Газораспределительный механизм двигателя внутреннего сгорания: устройство, назначение, принцип работы

Что такое ГРМ

ГРМ – это газораспределительный механизм двигателя внутреннего сгорания и предназначен для дозирования цилиндров определенным количество топливовоздушной смеси в заданные промежутки времени. Работа ГРМ четко синхронизирована с вращением коленчатого вала.

Газораспределительный механизм представлен головкой блока цилиндров, на которой располагаются все необходимые элементы – это клапана, их втулки, седла, а также пружины, рокера, распределительный вал и корпус подшипников. В зависимости от конструкции и типа двигателя, механизм может подавать воздух, как отдельно, так и вместе с топливом.

Устройство и принцип действия

Сам узел представлен головкой блока цилиндров мотора машины, на которой устанавливаются все конструктивные компоненты системы — клапаны, втулки, посадочные седла, пружины, рокера, распредвал, а также корпус подшипниковых устройств. В зависимости от особенностей и типа силового агрегата узел может подавать воздух в цилиндры как с горючим, так и отдельно.

Клапаны устанавливаются в специально предназначенных для их монтажа втулках, расположенных в головке БЦ. Они крепятся благодаря так называемым тарелкам, пружинным элементам и стопорным деталям. Сверху монтируются рокера с возвратной пружиной. Также здесь есть рабочая поверхность, по которой скользят кулачки распределительного вала, издавая при этом минимум посторонних звуков. Верхней конструктивной составляющей является распредвал, установленный в подшипниковые устройства. На более старых авто он монтируется в корпус вкладышей.

Устройство ремня ГРМ

Принцип действия начинается с момента вращения звездочки распредвала, которая запускает определенный такт. В результате в работу вступает сам вал. На нем в определенном порядке имеются кулачки, которые должны соответствовать такту.

Когда при запуске силовой агрегат начинает работать с первого цилиндра, то кулачок 1 бьет по рокеру. Последний преодолевает усилие пружинной детали и опускает клапан в самый низ. В результате вращения кулачок соскакивает с поверхности рокера, и тот под давлением пружинки перемещается в изначальное положение. Это приводит к возвращению клапана, который в итоге закрывает камеру сгорания. Аналогично происходит с другими цилиндрами.

Вся процедура синхронизируется с работой коленвала силового агрегата. Если один из клапанов откроется не вовремя, это приведет к невозможности запуска двигателя.

Поэтому в качестве привода газораспределительного механизма применяется коленчатый вал.

Как выглядит и где в машине

Расположен ремень газораспределительного механизма в торце двигателя. Он спрятан под кожухом совместно с шестернями коленвала и распредвала. Для обнаружения следует поднять капот авто и снять защитный кожух путём откручивания крепёжных винтов. Добраться к ремню можно простым способом, чтобы автовладелец мог вовремя контролировать его состояние износа.

Шкивы на которых устанавливается ремень

Ремень представляет собой резиновый хомут заданного диаметра с зубьями на внутренней поверхности. Производитель может обозначить маркировку с указанием пути для крепления ремня. Но невозможно установить в неправильной последовательности, так как он не имеет указанного направления. Индикация важна для установки согласно меток распределительного и коленчатого валов.

Классификация ГРМ

Нижнеклапанные двигатели

Газораспределительный механизм двигателя внутреннего сгорания прошел долгий путь от 1900-х годов до наших дней.

Нижнеклапанные двигатели с распредвалом в блоке цилиндров, использовались повсеместно, вплоть до середины двадцатого века. Схема и устройство впускных и выпускных клапанов, расположенных в ряд тарелками вверх, обеспечивала простоту изготовления и малошумность двигателя. Основным минусом подобной конструкции был сложный путь топливно-воздушной смеси, неоптимальный режим наполнения цилиндров, и, как следствие, меньшая мощность силового агрегата.

Газораспределительный механизм такого вида использовался вплоть до 90-х годов двадцатого столетия в грузовых автомобилях. Пример тому – ГАЗ 52, выпуск которого закончился в 1991 году.

Смешанное расположение клапанов

Попытки повысить мощностные характеристики ДВС привели к созданию двигателя со смешанным расположением клапанов. Впускные находились в головке блока цилиндров, а выпускные – в блоке, как у обычного «нижнеклапанника».

Распределительный вал один, так же расположенный в блоке цилиндров. Клапана, отвечающие за впуск топливно-воздушной смеси управлялись посредством штанг – толкателей, через которые передавалось усилие с распредвала, выхлопные – с помощью привычного коромысла.

