Схема грм современного автомобильного двигателя типа ohc

Классификация, устройство и принцип работы ГРМ двигателя

Газораспределительный механизм (ГРМ) представляет собой совокупность деталей и узлов, обеспечивающих открытие и закрытие впускных и выпускных клапанов двигателя в определенный момент времени. Основная задача ГРМ заключается в своевременной подаче топливовоздушной смеси или топлива (это зависит от типа мотора) в камеру сгорания и выпуск отработавших газов. Для реализации этой задачи слажено работает целый комплекс механизмов, часть из которых управляется при помощи электроники.

Устройство газораспределительного механизма

В современных моторах газораспределительный механизм располагается в головке блока цилиндров двигателя. В его состав входят следующие основные элементы:

    Распределительный вал. Это сложная по конструкции деталь, которая изготавливается из прочной стали или чугуна с высокой точностью обработки. В зависимости от конструкции ГРМ распредвал может устанавливаться в головке блока цилиндров или в картере двигателя (такая компоновка сейчас не применяется). Это основная деталь, которая отвечает за последовательное открытие и закрытие клапанов. Распределительный вал

На валу имеются опорные шейки и кулачки, которые и толкают стержень клапана или коромысло. Форма кулачка имеет строго определенную геометрию, поскольку от этого зависит длительность и степень открытия клапана. Также кулачки выполнены разнонаправленными, чтобы обеспечивать попеременную работу цилиндров.

  • Привод. Крутящий момент от коленчатого вала передается через привод на распределительный вал. Привод бывает разным в зависимости от конструктивного решения. Шестерня коленвала в два раза меньше шестерни распредвала. Таким образом, коленчатый вал вращается в два раза быстрее. В зависимости от типа привода в его состав входят:
    • цепь или ремень;
    • шестерни валов;
    • натяжитель (натяжной ролик);
    • успокоитель и башмак.
  • Впускные и выпускные клапаны. Они расположены в головке блока цилиндров и представляют собой стержни с плоской головкой на одном конце, которая называется тарелкой. Впускные и выпускные клапаны отличаются по конструкции. Впускной изготавливается цельной деталью. Также он имеет больший диаметр тарелки для обеспечения лучшего наполнения цилиндра свежим зарядом. Выпускной часто изготавливают из жаропрочной стали и с полым стержнем для лучшего охлаждения, так как в работе он подвергается более высоким температурам. Внутри полости находится натриевый наполнитель, который легко плавится и отводит часть тепла от тарелки к стержню. Впускные и выпускные клапаны с пружинами

    На тарелках клапанов сделаны специальные фаски, которые обеспечивают более плотное прилегание к отверстиям в головке блока цилиндров. Это место называется седлом. Кроме самих клапанов, в механизме предусмотрены дополнительные элементы, обеспечивающие его правильную работу:

    • Пружины. Возвращают клапаны в исходное положение после нажатия.
    • Маслосъемные колпачки. Представляют собой специальные уплотнители, которые не допускают попадания масла в камеру сгорания по стержню клапана.
    • Направляющая втулка. Устанавливается в корпус ГБЦ и обеспечивает точное движение клапана.
    • Сухари. С их помощью пружина крепится на стержне клапана.
  • Толкатели. Через толкатели передается усилие от кулачка распредвала на стержень. Изготавливаются из высокопрочной стали. Они бывают разных видов (механические (стаканы), роликовые, гидрокомпенсаторы). Тепловой зазор между механическими толкателями и кулачками распредвала регулируется вручную. Гидрокомпенсаторы или гидротолкатели автоматически поддерживают нужный тепловой зазор и не требуют регулировки.
  • Коромысло или рычаги. Простое коромысло представляет собой двуплечный рычаг, который совершает качательные движения. В различной компоновке коромысла могут работать по-разному.

    Коромысло

  • Системы изменения фаз газораспределения. Данные системы устанавливаются не на все двигатели. Более подробно про устройство и принцип работы CVVT можно прочитать в отдельной статье на нашем сайте.
  • Принцип работы

    Работу газораспределительного механизма сложно рассматривать отдельно, в отрыве от рабочего цикла двигателя. Ведь его основная задача – это вовремя открыть и закрыть клапана на определенный промежуток времени. Соответственно на такте впуска открываются впускные, а на такте выпуска – выпускные. То есть фактически механизм должен реализовывать рассчитанные фазы газораспределения.

