Газораспределительный механизм

Механизм газораспределения ГРМ служит для своевременного открытия и закрытия впускных и выпускных клапанов двигателя, обеспечивая качественное наполнение цилиндров двигателя свежим зарядом, их очистку от отработавших газов и герметизацию цилиндров при сжатии и рабочем ходе поршня.

Различают клапанные и золотниковые механизмы газораспределения. В четырехтактных двигателях газообмен осуществляется с помощью клапанов. В двухтактном двигателе газообмен происходит под действием поршня, открывающего и закрывающего впускные и перепускные каналы, или посредством смешанной системы газораспределения.

Клапанные механизмы газораспределения (ГРМ) разделяют:

• по месту установки клапанов  — верхнее расположение клапанов в головке блока цилиндров и нижнее — в блоке цилиндров;
• по месту установки распределителыюго вала — верхнее и нижнее;
• по виду привода распределительного вала  — зубчатый (шестеренчатый), цепной и ременный.

Механизм газораспределения включает в себя привод, распределительный вал, толкатели, штанги, коромысла и клапанный механизм.

Клапанный механизм состоит из клапанов, направляющих втулок, седел, клапанов, возвратных пружин с нижней и верхней опорными тарелками, сухарей, механизмов поворота клапана.

Распределительный вал предназначен для своевременного открытия клапанов. Также он осуществляет привод (в карбюраторных двигателях) топливного насоса, масляного насоса, прерывателя тока низкого напряжения и датчика ограничителя максимальной частоты вращения коленчатого вала.

Распределительный вал имеет: коренные (опорные) шейки; кулачки, расположение которых на валу обусловлено числом клапанов на цилиндр и последовательностью их открытия в зависимости от порядка работы двигателя, схемы привода, фазы газораспределения; зубчатое колесо привода прерывателя-распределителя и масляного насоса; эксцентрик привода топливного насоса. На переднем конце вала имеется шейка со шпоночным пазом под зубчатое колесо и резьбой для ее крепления.
Для восприятия осевых усилий от косозубых зубчатых колес при нижнем расположении распределительного вала используются стальные упорные фланцы. С одной стороны во фланец упирается ступица зубчатого колеса привода, а с другой — торец передней опорной шейки распределительного вала. Необходимый осевой зазор при этом обеспечивается распорным кольцом, установленным между ступицей зубчатого колеса и шейкой вала. Ширина кольца на 0,1-0,2 мм больше толщины фланца.

Притирка клапанов Притирка клапанов обеспечивают лучшую герметичность. Как проводится притирка клапанов

Толкатели передают усилия от кулачков распределительного вала к штангам или непосредственно к клапанам и воспринимают возникающие при этом боковые усилия. Толкатели изготовляются в виде круглых стержней или стаканов, совершающих осевое возвратно-поступательное движение, а также в виде рычагов, совершающих качательные движения вокруг своей оси.
Толкатели изготовляются из стали с низким и средним содержанием углерода и из чугуна.
Цилиндрические толкатели выполняются пустотелыми с плоской или сферической поверхностью днища радиусом 700—1000 мм., а кулачок распределительного вала — коническим с углом при вершине конуса 6—12 градусов. При этом кулачок смещается относительно оси толкателя в сторону основания конуса на 2—3 мм, что обеспечивает проворачивание толкателя вокруг его оси, с целью предотвращения неравномерного износа его боковой направляющей поверхности при работе.

В двигателях марки «ЯМЗ»  применяют подвесные рычажные толкатели, свободно установленные на разрезной оси. На одном конце рычага выполнено гладкое отверстие пол ось качания на другом, в вилке на игольчатых подшипниках, установлен ролик, сверху вилки запрессована стальная пята со сферической поверхностью, на которую опирается штанга.

Штанга передает усилие от толкателя к коромыслу и должна обладать определенной продольной жесткостью. Штанги изготовляются трубчатыми или сплошными из стали или дюралюминия. На штанги из дюралюминиевых прутков напрессовывают стальные термообработанные наконечники. При использовании стальных трубок наконечники запрессовывают в трубках или получают путем высадки и завальцовывания торцов у трубки.

Коромысло представляет собой разноплечий рычаг таврового или двутаврового сечения, что повышает его жесткость. Оно передает усилия от штанги к клапану. Коромысла отливают из чугуна или стали метолом точного литья.
В коротком плече коромысла имеется резьбовое отверстие под регулировочный винт и канал для полвода масла к сферической поверхности штанги и винта. На другом плече коромысла имеется сферическая поверхность (боек коромысла), которая опирается на стержень клапана. В средней части выполнено гладкое отверстие под ось качения коромысла. От осевого смешения коромысло удерживается упорной шайбой и стопорным пружинным кольцом.

ГРМ двигателя автомобиля

Механизм газораспределения служит для осуществления своевременного впуска в цилиндр горючей смеси (например, бензина и воздуха) и выпуска отработавших газов. В головке блока цилиндров помещаются минимум два клапана – впускной и выпускной. Клапаны приводятся в движение деталями механизма газораспределения. Через впускной клапан в цилиндр поступает горючая смесь или воздух; через выпускной клапан выходят отработавшие газы в атмосферный воздух через систему выпуска.

