Чем различаются конструкции грм разных типов

Типы ГРМ

Среда, 12 июля 2017

В данной статье мы рассмотрим существующие виды газораспределительных механизмов. Эта информация будет очень полезна автолюбителям, особенно тем, кто самостоятельно ремонтируют свои автомобили. Ну, или пытается их ремонтировать.

Каждый ГРМ приводится в действие от коленвала. Передача усилия может осуществляться ремнем, цепью или шестерней. Каждый из этих трех видов ГРМ имеет как свои преимущества, так и недостатки.

Рассмотрим более подробно виды привода ГРМ

1. Ременной привод имеет малую шумность во время работы, но не обладает достаточной прочностью и может порваться. Последствие такого обрыва – загнутые клапана. Помимо этого слабая натяжка ремня приводит к возможности его перескока, а это чревато смещением фаз, осложненным запуском. Помимо этого сбитые фазы дадут нестабильную работу на холостом ходу, а двигатель не сможет работать с полной мощностью.

2. Цепной привод тоже может сделать «перескок», но вероятность его сильно снижается из-за особого натяжителя, который у цепного привода более мощный, чем у ременного. Цепь более надежна, но обладает некоторой шумностью, поэтому не все производители автомобилей используют ее.

3. Шестеренчатый тип ГРМ массово применялся давно, в те времена, когда распредвал размещался в блоке ДВС (нижневальный двигатель). Такие моторы сейчас мало распространены. Из их плюсов можно отметить дешевизну изготовления, простоту конструкции, высокую надежность и практический вечный, не требующий замены механизм. Из минусов – малая мощность, увеличить которую можно только увеличением объема и, соответственно, размером конструкции (например – Додж Вайпер с объемом более восьми литров).

Распределительный вал

Что это и зачем? Распредвал служит для регулировки момента открытия клапанов, которые на впуске подают топливо в цилиндры, а на фазе выпуска отводят из них выхлопные газы. На распределительном валу для этих целей расположены специальным образом эксцентрики. Работа распределительного вала напрямую связана с работой коленчатого вала , и благодаря этому впрыск топливо осуществляется в максимально полезный момент – когда цилиндр расположен в своем нижнем положении (в нижней мертвой точке), т.е. перед началом впускного тракта.

Распредвал (один или несколько – неважно) может располагаться в ГБЦ , тогда мотор называется «верхневальным», а может располагаться в самом блоке цилиндров, тогда мотор называется «нижневальным». Выше про это было написано. Обычно ими оснащают мощные американские пикапы, и некоторые дорогие автомобили с гигантским объемом двигателя, как ни странно. В таких силовых агрегатах клапана приводятся в действие штангами, идущими через весь двигатель. Эти моторы медлительны и очень инерционны, активно расходуют масло. Нижневальные двигатели – тупиковая ветвь развития моторостроения.

Виды газораспределительных механизмов

Выше мы рассмотрели виды приводов ГРМ, а теперь речь пойдет именно о видах самого газораспределительного механизма.

Механизм SOHC

Название буквально обозначает «один верхний распределительный вал». Раньше назывался просто «OHC».

Такой двигатель, как ясно уже из названия, содержит в себе один распределительный вал, расположенный головке блока цилиндров. Такой двигатель может иметь как два, так и четыре клапана в каждом цилиндре. То есть, вопреки различным мнениям, мотор SOHC может быть и шестнадцатиклапанным.

Какие же сильные и слабые стороны у таких моторов?

— Двигатель функционирует относительно тихо. Тишина именно относительно двухраспредвального мотора. Хотя разница и не большая.

— Простота конструкции. А значит и дешевизна. Это касается также ремонта и обслуживания.

— А вот из минусов (хотя и совсем незначительных) можно отметить слабую вентиляцию мотора, оснащенного двумя клапанами на цилиндр. Из-за это мощность двигателя падает.

— Второй минус есть у всех шестнадцатиклапанных моторов с одним распредвалом. Так как распредвал один, то все 16 клапанов приводятся в действие одним распредвалом, что увеличивает нагрузку на него и делает всю систему относительно хрупкой. Помимо этого из-за низкого угла фазы цилиндры хуже наполняются и вентилируются.