    Технически это происходит следующим образом:

    1. Коленчатый вал передает крутящий момент посредством привода на распределительный.
    2. Кулачок на распределительном валу нажимает на толкатель или коромысло.
    3. Клапан перемещается внутрь камеры сгорания, открывая доступ свежему заряду или отработавшим газам.
    4. После того как кулачок проходит активную фазу воздействия, клапан возвращается на место под действием пружины.
    Читайте также:  В каких случаях необходимо промывать двигатель

    Стоит также отметить, что за полный рабочий цикл распредвал совершает 2 оборота, попеременно открывая клапана в каждом цилиндре, в зависимости от порядка их работы. То есть, например, при схеме работы 1-3-4-2 в один и тот же момент времени в первом цилиндре будут открыты впускные клапаны, а в четвертом выпускные. Во втором и третьем клапаны будут закрыты.

    Классификация или типы ГРМ

    Двигатели могут иметь различную компоновку газораспределительного механизма. Рассмотрим следующую классификацию.

    По расположению распределительного вала

    Существуют два типа положения распредвала:

    При нижнем расположении распредвал находится в блоке цилиндров рядом с коленчатым валом. Усилие от кулачков передается через толкатели на коромысла, при этом применяются специальные штанги. Они представляют собой длинные стержни и связывают толкатели внизу с коромыслами наверху. Нижнее расположение считается не самым удачным, но имеет и свои плюсы. В частности, более надежное соединение распредвала с коленвалом. Данный тип расположения на современных моторах не применяется.

    Нижнее расположение распредвала и устройство ГРМ

    При верхнем положении распредвал находится в головке блока цилиндров (ГБЦ) непосредственно над клапанами. При таком положении могут быть реализованы различные варианты воздействия на клапаны: через толкатели, коромысла или рычаги. Такая конструкция более простая, надежная и компактная. Верхнее положение распредвала получило более широкое распространение.

    По количеству распределительных валов

    На рядных двигателях могут быть установлены один или два распределительных вала. Моторы с одним распредвалом имеют аббревиатуру SOHC (Single Overhead Camshaft), а с двумя – DOHC (Double Overhead Camshaft). Один вал отвечает за открытие впускных, а другой за открытие выпускных клапанов. В двигателях c V-образной компоновкой используются четыре распредвала, по два на каждый ряд цилиндров.

    По количеству клапанов

    От количества клапанов на один цилиндр будет зависеть форма распредвала и количество кулачков на нем. Клапанов может быть два, три, четыре или пять.

    Самый простой вариант с двумя клапанами: один работает на впуск, другой на выпуск. В трехклапаном двигателе два работают на впуск и один на выпуск. При четырех клапанах: два на впуск и два на выпуск. Пять клапанов: три на впуск и два на выпуск. Чем больше клапанов на впуске, тем больше объем поступающей топливовоздушной смеси в камеру сгорания. Повышается мощность и динамика двигателя. Сделать больше пяти не позволят размер камеры сгорания и форма распредвала. Наиболее часто встречается схема с четырьмя клапанами на цилиндр.

    По типу привода

    Различают три типа привода распределительного вала:

    1. Шестеренчатый. Данный привод возможен только при нижнем положении распредвала в блоке цилиндров. Коленвал и распредвал имеют зубчатый привод через шестерни (звездочки). Главное преимущество такого привода – надежность. При верхнем положении распредвала в ГБЦ применяется цепной и ременный привод.
    2. Цепной. Этот привод считается более надежным. Но использование цепи требует особых условий. Для гашения колебаний устанавливаются успокоители, а натяжение цепи регулируется натяжителями. В зависимости от количества валов могут применяться несколько цепей.

    Ресурса цепи хватает в среднем на 150-200 тысяч километров пробега.

    Главной проблемой цепного привода считается поломка натяжителей, успокоителей или разрыв самой цепи. При плохом натяжении цепь может перескакивать между зубьев в ходе работы, что приводит к нарушению фаз газораспределения.

    Ременный и цепной приводы ГРМ

    Автоматически регулировать натяжение цепи помогают гидронатяжители. Они представляют собой поршни, которые давят на так называемый башмак. Башмак прилегает непосредственно к цепи. Он представляет собой изогнутую дугой деталь со специальным покрытием. Внутри гидронатяжителя находится плунжер, пружина и рабочая полость для масла. Масло поступает в натяжитель и выталкивает цилиндр до нужного уровня. Клапан закрывает масляный канал, и поршень постоянно поддерживает нужное натяжение цепи. По похожему принципу работают гидрокомпенсаторы в ГРМ. Успокоитель цепи гасит остаточные колебания, которые не погасил башмак. Так достигается оптимальная и точная работа цепного привода.

    Самые большие неприятности может принести разрыв цепи.

    Распредвал прекращает вращение, а коленвал продолжает крутиться и двигать поршни. Днища поршней ударяются о тарелки клапанов, что приводит к их деформации. В самых тяжелых случаях может быть поврежден и блок цилиндров. Чтобы такого не произошло, иногда применяются двухрядные цепи. При обрыве одной другая продолжит работу. Водитель без последствий исправит ситуацию.
    Ременный. Ременный привод не требует смазки, в отличие от цепного.