Устройство и принцип действия механизма газораспределения

В бензиновых и дизельных двигателях применяется механизм газораспределения клапанного типа, сейчас уже, в основном, с верхним расположением клапанов. Это значит, что клапаны находятся сверху, в головке блока цилиндров, как показано на рисунке 4.8.

Так, при верхнем расположении клапаны с пружинами и деталями их крепления установлены в направляющих втулках в головке блока цилиндров, в которой также отлиты впускные и выпускные каналы.

Рисунок 4.8 Головка блока цилиндров с газораспределительным механизмом.

Усилие от кулачков распределительного вала, расположенного здесь же – в головке блока, к клапанам передается с помощью толкателей и/или коромысел. Коромысла установлены шарнирно на оси, закрепленной на головке блока. Клапаны на головке закрыты крышкой.

 О тепловом зазоре

Между стержнем клапана, толкателем или концом коромысла газораспределительного механизма должен быть зазор (так называемый тепловой зазор), который необходим для компенсации удлинения стержня клапана при его нагревании без нарушения плотности посадки клапана в гнезде. Другими словами, если бы не было зазора, грубо говоря, между кулачком распредвала и клапаном, то от нагрева до высокой температуры, клапан увеличился бы в длину и перестал бы плотно прилегать к седлу в головке блока цилиндров.

Величина зазора для двигателей разных марок устанавливается для впускных клапанов в холодном состоянии в пределах 0,15—0,30 мм, а для выпускных клапанов, подвергающихся большему нагреву, — в пределах 0,20—0,40 мм. Однако же, у некоторых производителей зазор может быть таков, что не попадет в указанные диапазоны.

Для регулировки величины этого зазора в механизме предусмотрены регулировочные устройства. Хотя слово «устройство» слишком громкое для регулировочного болта и стопорной гайки (Рисунок 4.9) или шайб различной толщины (Рисунок 4.10).

Рисунок 4.9 Регулировка теплового зазора с помощью болта.

Рисунок 4.10 Регулировка теплового зазора с помощью шайб
(А – головка блока цилиндров без распределительного вала;
Б – головка блока цилиндров с распределительным валом).

Сейчас очень распространена конструкция с гидравлическими компенсаторами, которые под давлением масла подводят коромысло или толкатель к кулачку распределительного вала, убирая тем самым негативное последствие теплового зазора, а именно — удар кулачка о толкатель во время работы. Но стоит упомянуть, что установка гидрокомпенсаторов удорожает конструкцию головки блока цилиндров и повышает свои требования к качеству используемого моторного масла и к частоте его замены, поскольку масляные каналы компенсатора могут забиваться продуктами износа.

Примечание
Более подробно о гидрокомпенсаторах приведено ниже.

 Предварительно о распределительном вале

Примечание
Почему предварительно? Потому что для целостности восприятия данного раздела о распределительном вале необходимо сказать несколько слов, а более подробное описание данной детали будет дано ниже.

Правильность чередования различных тактов в цилиндрах двигателя достигается соответствующим расположением кулачков на распределительном валу, а также правильностью установки зацепления распределительных шестерен/шкивов с приводной шестерней/шкивом коленчатого вала.

В четырехтактном двигателе рабочий цикл во всех цилиндрах завершается за два оборота коленчатого вала. За это время в каждом цилиндре должны по одному разу открыться и закрыться впускной и выпускной клапаны, что происходит за каждый оборот распределительного вала. Таким образом, распределительный вал должен вращаться в два раза медленнее коленчатого вала. Для этого шестерня распределительного вала имеет вдвое большее число зубьев, чем шестерня коленчатого вала, либо же шкив по диаметру должен быть в два раза больше шкива коленчатого вала.

Фазы газораспределения четырехтактного двигателя

Для лучшего наполнения цилиндров свежим зарядом и наиболее полной очистки их от отработавших газов моменты открытия и закрытия клапанов в четырехтактных двигателях не совпадают с положениями поршней в ВМТ и НМТ, а происходят с определенным опережением или запаздыванием. Иначе говоря, впускной клапан может закрываться после того, как поршень пройдет НМТ, а выпускной — закрываться после ВМТ.

Моменты открытия и закрытия клапанов, выраженные в градусах, соответствующих величинам углов поворотов кривошипа коленчатого вала относительно мертвых точек, называются фазами газораспределения. Фазы газораспределения могут быть нанесены на круговую диаграмму, называемую диаграммой газораспределения, как показано на рисунке 4.11.

Пожалуй, будет проще показать это на примере. Так, если говорят, что клапан открывается за 5 градусов до ВМТ, значит клапан начал открываться в то время, когда кривошип коленчатого вала, к которому присоединен шатун поршня, находился за 5 градусов до верхней мертвой точки.

Рисунок 4.11 Диаграмма газораспределения четырехтактного двигателя.

Впускной клапан начинает открываться немного раньше, чем поршень придет в ВМТ. При этом к началу хода поршня вниз при такте впуска клапан уже немного откроется. Опережение открытия впускного клапана для двигателей разных моделей колеблется в разных диапазонах. Зачастую закрытие впускного клапана происходит с определенным запаздыванием, когда поршень перейдет НМТ и начнет двигаться вверх. При этом некоторое время после перехода НМТ, несмотря на начавшееся незначительное движение поршня вверх, заполнение цилиндра зарядом будет продолжаться вследствие некоторого разрежения, еще имеющегося в цилиндре, а также вследствие инерции заряда, движущегося во впускном трубопроводе.