Такая компоновочная схема обеспечивала более низкую температуру ТВС, и, как следствие, более высокую мощность, по сравнению с нижнеклапанными двигателями внутреннего сгорания.

Верхнеклапанные двигатели

Газораспределительный механизм, клапаны впускной и выхлопной системы которого находятся в головке блока цилиндров, а распредвал – в самом блоке, был сконструирован Дэвидом Бьюиком в самом начале двадцатого столетия. Управление клапанами осуществлялось посредством штанг – толкателей, воздействовавших на коромысла.

Подобная компоновочная схема обладает высокой надежностью, за счет передачи вращения от коленчатого вала к распределительному, с помощью шестерни. Зубчатый ремень, изношенный в процессе эксплуатации, может оборваться, нанеся серьезные повреждения клапанному механизму ГРМ, изношенная же передаточная шестерня лишь немного сдвинет фазы газораспределения, что опытный водитель заметит по изменениям в работе двигателя.

Минусом является некоторая инерционность подобной конструкции, что накладывает ограничения на обороты двигателя, а, следовательно, на крутящий момент и степень форсирования. Использование более чем двух клапанов на цилиндр приводит к усложнению газораспределительного механизма и увеличению габаритных размеров двигателя. Четырехклапанные двигатели такой компоновки используются в грузовых автомобилях КамАЗ, дизельных тепловозных двигателях.

Газораспределительный механизм автомобиля «Волга» двадцать первой модели был устроен именно по верхнеклапанной схеме.

• Двигатели, в которых распредвал и клапаны газораспределительного механизма располагаются в головке блока цилиндров, обозначаются аббревиатурой SOHC. Принцип действия и устройство механизма управления клапанами ГРМ отличается большим разнообразием. Существует схема открытия клапанов при помощи коромысел, рычагов и толкателей. Наибольшее распространение подобное устройство двигателей получило в период с середины 60-х до конца 80-х годов двадцатого столетия. В данный момент такие двигатели устанавливаются на недорогие легковые автомобили.
• Двигатели, газораспределительный механизм которых включает в себя два распредвала, обозначается аббревиатурой DOHC. При использовании двух клапанов на цилиндр, каждый распределительный вал открывает свой ряд клапанов. Такое устройство ГРМ позволяет уменьшить инерцию коленчатого вала, и тем самым значительно увеличивает обороты и мощность ДВС. Принцип работы двигателя, использующего четыре и более клапана на цилиндр, ничем не отличается от вышеописанного. Подобные силовые агрегаты демонстрируют большую, чем у двухклапанных аналогов, мощность и устанавливаются на большинство современных автомобилей.

В двигателях с подобным типом газораспределительного механизма важную роль играет устройство привода распредвалов. В качестве передаточного элемента используется цепь, находящаяся в герметично закрытом объеме, и омывающаяся маслом, или зубчатый ремень, находящийся на внешней стороне двигателя.

Поломка привода ГРМ зачастую приводит к печальным последствиям. Оборвавшийся ремень, износившийся в процессе эксплуатации, вызывает мгновенную остановку распределительного вала, вследствие чего некоторые клапаны остаются в открытом состоянии. Удар поршня по выступающей тарелке наносит серьезные повреждения головке блока цилиндров. В особо тяжелых случаях ремонт невозможен и требуется замена данного элемента двигателя.

Топ ходовых марок ремня ГРМ

Ремни ГРМ различных производителей имеют свои плюсы и минусы:

1. Bosch

Продукт этого производителя имеет высокое качество и невысокую стоимость. Поэтому занимает одну из первых позиций в рейтинге. Ремни Bosch подходят ко многим автомобилям и имеют долгоиграющий срок эксплуатации. Но стоит учесть, что при долгом хранении такой ремень будет высыхать и терять свои характеристики.

1. Lemforder

Имеет чёткие, крупные зубья и имеющий высокий уровен прочности. Но, к сожалению, в обиходе существует много подделок оригинального варианта.

1. Gates

Ширина данного ремня – 34 мм, что гарантирует минимум риск разрыва. Подходят к многим маркам авто, так и к спортивным. Однако, этот вариант довольно дорогостоящий.

AMD — большой ассортимент комплектов

В большинстве случаев при замене привода ГРМ требуется менять и ролики натяжения во избежание обрыва нового изделия. Чтобы не тратить время на поиски дополнительных деталей, можно приобрести корейские ремни AMD вместе с полным комплектом.