    Ресурс ремня также ограничен и в среднем он равен 60-80 тысячам километров пробега.

    Для лучшего сцепления и надежности используются зубчатые ремни. Такой привод более прост. Разрыв ремня при работающем двигателе приведет к тем же последствиям, что и при разрыве цепи. Главными преимуществами ременного привода является простота эксплуатации и замены, дешевизна и бесшумная работа.

    От правильной работы всего газораспределительного механизма зависит работа двигателя, его динамика и мощность. Чем больше количество и объем цилиндров, тем сложнее будет устройство ГРМ. Каждому водителю важно понимать устройство механизма, чтобы вовремя заметить неисправность.

    Источник

    Газораспределительный механизм

    Виды и общее устройство газораспределительных механизмов

    Виды газораспределительных механизмов:

    1. С нижним расположением распределительного вала (OHV)

    2. С верхним расположением распределительного вала (OHC)

    Газораспределительный механизм со схемой OHV (рисунок 1), как правило, состоит из распределительного вала, толкателей, коромысел и клапанной группы.

    Рисунок 1 – Газораспределительный механизм схемы OHV

    Механизм привода клапанов в случае схемы OHV получается самым длинным по сравнению с остальными вариантами, так как распределительный вал располагается в блоке-картере. Преимуществом является простой и надёжный привод распределительного вала (зубчатый). Недостатком является инерционность такого механизма газораспределения, что сильно ограничивает максимальные обороты коленчатого вала двигателя и, следовательно, мощность. Двигатели этой схемы, как правило, низкооборотные и относительно тихоходные, но с гибкой моментной характеристикой. Если не используются гидравлические толкатели, такой двигатель будет одним из наиболее шумных по сравнению с остальными схемами.

    Газораспределительный механизм со схемой OHC (SOHC, DOHC) может иметь различные конструкции.

    Двигатель с одним распределительным валом и клапанами в головке блока цилиндров (Overhead Camshaft; так же, SOHC – Single OverHead Camshaft).

    В зависимости от конкретной конфигурации привода клапанов, выделяют следующие конструкции:

    1. Привод клапанов коромыслами (Москвич-412, старые модели BMW, Honda) – клапаны расположены по бокам от распределительный вала (обычно, V-образно), приводятся в движение насаженными на общую ось коромыслами, одни концы которых толкаются кулачками вала, а другие приводит в движение стержни клапанов.

    2. Привод клапанов рычагами (ВАЗ-2101, -07, …) – распределительный вал над расположенными в ряд клапанами, приводит их посредством рычагов, опирающихся на шаровую опору, толкая их кулачками примерно посередине.

    3. Приводом клапанов толкателями (рисунок 2) (ВАЗ-2108, многие высокооборотные двигатели) – очень простой механизм с минимальной инерцией деталей, в котором распределительный вал расположен прямо над клапанами, расположенными тарелками вниз, и приводит их в движение через цилиндрические толкатели.

    Рисунок 2 – Газораспределительный механизм схемы SOHC с толкателями

    Двигатель с двумя распределительными валами в головке блока цилиндров (Double OverHead Camshaft – DOHC).

    При этом существуют две серьёзно различающиеся разновидности этого механизма, отличающиеся количеством клапанов:

    1. DOHC с двумя клапанами на цилиндр. В головке цилиндров расположены два распределительных вала, один из которых приводит впускные клапаны, второй – выпускные. Эта схема применялась в 1960 – 1970 годах на высокопотенциальных двигателях таких автомобилей, как «Fiat 125», «Jaguar», «Alfa Romeo», а также опытном двигателе гоночных автомобилей «Москвич-412Р», «Москвич-Г5» и в легковых автомобилях, также легких коммерческих, концерна «Ford» для Еропейского рынка, вплоть до 1994 года. В настоящее время не применяется, так что применительно к ней это название следует считать устаревшим.

    2. DOHC с четырьмя и более клапанами на цилиндр (рисунок 3). Два распределительных вала, каждый из которых приводит свой ряд клапанов. Как правило, один распределительный вал толкает два впускных клапана, другой – два выпускных. Привод клапанов, как правило, толкателями. Схема даёт большое преимущество по мощностной отдаче.

    Рисунок 3 – Газораспределительный механизм схемы DOHC с толкателями

    Распределительные валы газораспределительных механизмов схем SOHC или DOHC, приводятся в движение зубчатым ремнем или цепью.

    4.1 Особенности конструкции деталей газораспределительных механизмов

    Клапаны открывают и закрывают впускные и выпускные каналы. Клапан состоит из тарельчатой плоской головки и стержня.

