Призначення, пристрій, робота ГРМ. Двигун внутрішнього згоряння: газорозподільний механізм

Газорозподільний механізм автомобіля – один з самих складних механізмів в конструкції двигуна. Управління впускними і випускними клапанами ДВС повністю лежить на ГРМ. Механізм контролює процес наповнення циліндрів паливно-повітряною сумішшю за допомогою своєчасного відкриття впускного клапана на такті впуску. Також ГРМ контролює видалення вже відпрацьованих газів з внутрішньої камери згоряння – для цього відкривається випускний клапан на такті випуску.

Пристрій газорозподільного механізму

Деталі газорозподільного механізму виконують різні функції:

Розподільний вал відкриває і закриває клапани.

Механізм приводу призводить розподільний вал в рух з певною швидкістю.

Клапани закривають і відкривають впускні і випускні канали.

Головними частинами ГРМ є розподільний вал і клапани. Кулачковий, або розподільчий вал являє собою елемент, на якому розташовуються кулачки. Він приводиться в рух і обертається на підшипниках. У момент такту впуску або випуску кулачки, розташовані на валу, при обертанні натискають на штовхачі клапанів.


Розташовується механізм ГРМ на голівці блоку циліндрів. В ГБЦ є розподільний вал і підшипники від нього, коромисла, клапани і штовхачі клапанів. Верхня частина головки закрита клапанною кришкою, установка якої здійснюється з використанням спеціальної ущільнювальної прокладки.

Функціонування газорозподільного механізму

Робота ГРМ повністю синхронна з запалюванням і паливним уприскуванням. Простіше кажучи, у момент натискання педалі газу відкривається дросельна заслінка, впускающая потік повітря у впускний колектор. В результаті утворюється паливно-повітряна суміш. Після цього починає працювати газорозподільний механізм. ГРМ збільшує пропускну здатність і випускає відпрацьовані гази з камери згоряння. Для коректного виконання даної функції необхідно, щоб частота, з якої відкривається впускний і випускний клапан ГРМ, була високою.


Клапани приводяться в дію розподільним валом двигуна. Коли підвищується частота обертання коленвала, починає швидше обертатися і распредвал, що і підвищує частоту відкриття і закриття клапанів. В результаті зростають обороти двигуна і віддача від нього. Об'єднання колінчастого і розподільного валів дає можливість ДВС спалювати саме ту кількість повітряно-паливної суміші, яка необхідна для функціонування двигуна в тому чи іншому режимі.

Особливості привода ГРМ, ланцюг і ремінь

Шків привода розподільного вала знаходиться за межами ГБЦ. Для того щоб не відбувалися витоку масла, на шийці вала розташований сальник. Ланцюг ГРМ призводить весь механізм газорозподілу в дію і одягається з одного боку на ведену зірочку або шків, а з іншого передає зусилля від колінчастого вала. Від ремінного приводу клапанів залежить коректне і незмінне розташування колінчастого і розподільного валів відносно один одного. Навіть невеликі відхилення в положенні можуть стати причиною того, що ГРМ, двигун вийдуть з ладу.
Найбільш надійною вважається ланцюгова передача, використовує ролик ГРМ, однак існують деякі проблеми із забезпеченням необхідного рівня натягу ременя. Головною проблемою, з якою стикаються водії і яка характерна для ланцюга механізму, стає її обрив, нерідко є причиною загину клапанів. До числа додаткових елементів механізму можна віднести ролик ГРМ, використовуваний для натягу ременя. До мінусів ланцюгового приводу газорозподільного механізму, крім ризику обриву, відносять ще й високий рівень шуму під час роботи і необхідність його зміни кожні 50-60 тисяч кілометрів пробігу.

Клапанний механізм

Конструкція клапанного механізму включає в себе сідла клапанів, напрямні втулки, механізм обертання клапана та інші елементи. Зусилля від розподільного вала передається на шток або на проміжну ланку – коромисло клапана, або рокер. Нерідко можна зустріти моделі ГРМ, вимагають постійної регулювання. Такі конструкції мають спеціальні шайби та болти, обертанням яких виставляються необхідні зазори. Іноді зазори підтримуються в автоматичному режимі: регулювання їх положення провадиться гидрокомпенсаторами.