Плюсы:

• В комплект входят: привод ГРМ, балансировочный ремень, 3 ролика натяжения.
• Все детали упакованы отдельно для уменьшения риска деформации.
• Привод работает очень тихо.
• Натяжные ролики качественные, без люфта на подшипнике.
• На изделии есть маркировка – защита от подделки.
• При нормальной эксплуатации будет работать весь срок службы.

Минусы:

• Стоимость комплекта может доходить до 6 тыс. руб.
• В обводном ролике, а также в подшипнике есть вероятность появления люфта.
• Внутрь коробки могут вложить корейский ремень Dongil.

Ремень ГРМ – это прочное резиновое кольцо, которое обеспечивает вращение валов, синхронизирует работу системы зажигания с тактом поршней и клапанов двигателя. А в некоторых автомобилях ременной привод помогает работать водяной помпе с антифризом.

В современных машинах моторы обладают высоким крутящим моментом, поэтому при обрыве детали ремня ГРМ в 90% всех случаев произойдёт повреждение клапанов и другие, не менее серьёзные поломки. Поэтому лучше произвести замену этой детали через 4-6 лет, либо после 40-50 тыс. км эксплуатации (более подробно смотрите в инструкции к вашей модели автомобиля). И вообще, возьмите за правило при каждой процедуре замены масла и фильтров проверять состояние ремня. Если он провис или имеет следы износа, без раздумий заменяйте его, это поможет предотвратить дорогостоящий ремонт двигателя.

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.

Распредвал отливается из чугуна или стали с высокой прецизионностью.

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».

Если вас интересует, каким образом согласуется работа валов, то ответ – благодаря приводу.

Толкатели

Промежуточная деталь между клапаном и кулачком распредвала.

Изготавливаются из марок сталей повышенной прочности. Бывают механическими и гидрокомпенсаторными.

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.

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.

5 признаков, что пора сменить ремень газораспределения

Своевременно обнаружить и заменить привод ГРМ, значит предотвратить серьезную поломку. На некоторых моделях машин доступ к ремню затруднен кожухами, которые при диагностике состояния ремня нужно демонтировать.

Периодически нужно проверять состояние привода ГРМ.

Деталь нужно срочно заменить, если при визуальном осмотре обнаружено, что:

1. Задняя сторона детали покрылась трещинами;
2. Боковые края изделия утратили ровность и гладкость, на них видны оборванные нити корда;
3. На внутренней стороне между зубцами появились растрескивания;
4. Зубья расслаиваются;
5. Кожух и соприкасающиеся с ремнем детали покрыты черным резиновым порошком.

Не все автовладельцы в состоянии самостоятельно произвести демонтаж защитного кожуха, чтобы осмотреть состояние ремня.

Автомобилисты могут понять, что привод пора менять по следующим признакам:

Износ изделия из-за длительной эксплуатации. Производители советуют менять привод через каждые 50-120 тысяч километров пробега. Даже когда машина мало ездила, ремень требуется менять не реже одного раза в 5 лет.

Резина, из которой он сделан, теряет свои свойства, грубеет, утрачивает эластичность. Когда машина куплена с рук, сразу следует заменить привод ГРМ. Не известно, сколько лет назад деталь была установлена прежним владельцем.

Падение мощности, мотор заводится с перебоями. Двигатель стал заводиться хуже, чем прежде, машина на дороге с трудом набирает скорость. Изношенный ремень ГРМ растягивается, начинает перескакивать через несколько зубцов. В результате нарушения в его работе, происходит сбой системы зажигания.

При движении чувствуются провалы в тяге, вибрации двигателя. Если не устранить неполадку, возникнут несколько дополнительных поломок деталей системы зажигания и мотора.

Дым из выхлопной трубы. Когда работа двигателя и системы зажигания не синхронизирована, горючая смесь сгорает в моторе не полностью. По этой причине происходит разрушение катализатора.

При попадании части топлива из двигателя в систему выпуска, происходит повышение температуры выше допустимой нормы. Выхлоп из трубы может сопровождаться хлопками, дым окрашен в черный цвет. Причиной такого нарушения может стать неисправность (провисание) ремня ГРМ.

Тикающий звук от мотора. Привод ГРМ при сильном износе начинает трескаться, провисать, разлохмачиваться. Из-под кожуха во время движения машины исходят всевозможные клацающие, щелкающие звуки. Их характер зависит от скорости движения авто. Чем она выше, тем сильнее и чаще раздается стук.

Подобные звуки может издавать не только привод, похожие симптомы у неисправного ролика водяной помпы. В любом случае, появление посторонних звуков под капотом, это сигнал автовладельцу, что машину нужно срочно показать мастеру.