Механизм DOHC

Выглядит такая система практически так же, как и SOHC, а отличается вторым распредвалом, установленным рядом с первым. Один распределительный вал отвечает за приведение в действие впускных клапанов, второй, естественно, выпускных. Система не идеальна, и обладает, конечно же, своими недостатками и достоинствами, подробное их описание выходит за рамки этой статьи. Изобрели DOHC в конце прошлого века, и после этого не меняли. Стоит отметить, что вторым распределительным валом существенно усложняется и удорожается конструкция такого двигателя.

Но за то, такой двигатель расходует меньше топлива за счет лучшего наполнения цилиндров, после которого из них уходят почти все выхлопные газы. Появление такого механизма существенно увеличило КПД двигателя.

Механизм OHV

Выше по тексту уже рассматривался такой тип двигателей (нижневальный). Придумали его в начале прошлого века. Распредвал в нем располагают внизу – в блоке, а для приведения действия клапанов используются коромысла. Из преимуществ такого двигателя можно выделить более простое устройство ГБЦ, что позволяет V-образным нижневальным двигателям уменьшить их размеры. Повторим и минусы: малое число оборотов, большая инерционность, малый крутящий момент и слабая мощность, невозможность использовать четыре клапана на цилиндр (за исключением очень дорогих автомобилей).

Подведем итог

Описанные выше механизмы не являются исчерпывающим списком. Моторы, раскручивающиеся более чем 9 тысяч оборотов, например, не используют пружины под клапанными тарелками, и в таких двигателях один распредвал отвечает за открытие клапана, а второй – за закрытие, что позволяет системе не зависать на оборотах выше 14 тысяч. В основном такая система используется на мотоциклах с мощностью выше 120 л.с.

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:

• цепь или ремень;
• шестерни валов;
• натяжитель (натяжной ролик);
• успокоитель и башмак.

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.

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.

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:

• нижнее;
• верхнее.

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.

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.

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.

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

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.

Виды ГРМ, их назначение, область применения, достоинства и недостатки»

В данной работе предполагается теоретическое исследование различных конструкций ГРМ, их достоинства и недостатки с выявлением более надежной, практичной и экономичной.

Газораспределительный механизм (ГРМ) является одним из самых сложных механизмов в конструкции двигателя. Управление впускными и выпускными клапанами ДВС полностью лежит на ГРМ. При помощи такого механизма осуществляется и контролируется процесс наполнения цилиндров топливно-воздушной смесью посредством своевременного открытия впускного клапана на такте впуска. Также ГРМ служит для выпуска отработанных газов из внутренней камеры сгорания – для этого открывается выпускной клапан на такте выпуска .[2]

В зависимости от того какое устройство, под средством которого осуществляется впуск заряда и выпуск отработавших газов, различают два типа механизмов газораспределения:

Наиболее распространённым является клапанный механизм . 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 ГРМ представлены на рисунке 1.

Рисунок 1 – Принципиальные компоновочные схемы ГРМ: 1-нижнее расположение распределительного вала, выпускной клапан с механическим приводом в блоке цилиндров, автоматический впускной клапан, расположенный в головке блока цилиндров; 2 — нижнее расположение распределительного вала с нижним расположением клапанов. Клапаны расположены с обеих сторон цилиндра; 3 — нижнее расположение распределительного вала с нижним расположением клапанов вдоль одной стороны блока цилиндров; 4 — нижнее расположение распределительного вала. С верхним расположение впускного клапана и нижним расположением выпускного клапана ; 5 — нижнее расположение распределительного вала с верхним расположением клапанов ; 6 — Верхнее расположение одного распределительного вала с верхним рядным расположением клапанов и толкателями ; 7 — Верхнее расположение одного распределительного вала с верхним рядным расположением клапанов; 8 — Верхнее расположение одного распределительного вала с верхним двухрядным расположением клапанов ; 9 — Верхнее расположение двух распределительных валов

Для того чтобы рассмотреть конструктивные особенности наиболее распространённых на сегодняшний день компоновок ГРМ, необходимо вернуться в прошлое и изучить вопрос о появлении и развитии газораспределительного механизма.

Своё появление конструкции ГРМ следует принимать конец 19 и начале 20 века. Двигатели которые имели конструкцию ГРМ были очень тихоходными, максимальные обороты этих двигателей лежали в диапазоне 300 – 600 об/мин.