Управління етапами газорозподілу

Сучасні моделі двигунів зазнали значні зміни, отримавши нові керуючі системи, в основі яких лежать мікропроцесори – так звані ЕБУ. В сфері моторобудування основним завданням стало не лише збільшення потужності, але і економічність випускаються силових агрегатів. Підвищити експлуатаційні показники двигунів, знизивши при цьому витрата палива, вдалося тільки з використанням систем контролю ГРМ. Двигун з такими системами не тільки споживає менше палива, але і не втрачає в потужності, завдяки чому їх стали використовувати повсюдно при виробництві автомобілів. Принцип роботи таких систем полягає в тому, що вони контролюють швидкість обертання розподільного валу ГРМ. По суті, клапани відкриваються трохи раніше за рахунок того, що распредвал провертається в напрямку обертання. Власне, у сучасних двигунах розподільний вал більше не обертається щодо колінчастого вала з незмінною швидкістю.
Основним завданням залишається максимально ефективне наповнення циліндрів двигуна в залежності від обраного режиму його роботи. Такі системи відстежують стан двигуна і коригують подачу паливної суміші: наприклад, при холостому ході її обсяги зводяться практично до мінімуму, оскільки паливо у великих кількостях не потрібна.

Приводи ГРМ

В залежності від конструктивних особливостей двигуна автомобіля і газорозподільного механізму зокрема кількість приводів та їх тип можуть змінюватися.

Ланцюговий привід. Декільком раніше даний привід був найпоширенішим, проте і зараз використовується в ГРМ дизеля. При такій конструкції розподільний вал розташований у голівці блоку циліндрів, а в рух приводиться за допомогою ланцюга, що веде від шестерні. Мінус такого приводу – складний процес заміни ременя, оскільки він знаходиться всередині двигуна з метою забезпечення постійної мастила.

Шестерний привід. Встановлювався на двигуни тракторів і деяких автомобілів. Дуже надійний, але при цьому вкрай складний в обслуговуванні. Розподільний вал такого механізму знаходиться нижче блоку циліндрів, завдяки чому шестерня розподільного валу чіпляється за шестерню колінчастого вала. Якщо привід ГРМ такого типу приходив в непридатність, двигун міняли практично повністю.

Ремінний привід. Самий популярний тип, встановлюється на бензинові силові агрегати в легкових автомобілях.

Плюси і мінуси ремінного приводу

Ремінний привід отримав свою популярність за рахунок своїх переваг у порівнянні з аналогічними видами приводів.

Незважаючи на те що виробництво таких конструкцій складніше, ніж ланцюгових, коштує вона значно дешевше.

Не вимагає постійної мастила, завдяки чому привід був винесений на зовнішню сторону силового агрегату. Заміна і діагностика ГРМ у результаті цього значно полегшали.

Оскільки в ремінному приводі металеві частини не взаємодіють один з одним, як у ланцюговому, то рівень шуму в процесі його роботи знизився в рази.

Незважаючи на велику кількість плюсів, є у ремінного приводу і свої мінуси. Термін експлуатації ременя в кілька разів нижче, ніж ланцюга, що стає причиною частого його заміни. У разі обриву ременя з великою ймовірністю доведеться робити ремонт всього двигуна.

Наслідки обриву або ослаблення ременя ГРМ

У разі якщо ланцюг ГРМ рветься, підвищується рівень шуму під час роботи двигуна. В цілому така неприємність не стає причиною чогось нездійсненного в плані ремонту, на відміну від ременя газорозподільного механізму. При ослабленні ременя і його перескакивании через один зуб шестерні відбувається невелике порушення нормального функціонування всіх систем і механізмів. В результаті це може спровокувати зниження потужності двигуна, збільшення вібрації при роботі, утруднений запуск. У разі якщо ремінь відразу перескочив через кілька зубів або зовсім порвався, наслідки можуть бути самими непередбачуваними. Найбезпечніший варіант – це зіткнення поршня і клапана. Сили удару буде достатньо для вигину клапана. Іноді її вистачає для вигину шатуна або повного руйнування поршня. Однією з найбільш серйозних поломок автомобіля є обрив ременя ГРМ. Двигун в такому випадку доведеться або піддавати капітального ремонту, або повністю міняти.