Появление маслянистых пятен на деталях, расположенных рядом с ремнем ГРМ. Течь из-под защитного кожуха могут масло или антифриз. Попадая на привод, агрессивные жидкости разъедают его поверхность.

Под их воздействием ремень может начать трескаться. Перед заменой привода нужно найти и устранить причину течи.

Последствия разрыва ремня

Очень досадный момент в жизни любого автовладельца, так как последствия этого будут серьёзные.

Это повлечет за собой:

• капитальный ремонт двигателя по причине изгиба поршней и клапанов;
• остановка в работе генератора, что повлечёт отказ всей электроники в автомобиле;
• отключение работы гидроусилителя руля, что затруднит рулевое управление.

Кроме того, может возникнуть перегрев двигателя, что приведёт к остановке машины.

Через сколько километров нужно менять ремень ГРМ

В инструкции по эксплуатации автомобиля указаны рекомендуемые сроки эксплуатации каждой детали. Замену ремня нужно производить не по прописанному регламенту, а по факту его износа.

Это полезно знать: Нужна ли обкатка нового автомобиля и как правильно её сделать

К примеру, некоторые отечественные производители указывают в руководстве, что ремень на изделиях автопрома рассчитан на 180 тыс. км. пробега. Автомобилист с большим опытом усомнится в правдивости таких данных.

Срок эксплуатации авто детали зависит от нескольких факторов:

1. Качества дорог;
2. Марки ремня;
3. Модели машины.

Так, привод ГРМ от известных производителей, установленный на автомобиле Renault при эксплуатации в России, подлежит замене после пробега 60 тыс. км., а при езде по дорогам Европы, через 120 тыс. км.

Важно! Производить замену детали рекомендуется вместе с натяжным роликом, шкивами и водяной помпой.

Цепной или ременной привод

Для обеспечения вращения двух валов применяются ремни или цепи. Цепная передача использовалась в машинах изначально. Цепи могут иметь от одного до трех рядов звеньев, здесь все зависит от мощности силового агрегата.

Цепь: преимущества и недостатки

Достоинство цепи заключается в высоком ресурсе эксплуатации. Ее растяжение компенсируется за счет специально установленного натяжителя. По сравнению с ремешком она функционирует намного дольше.

Цепь необходимо менять только при значительном растяжении или повреждении и обрыве, что происходит довольно редко.

Это единственное преимущество цепной передачи.

Минусы таких устройств:

1. Использование цепи влияет на шумность работы силового агрегата. Однорядные изделия издают не так много шума, но двух- и трехрядные цепи более громкие. Их применение способствует довольно шумной работе двигателя машины.
2. Блоки цилиндров, в которых используется цепь, по конструкции представляют собой более сложные устройства. Из-за этого процедура замены изделия значительно усложняется, поскольку автовладельцу нужно иметь прямой доступ к коленвалу.

Ремень: плюсы и минусы

Основные плюсы ременных передач:

1. Если двигатель оборудован ремнем ГРМ, то такое изделие будет работать значительно тише. Водитель может услышать только один звук при функционировании силового агрегата — слабый стук клапанов.
2. Простота замены по сравнению с цепной передачей. Если подготовиться, то можно поменять ремень самостоятельно.

Недостатки:

1. Низкий ресурс эксплуатации привода по сравнению с цепной передачей. В результате длительного использования ремешок обрывается, а это может стать причиной серьезных неисправностей. Восьмиклапанные двигатели практически не страдают от обрывов. В случае с моторами, оборудованными 16 клапанами, сами элементы могут погнуться в результате обрыва. Это приведет к необходимости проведения капитального ремонта, стоимость которого будет значительно выше, чем замена ремешка. Иногда сокращение ресурса и обрыв ремня приводит к образованию трещин на головке или самом блоке цилиндров. Единственным вариантом решения проблемы будет установка новой ГБЦ, при этом меняется и прокладка.
2. Необходимость замены натяжного ролика вместе с ремнем. В некоторых случаях автовладельцам также надо менять водяное насосное устройство и комплект шайб. Ресурс эксплуатации ремешка в среднем составляет около 60 тысяч км пробега. Но если учесть сложные условия использования и наличие брака во многих запчастях, специалисты рекомендуют менять ремень раньше.

Особенности замены ремней ГРМ

К особенностям замены ремня ГРМ следует, прежде всего, отнести сроки.