Примечание
Однако стоит отметить, что существует как минимум два цикла, именуемых циклами Миллера и Аткинсона, при которых впускной клапан закрывается не так, как на обычных ДВС.

Таким образом, время открытия впускного клапана больше времени, в течение которого происходит полуоборот вала; продолжительность впуска при этом увеличивается, и цилиндр более полно заполняется свежим зарядом.

Выпускной клапан открывается раньше прихода поршня в НМТ.

При этом газы, находясь в цилиндре под большим давлением, быстро начинают выходить наружу, несмотря на то, что поршень еще движется вниз. Затем поршень, пройдя НМТ и двигаясь к ВМТ, будет выталкивать оставшиеся в цилиндре газы. Выпускной клапан закрывается тогда, когда поршень перейдет ВМТ. Несмотря на то, что поршень начнет уже немного опускаться вниз, газы будут продолжать выходить из цилиндра по инерции и вследствие отсасывающего действия потока газов, движущихся в выпускном трубопроводе. Таким образом, время открытия выпускного клапана больше времени, в течение которого происходит полуоборот вала, и цилиндр лучше очищается от отработавших газов.

Примечание
Угол поворота кривошипа, соответствующий положению, при котором впускной и выпускной клапаны одновременно открыты, называется углом перекрытия клапанов. Вследствие незначительности этого угла и ничтожной величины зазора между клапанами и гнездами, возможность утечки горючей смеси исключена. Перекрытие клапанов необходимо для дополнительной продувки цилиндра с целью лучшей наполняемости свежим зарядом.

Некоторое уменьшение давления газов на поршень, происходящее при рабочем ходе вследствие раннего открытия выпускного клапана, и потеря части работы газов при этом восполняются тем, что поршень, движущийся при такте выпуска вверх, не испытывает большого сопротивления от газов, оставшихся в небольшом количестве в цилиндре.

Изменение фаз газораспределения

С развитием технологий перед конструкторами и инженерами открылись серьезные перспективы в повышении эффективности работы двигателя – увеличение мощности с одновременным снижением расхода топлива стало новым трендом в автомобильной промышленности. Для того, чтобы оптимизировать работу двигателя внутреннего сгорания, необходимо подстраивать фазы газораспределения под все режимы нагрузки – от холостого хода до полной нагрузки.

Примечание
Обороты холостого хода — это минимальные обороты, при которых двигатель может работать устойчиво без нагрузки. Вы запустили двигатель, при этом никакого движения и воздействия на педаль газа не происходит.

А как изменять фазы газораспределения? — Проворачивать распределительный вал относительно коленчатого вала, изменяя тем самым моменты открытия клапанов. Прибавим к этому управление опережением зажигания* и это даст возможность управлять началом и концом тактов двигателя и позволило настолько оптимизировать работу ДВС, что показатели мощности и расхода топлива улучшились многократно.

Примечание
* Опережение зажигания. Для того чтобы топливовоздушная смесь успела сгореть, пока поршень движется от верхней мертвой точки к нижней, ее необходимо поджигать немного раньше. Основным показателем является угол опережения зажигания, который говорит нам о том, за сколько градусов до ВМТ на такте сжатия возникнет пробой между электродами свечи. В зависимости от частоты вращения коленчатого вала и нагрузки на двигатель угол опережения зажигания должен изменяться, что реализуется с помощью распределителя зажигания или электронного блока управления двигателя (подробнее об этом рассмотрено в главе 10 «Электрооборудование и электросистемы», раздел 10.4 «Система зажигания»).

Суть системы проста. На распределительный вал (или валы) устанавливается специальный механизм, на внешней части которого есть звездочка для приводной цепи от коленчатого вала. Механизм этот устанавливается так, что может проворачивать распределительный вал в сторону опережения или запаздывания, в зависимости от режима работы двигателя.

Если говорить более подробно, то работа механизма изменения фаз газораспределения (фазовращателя) происходит, как описано ниже.

Коленчатый вал через приводную цепь вращает фазовращатель, который установлен на распределительном валу. В момент, когда необходимо сместить время открытия клапанов в сторону запаздывания или опережения, фазовращатель проворачивает распредвал в соответствующую сторону.

Рисунок 4.12 Внешний вид фазовращателя.

Фазовращатели, в основном, устанавливают на впускной распределительный вал (вал, который открывает только впускные клапаны), но сейчас все чаще данные механизмы монтируют на оба распредвала – впускной и выпускной.

Изменяемая высота клапана

В современных бензиновых двигателях количество топливной смеси регулируется с помощью дроссельной заслонки – заслонка открывается, поступает больше воздуха, в соответствии с этим впрыскивается больше топлива. Воздух, необходимый для приготовления топливовоздушной смеси, пока доберется до цилиндра, преодолеет несколько весьма неприятных препятствий: воздушный фильтр, дроссельную заслонку, клапаны, а это все потери, которые напрямую влияют на мощность ДВС. Попробуйте сами подышать в противогазе не с угольным а с бумажным фильтром… Вот так и двигателю «тяжело дышать». Одно из препятствий на пути воздуха, от которого мечтали избавиться конструкторы, это дроссельная заслонка. Однако как регулировать количество впускаемого воздуха? Решение снова было связано с клапанами. Пришли к тому, что необходимо регулировать высоту клапана. Были системы со ступенчатым регулированием высоты клапана, а именно: клапан открывался только на три разные высоты. Затем придумали систему бесступенчатого открытия клапанов с диапазоном открытия от 1 мм до 10 мм. Это позволило избавиться от дроссельной заслонки – двигателю стало легче «дышать». Однако избавление от дроссельной заслонки изменением высоты открытия клапанов не является самоцелью. Контроль над работой клапанов позволяет еще больше отточить работу четырехтактного двигателя внутреннего сгорания.