Обслуговування ременя ГРМ

Рівень натягу ременя і його загальний стан – один з найбільш часто перевіряються при технічному обслуговуванні автомобіля факторів. Періодичність перевірки залежить від конкретної марки і моделі машини. Процедура контролю натягу ременя ГРМ: двигун оглядається, знімається захисний чохол з ременя, після чого останній перевіряється на скручування. Під час цієї маніпуляції він не повинен провертатися більш ніж на 90 градусів. В іншому випадку ремінь натягається за допомогою спеціального обладнання.

Як часто проводиться заміна ременя ГРМ?

Повна заміна ременя проводиться кожні 50-70 тисяч кілометрів пробігу автомобіля. Її можуть проводити і частіше у випадку пошкодження або появи слідів розшарування і тріщин. В залежності від типу ГРМ змінюється і складність процедури заміни ременя. На сьогоднішній день в автомобілях використовуються два типи механізму газорозподілу – з двома (DOHC) або одним (SOHC) розподільними валами.

Заміна газорозподільного механізму

Для того щоб провести заміну ременя ГРМ типу SOHC, достатньо мати під рукою нову деталь і набір викруток і ключів. Спершу знімається захисний чохол з ременя. Кріпиться він на засувки, або на болти. Після зняття чохла відкривається доступ до ременя. Перш ніж послаблювати ремінь, виставляються мітки ГРМ на шестерні розподілвалу і коленвале. На колінчастому валі мітки розміщуються на маховику. Вал провертають до тих пір, поки мітки ГРМ на корпусі і на маховику не збігаються один з одним. Якщо всі мітки збіглися один з одним, приступають до ослаблення і зняття ременя. Для того щоб зняти ремінь з шестерні коленчатного вала, необхідно демонтувати шків приводу ГРМ. З цією метою автомобіль піднімається домкратом і з нього знімається праве колесо, що дає доступ до болта шківа. На деяких з них знаходяться спеціальні отвори, через які можна зафіксувати коленвал. Якщо їх немає, то вал фіксують на одному місці, встановлюючи у вінець маховика викрутку та наголошуючи її в корпус. Після цього знімається шків. Доступ до ременя ГРМ повністю відкривається, і можна приступати до його зняття і заміни. Новий одягається на шестерні коленвала, потім чіпляється за водяний насос і одягається на шестерні розподільного валу. За натяжний ролик ремінь заводять в саму останню чергу. Після можна повертати на місце в зворотному порядку. Залишиться тільки натягнути ремінь за допомогою натяжителя. Перш ніж запускати двигун, бажано провернути кілька разів колінчастий вал. Роблять це для перевірки збігу міток і після провертання вала. Тільки після цього запускається двигун.

Особливості процедури заміни ременя ГРМ

На автомобілі з системою DOHC ремінь ГРМ замінюється трохи по-іншому. Сам принцип зміни деталі аналогічний вищеописаному, проте доступ до неї в таких машин складніше, оскільки є закріплені на болтах захисні чохли. В процесі поєднання міток варто пам'ятати про те, що розподільних валів в механізмі два, відповідно, мітки на обох повинні повністю збігатися. У таких автомобілів, крім направляючого ролика, є і опорний ролик. Однак, незважаючи на наявність другого ролика, паска заводиться за направляючий ролик з натягувачем в саму останню чергу. Після того як новий ремінь буде встановлено, перевіряється відповідність міток. Одночасно із заміною ременя змінюються і ролики, оскільки термін їх експлуатації співпадає. Також бажано перевірити стан підшипників рідинного насоса, щоб після проведення процедури встановлення нових деталей ГРМ вихід з ладу помпи не став неприємною несподіванкою.