• Плановая (регламентная) замена ремня вопросов не вызывает, если точно известен пробег от предыдущей замены или от начала эксплуатации автомобиля.
• Сложнее ситуация, когда, например, приобретается автомобиль с пробегом, точность определения которого вызывает сомнения. В этом случае, даже если внешний осмотр не обнаруживает видимых повреждений, специалисты рекомендуют перестраховаться и произвести замену ремня – слишком велик риск последующего дорогостоящего ремонта.

Часто при необходимости замены ремня возникает вопрос, следует ли также менять направляющий и паразитный ролики? Дело в том, что ресурс роликов обычно приравнивают к ресурсу ремня, и поэтому следует их также менять в процессе замены ремня (недаром ремень ГРМ, как правило, продаётся в комплекте с роликами).

Процесс замены ремня ГРМ достаточно трудоёмкий и поэтому следует особое внимание обратить на состояние водяной помпы, особенно на автомобилях с недостоверным пробегом. Дело в том, что замена помпы сопутствующая замене ремня может сэкономить значительные средства, предотвратив вероятность заклинивания.

Операция по замене ремня ГРМ требует определённой квалификации и выполняется, в большинстве случаев, в автосервисе. Однако при наличии определённых навыков может быть выполнена самостоятельно. Важно только точное соблюдение последовательности и содержания операций на конкретном двигателе по инструкции производителя.

Как не купить подделку

В настоящее время рынок автозапчастей буквально переполнен поддельной продукцией. Ремни ГРМ не являются исключением. Причем подделывают не только продукцию, относящуюся к дорогим брендам, но и среднеценовые запчасти

Поэтому при выборе того или иного ремня ГРМ необходимо обращать внимание на его качество и следовать нескольким несложным правилам, которые помогут свести к минимуму вероятность покупки контрафакта

1. Совершайте покупки в проверенных магазинах. Вне зависимости от того, какой ремень ГРМ купить вы собрались, дешевый или дорогой. Лучше всего обращаться к официальному представителю производителя конкретных ремней ГРМ.
2. Внимательно изучайте упаковку. Уважающие себя фирмы всегда тратят немалые средства на качественную полиграфию. Печать на коробках должна быть четкая, а изображения не «поплывшими». Кроме того, в описании товара должны отсутствовать грамматические ошибки. Желательно, чтобы на упаковке также была голограмма (хотя ее наносят не все производители).
3. Внимательно изучите ремень и другие элементы из ремонтного комплекта. Непосредственно на внешней стороне ремня всегда имеется информация о его предназначении и характеристики. В частности, указывается торговая марка, размеры и прочее. Кроме этого, на резине не должно быть расслоений, вкраплений чужеродных частиц и прочих повреждений.

Некоторые производители внедряют онлайн-проверку оригинальности упаковки. Для этого на ее поверхность наносят коды, рисунки, QR-коды или другую информацию, с помощью которой можно однозначно идентифицировать подделку. Обычно это делается с помощью смартфона с доступом к интернету. Другой вариант — отправка SMS с кодом с упаковки.

Помните, что поддельный ремень не только не проработает положенное ему время (пробег), но и не будет должным образом обеспечивать работу газораспределительного механизма и других элементов двигателя, движение которых он обеспечивает. Поэтому покупка оригинала — залог продолжительной эксплуатации как ремня, так и двигателя.

Мифы и правда о поддельных ремнях

Среди неопытных автолюбителей распространен миф о том, что если на ремне ГРМ имеется шов, то это изделие — бракованное. На самом деле это не так. Практически все ремни имеют этот шов, поскольку технология их изготовления подразумевает его наличие. На заводе ремни получают путем разрезания широкого рулона с соответствующими геометрическими параметрами, концы которого сшиты крепкими нитками

Поэтому на наличие шва не нужно обращать внимание. Другое дело — оценить на его качество либо цифры указывающие на номер такой полосы

Следующий миф заключается в том, что ремни ГРМ с тефлоновым покрытием имеют белый цвет. На самом деле это не так! Тефлон сам по себе бесцветный, соответственно, при его добавлении в процессе изготовления ремня он никаким образом не повлияет на цвет конечного изделия. О том, тефлоновый ремень или нет необходимо уточнять отдельно, в технической документации к нему или же непосредственно у продавца-консультанта.

Аналогичный миф заключается в том, что якобы на поверхности тефлонового ремня всегда имеется надпись Teflon. Это также является неправдой. Информацию о составе компонентов ремня ГРМ необходимо уточнять дополнительно. Например, многие ремни, которые на самом деле сделаны с добавлением тефлона, внешне никак не указывают на это.