Детали клапанной группы

К клапанной группе относятся клапан, направляющая втулка клапана, клапанная пружина с опорной шайбой и деталями крепления (они же — «сухари»). Все описанное приведено на рисунке 4.13.

Клапан служит для закрытия и открытия впускных или выпускных каналов в головке блока цилиндров. Основными элементами клапана являются тарелка и стержень.

Тарелка клапана имеет шлифованную конусную рабочую поверхность — фаску (обычно под углом 45°), которой клапан плотно притерт к седлу.

Стержень клапана отшлифован и проходит через направляющую втулку. На конце стержня клапана имеется канавка или отверстие для крепления опорной шайбы пружины. Разноименные клапаны имеют тарелки различных диаметров (зачастую, больший — у впускного клапана) или отличаются специальными метками.

Рисунок 4.13 Клапанный механизм.

Седло клапана (на рисунке 4.13) представляет собой металлическое кольцо цилиндрической формы с обработанной под углом 45 градусов рабочей поверхностью (той самой, к которой прилегает тарелка клапана). Седла клапанов запрессованы в головку блока цилиндров. Существуют конструкции с заменяемыми седлами и с седлами, запрессованными наглухо.

Направляющая втулка, в которой клапан устанавливается стержнем, обеспечивает точную посадку клапана в седло. Втулки запрессовывают в головку цилиндров.

Рисунок 4.14 Клапан.

Клапанная пружина удерживает клапан в закрытом положении, обеспечивая плотную его посадку в гнезде, а также создает постоянное прижатие толкателя к поверхности кулачка распределительного вала. Пружину надевают на выходящий из втулки конец стержня клапана и закрепляют на нем в сжатом состоянии с помощью опорной шайбы с коническими разрезными сухарями, которые входят в выточку на стержне клапана. Иногда на клапан устанавливают две пружины: пружину меньшего диаметра — внутрь пружины большего диаметра. Это делается для того, чтобы избежать резонанса пружины на определенных частотах работы двигателя, а также для подстраховки на случай поломки пружины. Часто применяются пружины с переменным шагом витков. Это исключает вероятность возникновения вибрации пружины и ее поломки при большом числе оборотов коленчатого вала двигателя. При установке двух пружин их подбирают таким образом, чтобы направление навивки их витков было выполнено в разные стороны, что также устраняет опасность возникновения резонансных колебаний пружин.

Для ограничения количества масла, поступающего в направляющую втулку, и устранения подсоса масла в цилиндр через зазоры во втулке на верхних впускных клапанах под опорной шайбой ставят маслосъемные колпачки.

Толкатель служит для передачи осевого усилия от кулачка распределительного вала на стержень клапана или на штангу. Дело в том, что передавать усилие от кулачка распредвала лучше именное через промежуточное звено – толкатель. Поскольку при длительной работе элементы клапанного механизма изнашиваются и, когда приходит время замены чрезмерно износившихся деталей, проще заменять небольшой толкатель, нежели целый распредвал или клапаны.

Рисунок 4.15 Головка блока цилиндров с элементами газораспределительного механизма.

Как было отмечено выше, сейчас получили широкое распространение так называемые гидрокомпенсаторы. «Гидро», потому что работают за счет давления моторного масла, а «компенсаторы», так как компенсируют или, проще говоря, сводят на нет зазор между кулачком распределительного вала и толкателем во время работы.

Толкатели в большинстве двигателей устанавливают без втулок непосредственно в отверстия приливов головки блока цилиндров. В некоторых двигателях для толкателей имеются направляющие втулки, отлитые секцией на несколько цилиндров.

Коромысло. Изменяет направление передаваемого движения. Устанавливают зачастую, когда распределительный вал один, а клапанов на цилиндр два или четыре, но расположены они особым образом (смотрите рисунок 4.16). Коромысла устанавливают на бронзовых втулках или без втулок на осях, которые при помощи стоек закреплены на головке блока. Одно плечо коромысла располагается над стержнем клапана, а другое — под или над кулачком распределительного вала. Для регулировки зазора между стержнем клапана и коромыслом в конец коромысла вкручен регулировочный винт с контргайкой.

Рисунок 4.16 Привод клапанов через коромысло.

Распределительный вал и его привод

Распределительный вал обеспечивает своевременное открытие и закрытие клапанов. Вал имеет впускные и выпускные кулачки (смотрите рисунок 4.17) и опорные шейки*.

Рисунок 4.17 Газораспределительный механизм в сборе.

Примечание
* На рисунке 4.17 опорные шейки не показаны, так как изображение схематическое и приведено для предварительного ознакомления. Получить представление о внешнем виде распределительных валов можно из рисунка 4.18.

Кулачки изготавливают как одно целое с валом. Однако существуют сборные конструкции, когда кулачки напрессовывают на вал.