Самый первые четырёхтактный двигатель внутреннего сгорания, работающий по циклу Отто, имел выпускной клапан с механическим приводом, расположенный в нижней части цилиндра и верхний впускной автоматический клапан(рисунок 1, схема 1). Впускной автоматический клапан механического привода не имел и открывался только под воздействием разности давлений с обеих сторон клапана. Такую конструкцию имел и первый двигатель Отто и первые практические автомобильные двигатели немецких инженеров К. Бенца и Г. Даймлера. Выпускной клапан двигателя имел механический привод. Распределительный вал, толкатель клапана и сам выпускной клапан были расположены в нижней части цилиндра. [3]

Поскольку впускной клапан двигателя не управлялся, точно установить момент открытия клапана было невозможно, и, соответственно, невозможно было увеличить максимальные обороты двигателя, подобные двигатели прекратили выпускать уже к 1905 году.

Некоторое время спустя впускной клапан всё же получил механический привод(рисунок 1, схема 2), что сразу позволило поднять обороты двигателя и увеличить его мощность. Первоначально клапаны располагались с обеих сторон цилиндра, но такая схема требовала применения двух распределительных валов и имела некоторые другие недостатки. Подобная схема газораспределительного механизма, называвшаяся Т-образная, применялась на выпускавшемся в России автомобиле Руссо-Балт С24-30 выпуска 1911 года. Но такая схема, по причине свойственных ей врождённых недостатков, долго не применялась.

В начале 20 века автомобиль быстро становился массовым предметом потребления, производители стремились удовлетворить спрос на автомобили. Конструкция, как и технологии производства автомобильных двигателей стремительно развивались. В этот период научились изготавливать довольно сложные блоки цилиндров и клапаны, как впускные, так и выпускные переместились на одну сторону блока цилиндров (рисунок 1, схема 3). Такая компоновка получила широкое распространение в 20-х годах прошлого века. Подобная схема для своего времени оказалась очень удачной и началась эра нижнеклапанных двигателей. Клапаны были очень близко расположены к распределительному валу, что уменьшало инерционные нагрузки, весь механизм имел достаточно простую, жёсткую и технологичную конструкцию.[3]

Такая схема позволила поднять рабочие обороты двигателя до 2500 – 3000 об/мин, а некоторые форсированные двигатели развивали максимальные обороты до 5000 об/мин.

Автомобильные двигатели с такой компоновкой газораспределительного механизма некоторыми производителями выпускались до начала 80-х годов. А для привода различных строительных, сельскохозяйственных и других механизмов они применяются и по настоящее время. Да и старые автомобили с подобными двигателями (ГАЗ-52) можно ещё встретить на наших дорогах.

Рисунок 2 – Нижнее расположение распределительного вала с нижним расположением клапанов вдоль одной стороны блока цилиндров: 1- болт регулировки теплового зазора; 2 — контргайка регулировочного болта; 3 — толкатель клапана; 4 — тепловой зазор; 5 — пружина клапана; 6 — специальное приспособление для снятия (рассухаривания) клапанов

При всех преимуществах такой схемы она имела неустранимые недостатки. Одним из главных недостатков является очень большая камера сгорания, Большая камера имела большую, по отношению к объёму камеры сгорания, площадь внутренних поверхностей, что приводило к большим потерям тепла и ухудшению процесса сгорания. Также к такому результату приводила неудачная форма камеры сгорания. Поэтому большая камера сгорания не позволяла поднять степень сжатия двигателя, обеспечивающую эффективную работу двигателя. Ещё одним недостатком был очень сложный путь движения воздуха от воздушного фильтра до камеры сгорания. На своём пути воздушный поток изменял направление несколько раз, что приводило к снижению скорости движения потока и, следовательно, к снижению коэффициента наполняемости.

