения цилиндров топливо-воздушной смесью в моменты, когда обычный объем смеси почти наверняка не сгорит полностью. К примеру, если водитель едет под уклон, поддерживать скорость помогают законы физики, и в эти секунды подавать в камеру сгорания столько же топлива, сколько необходимо для движения в гору, не нужно. За этими динамическими изменениями следит система VVT, управляющая движением распределительных валов и открытием клапанов.