Для каждого цилиндра у четырехтактных двигателей в зависимости от количества клапанов имеются два и более кулачков: впускных и выпускных. Форма кулачка обеспечивает плавный подъем и опускание клапана и соответствующую продолжительность его открытия. Одноименные кулачки для каждого цилиндра (например, впускные) располагают в четырехцилиндровых двигателях под углом 90°, в шестицилиндровых — под углом 60° и в восьмицилиндровых — под углом 45°. Разноименные кулачки (впускные и выпускные) устанавливают под углом, величина которого зависит от фаз газораспределения. Вершины кулачков располагаются в принятом для двигателя порядке работы с учетом направления вращения вала.

Рисунок 4.18 Головка блока цилиндров с распределительными валами.

 Как распредвал приводится во вращение?

Распределительный вал приводится во вращение от коленчатого вала разными способами. Самыми распространенными являются: цепной и ременной привод, реже используется шестеренный.

Цепной привод. На конце коленчатого и распределительного валов устанавливают звездочки (как на велосипеде) и надевают приводную цепь. Для того чтобы исключить биение цепи, дополнительно устанавливают успокоитель, который представляет собой длинную планку, по которой перемещается цепь. Обычно с другой стороны устанавливают направляющую натяжителя цепи. Цепной привод можно изучить так же на рисунках 4.19 и 4.20.

Рисунок 4.19 Схема цепного привода газораспределительного механизма.

Рисунок 4.20 Пример цепного привода газораспределительного механизма.

Ременной привод. На коленчатый и распределительный валы устанавливаются зубчатые шкивы, чем-то напоминающие звездочки, однако намного шире их. На эти зубчатые шкивы надевается зубчатый ремень. Для удобства снятия и установки приводного ремня устанавливают натяжитель ремня (часто автоматический). Пример привода распределительного вала (или валов) с помощью зубчатого ремня приведен на рисунках 4.21 и 4.22.

Рисунок 4.21 Схема ременного привода газораспределительного механизма.

Рисунок 4.22 Пример ременного привода газораспределительного механизма.

Шестеренный привод. Привод распределительного вала осуществляется от шестерни на коленчатом валу через ряд промежуточных шестерен или напрямую, как показано на рисунке 4.23.

Рисунок 4.23 Шестеренный привод газораспределительного механизма.

Отключаемые клапаны

В погоне за экономичностью конструкторы решали одну из беспокоящих их проблем: что делать, когда двигатель, работая, использует всего 15–20 % своей мощности. Такое бывает, когда мы стоим, например, в пробке или едем по трассе на крейсерской скорости.

Примечание
Крейсерская скорость – скорость, при которой достигаются оптимальные показатели топливной экономичности. Термин, конечно, более подходящий для авиационной промышленности, однако, если мы едем по магистрали на пятой, а то и шестой передаче, то он вполне применим и в этой отрасли.

А если мощность используется не вся, то зачем работать всем цилиндрам двигателя? Что, если взять и отключить, например, на стоящем в пробке автомобиле, два из четырех цилиндров.

Ведь пары цилиндров вполне хватит для того, чтобы двигатель работал на холостых оборотах. В оставшиеся два цилиндра перестают подавать топливо и, чтобы они попросту не перекачивали воздух по впускному и выпускному коллектору, закрывают впускные и выпускные клапаны. Для выполнения такой незамысловатой операции придумали относительно простое решение: на распределительном вале рядом с обычными кулачками расположили кулачки с «нулевой высотой», то есть они никак не воздействуют на толкатель клапана.

Так при нормальной работе распределительный вал вращается и все клапаны выполняют свое назначение, а когда возникает необходимость в отключении клапанов, открывается специальный клапан, через который моторное масло под давлением, воздействуя на распределительный вал, смещает его в направлении продольной оси; кулачки с обычным профилем как открывали, так и открывают клапаны, а там где кулачки имеют «нулевую высоту», они просто-напросто не достают до клапанов, и те, в свою очередь, стоят неподвижно.

Примечание
Различные фирмы в разные времена предложили несколько схем реализации описанной выше операции по отключению части клапанов. Выше приведен лишь один из способов.

Принцип работы системы газораспределения двигателя внутреннего сгорания (ГРМ)

Система ГРМ служит для обеспечения своевременного открытия или закрытия клапанов головки блока цилиндров.

При открытии впускного клапана в камеру сгорания двигателя поступает топливно-воздушная смесь, которая воспламеняется при сжатии поршня. При открытии выпускного клапана из камеры сгорания выходят отработанные газы.

 

Вовремя открывать необходимые клапана и предназначен весь газораспределительный механизм. В механизм ГРМ можно отнести: распредвал, клапана (впускные, выпускные), приводной ремень или цепь, натяжители, направляюшие, успокоители, шестерни и т.д.

Распределительный вал (он же распредвал) представляет собой металлический вал с кулачками разной формы, который при вращение нажимает кулачками на клапана,  тем самым открывая или закрывая их.

Распредвал приводится в действие от вращения коленчатого вала (коленвала) посредством привода. Распределительный вал вращается со скоростью в два раза меньшей, чем коленчатый вал.