Для устранения этих недостатков необходимо было перенести клапаны в головку блока цилиндров. Этой цели пытались добиться разными путями. Например, создание таких экзотических схем, в которых впускной клапан имел верхнее расположение, а выпускной клапан имел нижнее расположение (рисунок 1, схема 4). При этом распределительный вал оставался в блоке цилиндров. Подобную конструкцию использовала на своих автомобилях английская фирма Ровер в 50-х годах . [4]

Для исправления недостатков предыдущих схем, конструкторы перенесли клапаны в головку блока цилиндров (рисунок 1, схема 5). Такая конструкция упростила конструкцию блока цилиндров, но усложнило головки блока цилиндров. Перенос клапанов в головку блока цилиндров позволило значительно улучшить наполняемость цилиндров. За счёт этого двигатели с такой компоновкой ГРМ стали мощнее на 25% по сравнению с нижнеклапанными двигателями с таким же объёмом цилиндров. Перенос клапанов в ГБЦ позволило применять камеры сгорания различной формы и, соответственно, делать двигатели с желаемой степенью сжатия. Форсированные двигатели с нижним расположение распределительного вала и верхним расположением клапанов развивали максимальные обороты до 6500 – 7000 об/мин.[3]

Подобные двигатели с 60-х годов устанавливались на многие отечественные автомобили, например, на Москвич 407 и Москвич 408, на автомобиль Волга ГАЗ-21 и его модификации. Двигатели с такой конструкцией газораспределительного механизма устанавливались на автомобили Волга и УАЗ до конца 90-х годов. Подобные двигатели широко эксплуатируются и в настоящее время.

Конструкция ГРМ такой компоновки состоит из распределительного вала — или нескольких валов — и механизмов привода к ним, клапанов, открывающих и закрывающих впускные и выпускные отверстия в камерах сгорания, и передаточных звеньев — толкателей, штанг, коромысел и некоторых вспомогательных деталей (регулировочных элементов, клапанных пружин, системы поворота клапанов и проч.).

Но и у такой схемы имеются значительные недостатки. Одним из таких является, тот факт, что клапаны далеко расположены от распределительного вала. Усилие от толкателей передаётся на коромысла (рычаги) клапанов при помощи длинных толкающих штанг. Детали привода клапанов, совершающие возвратно-поступательное движение (особенно штанги), имеют большую массу, что увеличивает инерционные нагрузки и, соответственно, ограничивает дальнейшее увеличение оборотов. Попытки уменьшить массу толкающих штанг приводили к тому, что штанги приобретали недопустимую упругую деформацию, что приводило к изменению параметров работы газораспределительного механизма. Поэтому были предприняты попытки по отказу от применения штанг.

Первоначально штанги делали просто короче, за счёт отказа от шестерёнчатого привода распределительного вала в пользу привода цепью. Это позволило поднять расположенный в блоке цилиндров распределительный вал(рисунок 1, схемы 6,7,8)[3]

Поэтому такие попытки дали толчок для создания самой распространенной на сегодняшний день схемы с верхним расположением клапанов и расположением распределительного вала в головке блока цилиндров SOHC ). Он один управляет работой как впускных, так и выпускных клапанов. Поскольку чем ближе распределительный вал к клапанам, тем меньше в газораспределительном механизме количество и масса деталей, совершающих возвратно-поступательное движение. Уменьшение инерционных нагрузок обеспечивает лучшую работу газораспределительного механизма и, что позволяет увеличить обороты двигателя.

Рисунок 3 – Схема ГРМ с распределительным валом расположенного в головке блока цилиндров : 1 – клапан; 2 — направляющая втулка клапана; 3 — Наружная пружина клапана; 4 — внутренняя пружина клапана; 5 — тарелка пружины клапана; 6 — Корпус распределительного вала; 7 — распределительный вал; 8 — пружина рычага; 9 — рычаг привода клапана (рокер); 10 — шаровая опора рычага с регулировкой теплового зазора; 11 — Контргайка регулятора теплового зазора

При такой схеме клапаны могут иметь как рядное, так и наклонное двухрядное расположение. Клапаны могут приводится, как непосредственно кулачком распределительного вала, расположенного над клапанами, так и посредством рычагов (рокеров).