    Диаметр головки впускного клапана больше, чем выпускного. Впускные клапаны изготовляют из хромистой стали; выпускные клапаны (или их головки) – из жаростойкой стали. Вставные седла клапанов, запрессованные в головку или блок цилиндров, изготовляют из жаростойкого чугуна. На рабочую поверхность головки выпускных клапанов иногда наплавляют жаростойкий сплав. Для лучшего охлаждения внутреннюю полость некоторых выпускных клапанов заполняют металлическим натрием. Рабочая поверхность головки клапана (фаска) обычно имеет угол 30°…45°. Фаску головки клапана тщательно обрабатывают и притирают к седлу. Стержень клапана имеет выточку, в которую вставляют сухарики для крепления упорной шайбы пружины клапана. Стержни клапанов перемещаются в направляющих втулках – чугунных или металлокерамических. Клапан прижимается к седлу одной или двумя пружинами. При двух пружинах направление их витков должно быть различным, чтобы при поломке одной из них ее витки не могли попасть между витками другой.

    Толкатели служат для передачи движения от кулачка распределительного вала к клапану или штанге.

    Толкатели могут быть:

    — с плоской опорной поверхностью;

    — со сферической опорной поверхностью;

    — гидравлические толкатели (без зазора в клапанном механизме).

    Толкатели изготавливаются из стали или чугуна; стальные толкатели имеют наплавленную чугунную пятку, соприкасающуюся с кулачком. Рабочие поверхности толкателей подвергают термообработке до высокой твёрдости закаливаются, наплавляют эти поверхности отбеленным хромомолибдёновым чугуном, обладающим высокой износоустойчивостью. Толкатели изготовляют пустотельными для уменьшения массы.

    Коромысло изменяет направление передаваемого движения в приводе к клапану.

    Коромысло устанавливают в головке блока цилиндров на полых осях, которые могут быть индивидуальными или может быть одна общая ось с использованием распорных пружин, прижимающих коромысла к стойкам.

    Коромысло изготовляют из стали или чугуна. Плечо коромысла со стороны клапана длиннее, чем со стороны штанги толкателя. Это позволяет уменьшить высоту подъема толкателя и штанги. В отверстие коромысла запрессована бронзовая втулка.

    Штанга передаёт усилие от толкателя к коромыслу.

    Штанги должны быть достаточная жесткость при минимальном весе и иметь высокую износостойкость рабочих поверхностей.

    Штанги изготовляют трубчатым из стальной трубки или дюралюминиевого прутка; со стальными сферообразными наконечниками, которыми штанга упирается с одной стороны в толкатель, а с другой – в сферическую поверхность регулировочного винта. Наконечники закаляются до высокой твёрдости ,а при работе смазываются.

    Распределительный вал служит для обеспечения необходимых моментов открытия и закрытия клапанов, т.е. необходимых фаз газораспределения. Вращается с частотой в два раза меньшей, чем коленчатый вал (для четырёхтактных двигателей).

    К основным элементам распределительного вала относятся кулачки, опорные и промежуточные шейки. Для удобства установки в двигатель применяются съёмные крышки на опорах вала (при размещении его на головке цилиндров); разные диаметры опорных шеек, возрастающих от задней шейки к передней. Надежная фиксация вала обеспечивается применением упорного фланца, установленного с зазором между ступицей шестерни и торцом передней опорной шейки распределительного вала, причём зазор обеспечивается тем, что толщина фланца меньше толщины распорного кольца, зажатого между торцами шестерни и передней опорной шейки на 0,05…0,20 мм. Для обеспечения бесшумной работы ГРМ применяются подшипников, смазываемых под давлением; а также косозубые приводные шестерни, шестерни из неметаллических материалов, ременные передачи.

    Распределительные валы изготавливаются ковкой (штамповкой) из стали с последующей цементации рабочих поверхностей и закалкой, литьём из легированного чугуна с отбеливанием рабочих поверхностей до высокой твёрдости; шлифованием опорных шеек и кулачков.

    4.2 Порядок снятия, установки крышки головки блока цилиндров

    1. Снять крышку головки блока цилиндров.

    1.1 Отвернуть болты (гайки) крепления крышки головки блока цилиндров.

    1.2 Осторожно снять крышку головки блока, чтобы не повредить прокладку крышки (необходимо иметь в наличии запасную).

    1.3 Выполнить дефектовку резьбовых соединений .

    При срыве более двух витков резьбы болтов (гаек) – заменить; остальные резьбовые соединения прогнать соответствующими плашками и метчиками.

    2. Установить крышку головки блока.

    Установка производится в последовательности обратной снятию. При каждом снятии и установке крышки головки блока цилиндров для обеспечении лучшей герметичности следует заменять прокладки на новые.

    Источник

    Adblock
    detector