 В современных двигателях используются ременные или цепные приводные механизмы. Все они обеспечивают передачу крутящего момента от коленвала к распределительному валу. Каждый из перечисленных приводов ГРМ имеют свои положительные и отрицательные качества.

Ременный привод менее долговечный, но более дешев в обслуживании и установки. В среднем срок службы оригинального ремня или качественного не оригинального ремня около 80 000 км. пробега. И как правило не возникает особых трудностей заменить “уставший” ремень на новый.

Цепной привод ГРМ гораздо долговечнее, в среднем срок службы цепи около 200 000 км. (у разных производителей данные рознятся, некоторые говорят от 300 тыс.км, а некоторые рекомендует менять уже на пробеге в 150 тыс.км). Не редки случаи, когда цепные системы газораспределения “переживают” другие детали двигателя, такие как поршня, вкладыши, гильзы. И при разборе “стукнувшего” мотора можно увидеть цепи и шестерни в отличном состоянии и при пробеге за 250 тыс. км. Но в связи с более высоким весом цепи по сравнению с ремнем, требуются дополнительные устройства натяжения (успокоительные, натяжители, балансиры, башмаки, направляющие и т.д.) и смазки. Как следствие замена цепи представляет собой достаточно дорогостоящее занятие

Как определить, что пора поменять привод ГРМ?

У ремня все просто! Желательно осматривать (при возможности) ремень  на наличие трещин в процессе эксплуатации и менять его согласно нормативным срокам замены! При замене ремня ГРМ желательно сразу поменять ролики и водяную помпу на новые.

В интернет-магазине запчастей на иномарки Arparts.ru вы найдете широкий ассортимент комплектов для замены ремней ГРМ с роликами и помпами!

С цепью все немного сложнее

Ремкомплекты цепей ГРМ представленные в интернет-магазине автозапчастей ARparts.ru

Газораспределительный механизм

Газораспределительный механизм

Газораспределительный механизм (ГРМ) обеспечивает своевременный впуск в цилиндры свежего заряда горючей смеси и выпуск отработавших газов. Он включает в себя элементы привода, распределительную шестерню, распределительный вал, детали привода клапанов, клапана с пружинами и направляющие втулки.

? Устройство ГРМ

Распределительный вал служит для открытия клапанов в определенной последовательности в соответствии с порядком работы двигателя. Распредвалы отливают из специального чугуна или отковывают из стали. Трущиеся поверхности распределительных валов для уменьшения износа подвергнуты закалке при помощи нагрева токами высокой частоты.

Распредвал может располагаться в картере двигателя либо в головке блока цилиндров. Существуют двигатели с двумя распредвалами в головке цилиндров (в многоклапанных ДВС). Один используется для управления впускными клапанами, второй – выпускными. Такая конструкция называется DOHC (Double Overhead Camshaft). Если распредвал один, то такой ГРМ именуется SOHC (Single OverHead Camshaft). Распредвал вращается на цилиндрических шлифованных опорных шейках.

Привод клапанов осуществляется расположенными на распределительном валу кулачками. Количество кулачков зависит от числа клапанов. В разных конструкциях двигателей может быть от двух до пяти клапанов на цилиндр (3 клапана – два впускных, один выпускной; 4 клапана – два впускных, два выпускных; 5 клапанов – три впускных, два выпускных). Форма кулачков определяет моменты открытия и закрытия клапанов, а также высоту их подъема.

Привод распределительного вала от коленчатого вала может осуществляться одним из трех способов: ременной передачей, цепной передачей, а при нижнем расположении распредвала — зубчатыми шестернями. Цепной привод отличается надежностью, но его устройство сложнее и цена выше. Ременной привод существенно проще, но ресурс зубчатого ремня ограничен, а в случае его разрыва могут наступить тяжелые последствия.

При обрыве ремня распредвал останавливается, а коленвал продолжает вращаться. Чем это грозит? В простых двухклапанных моторах, где, как правило, поршень конструктивно не достает до головки открытого клапана, ремонт ограничивается заменой ремня. В современных многоклапанных двигателях при обрыве ремня поршни ударяются о клапана, «зависшие» в открытом состоянии. В результате сгибаются стержни клапанов, а также могут разрушиться направляющие втулки клапанов. В редких случаях разрушается поршень.

Еще тяжелее при обрыве ремня приходится дизелям. Так как камера сгорания у них находится в поршнях, то в ВМТ у клапанов остается очень мало места. Поэтому при зависании открытого клапана разрушаются толкатели, распредвал и его подшипники, велика вероятность деформирования шатунов. А если обрыв ремня произойдет на высоких оборотах, возможно даже повреждение блока цилиндров.

Рабочий цикл четырехтактного двигателя происходит за два оборота коленвала. За это время должны последовательно открыться впускные и выпускные клапаны каждого цилиндра. Поэтому распредвал должен вращаться в два раза медленнее коленвала, а, следовательно, шестерня распредвала всегда в два раза больше шестерни коленвала. Клапаны в цилиндрах должны открываться и закрываться в зависимости от направления движения и положения поршней в цилиндре. При такте впуска, когда поршень движется от в.м.т. к н.м.т., впускной клапан должен быть открыт, а при тактах сжатия, рабочего хода и выпуска – закрыт. Чтобы обеспечить такую зависимость, для правильной установки на шестернях ГРМ делают метки.