Но современные двигатели чаще имеют газораспределительный механизм с двумя распределительными валами, расположенными в головке блока цилиндров (DOHC), при этом один распределительный вал управляет впускными, а второй выпускными клапанами (рисунок 1, схема 9). Хотя первые подобные конструкции появились в самом начале 20 века. Такая схема имела высокую себестоимость и по этой причине в автомобильных двигателях серийных автомобилей широкого распространения не получила. Но эта схема имела широкое распространение в поршневой авиации и в дорогих спортивных автомобилях[3]

Рисунок 4 – ГРМ с двумя распределительными валами: 1-Выпускной распределительный вал; 2 — Крышка подшипника распределительного вала; 3 — Стаканчатый толкатель с гидравлическим компенсатором теплового зазора; 4 — Канавка подвода масла на толкателе; 5 — Масляная магистраль, подвода масла к гидравлическим компенсаторам; 6 — Пружина клапана; 7 — Выпускной клапан; 8 — Седло выпускного клапана

За последние 20 лет резко возросли требования по токсичности и топливной экономичности к двигателям серийных автомобилей, при одновременном улучшении машиностроительных технологий. Для выполнения возросших требований к двигателю автомобиля эту схему стали широко применять практически на всех серийных автомобиля.

Такая схема имеет следующие преимущества: применение этой схемы позволило выпускать многоклапанные головки.

В современных двигателях многоклапанные схемы позволяют снизить потребление топлива при одновременном выполнении строгих норм по токсичности.

Ещё одно преимущество даёт тот факт, что раздельные впускные и выпускные распределительные валы позволили создать современные системы с раздельной регулировкой (изменением) фаз газораспределения выпускных и выпускных клапанов.

Почти все современные двигатели имеют по 4 клапана на цилиндр, два впускных и два выпускных. Схемы с применением более чем четырёх клапанов на один цилиндр широкого распространения не получили.

Но технология конструирования ДВС не стоит на месте. Если в 80 годах, топовой и самой продвинутой технологией стала система управления клапанами типа VTEC, 90-е года отличились разработкой и применением продвинутой системой впрыска топлива, чуть позже кульминацией развития прямого впрыска стали поздние 2000-е. Будущее за перспективной технологией FreeValve, «без системы распределительных валов» приводящего клапаны в движение в ДВС.[1]

Рисунок 5 — Технология FreeValve, «без системы распределительных валов»

Новая технология предлагает гибкость в процессе работы мотора. Было создано много прототипов моторов с подобной конструкцией, оно ни одна не сравниться с технологией будущего поколения. Гениальность продвигаемой системы заключается в том, что она не подразумевает серьёзных изменений в конструкции самого двигателя. Г лавный секрет заключается в том, что двигателю не нужны распределительные валы, поскольку клапаны рассчитаны на индивидуальную работу, каждый по отдельности. Каждый клапан не связан жёстко с соседними клапанами, отсюда проистекает название- «свободные клапаны» FreeValve. Для привода клапанов служат быстрые электромагнитные актуаторы по команде компьютера. В них используются пневматические пружины, способные менять собственную жесткость, и особые датчики контроля положения клапана. Последние контролируют положение клапанов сто тысяч раз в секунду с точностью до одной десятой миллиметра, а для их работы требуется примерно в сто раз меньше энергии, чем для аналогов других фирм. Главная сущность заключается в том, чтобы работа ДВС стала более эффективной во всех фазах работы.

С новой технологией инженеры получили возможность сделать двигатель эффективным при любых оборотах и на всех режимах работы, не опасаясь провалов на холостом ходу, посредственной динамики или высокого расхода топлива.

По мнению разработчиков, такая система использует на 10% меньше энергии, чем традиционные решения привода. Одним на сегодняшний день недостатком является дороговизна такой системы. Пока такая технология имеет ряд недостатков, и над ней ещё нужно много работать, кроме того такая система очень дорогая.

На одном ДВС может быть установлено от одного до четырёх распределительных валов, а вал может быть установлен и в блоке цилиндров двигателя и в головке блока цилиндров. В V -образном двигателе может быть установлено четыре распределительных вала по два в двух разных головках блока цилиндров, а может быть установлен и один распределительный вал в развале блока цилиндров. Двигатель может иметь различные формы камеры сгорания и соответственно различное расположение клапанов. Поэтому количество практических конструкций схем газораспределительного механизма безгранично, которые имею свои преимущества и недостатки.

Двигатель с конструкцией «без распределительных валов» не способен пройти столько же, сколько ходят без серьезных проблем моторы с обычной системой распределительных валов. Но даже на этом этапе разработки, система показала себя с лучшей стороны. Ни один мотор со стандартной системой газораспределения не способен хоть как-то нормально работать, если перестанут работать 75% клапанов (представим это гипотетически). Также такие схемы имеют высокую цену, которые влияют на их высокую распространённость и применяемость.

Чем различаются конструкции грм разных типов

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:

• цепь или ремень;
• шестерни валов;
• натяжитель (натяжной ролик);
• успокоитель и башмак.

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.

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.

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.

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.

2016-02-16 Типы ГРМ: плюсы и минусы

Автомобиль представляет собой сложную техническую конструкцию с множеством взаимодействующих между собой частей. Одним из важных узлов любого автомобиля является газораспределительный механизм — ГРМ. Устройство привода ГРМ может быть выполнено в виде шестерни, являющейся частью коленчатого вала, посредством ремня либо привода, изготовленного из цепи. Таким образом, привод ГРМ подразделяется на несколько типов.

Ременный привод

Отличается эластичностью, дешевизной в производстве и обслуживании, а также малой шумностью в сравнении с конкурентами, является самым распространенным типом ГРМ на серийных легковых автомобилях. К несомненным плюсам относится большая распространенность ремня ГРМ , вследствие чего данный тип обладает более высокой ремонтопригодностью в сравнении с остальными. Малая шумность увеличивает акустический комфорт водителя.

Как и любой механизм, данный тип привода ГРМ не лишен своих, порою существенных недостатков. Ременный привод отличается нестабильной работой при недостаточном уходе за механизмом натяжения, вследствие чего возможны проблемы при запуске двигателя, уменьшение номинальной мощности силового агрегата, так как происходит смещение фаз. Все эти проблемы могут негативно сказаться на работе двигателя. На большинстве моделей легковых автомобилей при выходе из строя ременного привода ГРМ (то есть при его обрыве) загибает клапана двигателя, это является существенным недостатком данного типа привода, так как влечет за собой дорогостоящий и трудоемкий ремонт.

Цепной привод

Цепь ГРМ отличает более высокая надежность по сравнению с ременным и приводом через шестерню от коленчатого вала. Превосходство в надежности достигается за счет использования натяжителя, действующего с большим усилием по сравнению с ремнем. Обслуживание цепного привода производится достаточно редко, что положительным образом сказывается на стоимости владения автомобилем. Цепной привод обладает большим ресурсом надежности в сравнении с ременным.

К явным отрицательным сторонам данного типа привода ГРМ относится его шумная работа, в связи с этим мировые производители постепенно отказываются от производства автомобилей с данным типом привода ГРМ, несмотря на все его неоспоримые достоинства.

Привод ГРМ шестерней от коленчатого вала двигателя.

На сегодняшний день этот тип ГРМ практически не применяется в массовом производстве. Однако на дорогах все еще можно встретить достаточно много автомобилей, в основном старых, использующих его. Уход от такого типа привода был связан с изменением конструкции самого двигателя, его эволюцией, в связи с чем этот механизм перестали применять в серийном производстве.

Устройства ГРМ различаются не только по типам привода, но и по разновидностям самой его конструкции. Самое большое распространение получили два типа газораспределительных механизмов — это SOHC и DOHC.

Система SOHC имеет конструктивные особенности по сравнению с DOHC. К таковым у системы SOHC относится наличие всего одного распределительного вала, что дает как преимущества, так и недостатки. К положительным сторонам данной системы относится более тихая работа двигателя, что положительно сказывается на комфорте, а также, в силу простой конструкции, делает привод данной системы более ремонтопригодным и повышает надежность всего узла.

Недостаток данного типа привода относится к двигателям, оснащенным четырьмя клапанами на один цилиндр, и заключается в высокой нагрузке, которой подвергается распределительный вал , что может привести к негативным последствиям: дорогостоящая деталь выходит из строя в силу своей хрупкости.

Тип механизма ГРМ DOHC в своей конструкции применяет два распределительных вала, что дает такие преимущества, как меньший расход топлива, увеличенная мощность по сравнению с конкурентной системой. Однако и данный тип не лишен недостатков. К таковым относится меньшая ремонтопригодность и более высокая стоимость в результате усложнения конструкции, однако на фоне положительных черт данные минусы нивелируются.