Привод клапанов может осуществляться разными способами. При нижнем расположении распредвала, в картере двигателя, усилие от кулачков передается через толкатели, штанги и коромысла. При верхнем расположении возможны три варианта: привод коромыслами, привод рычагами и привод толкателями.

Коромысла (другие названия – роликовый рычаг или рокер) изготавливают из стали. Коромысло устанавливают на полую ось, закрепленную в стойках на головке цилиндров. Одной стороной коромысла упираются в кулачки распредвала, а другой воздействуют на торцевую часть стержня клапана. В отверстие коромысла для уменьшения трения запрессовывают бронзовую втулку. От продольного перемещения коромысло удерживается при помощи цилиндрической пружины. Во время работы двигателя в связи с нагревом клапанов их стержни удлиняются, что может привести к неплотной посадке клапана в седло. Поэтому между стержнем клапана и носком коромысла должен быть определенный тепловой зазор.

Во втором варианте распредвал располагается над клапанами, и приводит их в действие посредством рычагов. Кулачки распределительного вала действуют на рычаги, которые, поворачиваясь на сферической головке регулировочного болта, другим концом нажимают на стержень клапана и открывают его. Регулировочный болт ввернут во втулку головки цилиндров и стопорится контргайкой. Существуют ГРМ, в которых между рычагом и клапаном устанавливается гидрокомпенсатор. Такие механизмы не требуют регулировки зазора.

И, наконец, при третьем варианте привода распределительный вал при вращении воздействует непосредственно на толкатель клапана. Существует три варианта исполнения толкателей – механические (жесткие), гидротолкатели (гидрокомпенсаторы) и роликовые толкатели. Первый тип в современных моторах практически не используется, в связи с большой шумностью работы и необходимостью частой регулировки зазора клапанов. Второй тип наиболее широко применяется, так как не требует настройки и регулировки теплового зазора, а работа отличается мягкостью и гораздо меньшим шумом. Гидрокомпенсатор состоит из цилиндра, поршня с пружиной, обратного клапана и каналов для подвода масла. Работа гидрокомпенсатора основана на свойстве несжимаемости моторного масла, которое постоянно заполняет его внутреннюю полость и перемещает поршень при появлении зазора в приводе клапана.

Роликовые толкатели чаще всего применяются в спортивных и форсированных двигателях, так как позволяют улучшить динамические характеристики автомобиля за счет снижения трения. В месте контакта с кулачком распредвала у них находится ролик. Поэтому кулачок не трется, а катится по толкателю. Вследствие этого роликовые толкатели выдерживают более высокие нагрузки и обороты, а также позволяют обеспечить более высокий подъем клапанов. Недостатки – большая стоимость и вес, а, значит, и большие нагрузки на детали ГРМ.

Клапаны служат для периодического открытия и закрытия отверстий впускных и выпускных каналов. Клапан состоит из головки и стержня. Головка клапана имеет узкую, скошенную под определенным углом, фаску. Фаска клапана должна плотно прилегать к фаске седла. Для этой цели их взаимно притирают. Головки впускных и выпускных клапанов имеют неодинаковый диаметр. Для лучшего наполнения цилиндров свежей горючей смесью диаметр головки впускного клапана делают больше. Клапаны во время работы двигателя нагреваются неодинаково. Выпускные клапаны, контактирующие с отработанными газами, нагреваются больше. Поэтому их изготавливают из жароупорной стали.

Стержень клапана цилиндрической формы в верхней части имеет выточку для деталей крепления клапанной пружины. Стержень выпускного клапана — полый, с натриевым наполнением для лучшего охлаждения. Стержни клапанов помещают в направляющих втулках, изготовленных из чугуна или металлокерамики. Втулки запрессовывают в головку цилиндров.

Клапан прижимается к седлу при помощи цилиндрической стальной пружины. Кроме того, пружина не дает возможности клапану отрываться от коромысла. Пружина имеет переменный шаг витков, что необходимо для устранения ее вибрации. Другой вариант борьбы с вибрацией — установка двух пружин меньшей жесткости, имеющих противоположную навивку. Пружина одной стороной упирается в шайбу, расположенную на головке цилиндров, а другой – в упорную тарелку. Упорная тарелка удерживается на стержне клапана при помощи двух конических сухарей, внутренний буртик которых входит в выточку стержня клапана. Для уменьшения проникновения масла по стержням клапанов в камеру сгорания двигателя на стержни клапанов надеты маслоотражательные колпачки.

? Фазы газораспределения

В теории открытие и закрытие клапанов должно происходить в моменты прихода поршня в мертвые точки. Однако в связи инерционностью процесса, особенно при больших оборотах коленвала, этого периода времени недостаточно для впуска свежей смеси и выпуска отработанных газов. Поэтому впускной клапан открывается до прихода поршня в в.м.т. в конце такта выпуска, т.е. с опережением в пределах 9-24 градусов поворота коленчатого вала, а закрывается в начале такта сжатия, когда коленвал пройдет положение н.м.т на 51-64 градусов. Таким образом, продолжительность открытия впускного клапана составит 240-270 градусов поворота коленчатого вала, что значительно увеличивает количество поступаемой в цилиндры горючей смеси.

Выпускной клапан открывается за 44-57 градусов до прихода поршня в н.м.т. в конце рабочего хода и закрывается после прихода поршня в в.м.т. такта выпуска на 13-27 градусов. Продолжительность открытия выпускного клапана составляет 240-260 градусов поворота коленчатого вала.

В двигателе бывают моменты (в конце такта выпуска и начале такта впуска) когда оба клапаны открыты. В это время происходит продувка цилиндров свежим зарядом горючей смеси для лучшей их очистки от продуктов сгорания. Этот период носит название перекрытие клапанов.

Моменты открытия и закрытия клапанов относительно мертвых точек, выраженных в градусах поворота коленчатого вала, называются фазами газораспределения.

? Основные неисправности газораспределительного механизма

Внешними признаками неисправности ГРМ являются: уменьшение компрессии, хлопки во впускном и выпускном трубопроводах, падение мощности двигателя и металлические стуки.

Уменьшение компрессии, хлопки во впускном и выпускном трубопроводах, а также падение мощности двигателя возможно вследствие плохого прилегания клапанов к седлам. Плохое прилегание клапана к седлу происходит вследствие отложения нагара на клапанах и седлах, образования раковин на рабочих поверхностях, коробления головок клапанов, поломки клапанных пружин, заедания стержня клапана в направляющей втулке, а также отсутствия зазора между стержнем клапана и коромыслом (рычагом).

Падение мощности двигателя и резкие металлические стуки могут происходить вследствие неполного открытия клапанов. Эта неисправность возникает из-за большого теплового зазора между стержнем клапана и коромыслом (рычагом) или отказа гидрокомпенсаторов.

К неисправностям ГРМ также относят износ шестерен распредвала и коленвала, направляющих втулок клапанов, втулок и осей коромысел, а также увеличенное осевое смещение распредвала.

Спасибо,что прочитали статью до конца ?
Удачи на дорогах ?

Поделиться новостью с друзьями:

Похожее

Газораспределительный механизм (ГРМ) Назначение и характеристика

Устройство газораспределительного механизма

Детали газораспределительного механизма выполняют разные функции:

• Распределительный вал открывает и закрывает клапаны.
• Механизм привода приводит распределительный вал в движение с определенной скоростью.
• Клапаны закрывают и открывают впускные и выпускные каналы.

Главными частями ГРМ являются распределительный вал и клапаны. Кулачковый, или распределительный, вал представляет собой элемент, на котором располагаются кулачки. Он приводится в движение и вращается на подшипниках. В момент такта впуска или выпуска кулачки, расположенные на вале, при вращении надавливают на толкатели клапанов.

Располагается механизм ГРМ на головке блока цилиндров. В ГБЦ имеются распределительный вал и подшипники от него, коромысла, клапаны и толкатели клапанов. Верхняя часть головки закрыта клапанной крышкой, установка которой осуществляется с использованием специальной уплотнительной прокладки.

Функционирование газораспределительного механизма

Работа ГРМ полностью синхронна с зажиганием и топливным впрыском. Проще говоря, в момент нажатия педали газа открывается дроссельная заслонка, впускающая поток воздуха во впускной коллектор. В результате образуется топливно-воздушная смесь. После этого начинает работать газораспределительный механизм.

Клапаны приводятся в действие распределительным валом двигателя. Когда повышается частота вращения коленвала, начинает быстрее вращаться и распредвал, что и повышает частоту открытия и закрытия клапанов. В результате возрастают обороты двигателя и отдача от него.

Объединение коленчатого и распределительного валов дает возможность ДВС сжигать именно то количество воздушно-топливной смеси, которое необходимо для функционирования двигателя в том или ином режиме.

Характеристики ГРМ

1. Сопротивление впускного и выпускного трактов, ограничивающее быстроходность и снижающее наполнение на более высоких оборотах. Определяется пропускными сечениями клапанов и патрубков, шероховатостью каналов, их изгибом, настройкой (инерционный наддув). При росте сопротивления пики максимума наполнения сдвигаются в область меньшего числа оборотов, что ограничивает мощность ДВС^[2].
2. Настройки фаз газораспределения (углы опережения открытия впускных и выпускных клапанов/золотников, углы запаздывания закрытия). Эти настройки позволяют частично компенсировать сопротивление впускных и выпускных трактов, сместив максимум наполнения цилиндров от нулевой частоты вращения (при нулевых углах) до частоты, заданной конструктором. Обычно, максимум наполнения соответствует максимуму крутящего момента. На рисунке представлены кривые, соответствующие VVT (1), тихоходной настройке (2), настройке примерно на 0,5 максимальной частоты вращения (3), и скоростной настройке (4)^[3].
3. Возможность получения компактной камеры сгорания (минимальных размеров) и низкой температуры в районе догорания топливной смеси (искровые ДВС). Это позволяет иметь меньше всего газов в области гашения пламени (что снижает выбросы), и получить высокую степень сжатия без детонации.
4. Простота, дешевизна, надёжность, габариты и масса. Влияют на стоимость и надёжность всего двигателя. Этим характеристикам описанные ниже схемы отвечают в различной степени.

Классификация механизмов газораспределения производится в зависимости от того, каким образом в них осуществляется управление впуском и выпуском. Обычно выделяют четыре типа механизмов управления впуском и выпуском — поршневые, золотниковые, клапанные и гильзовые.

Газораспределительным называется механизм, осуществляющий открытие и закрытие впускных и выпускных клапанов двигателя.

Газораспределительный механизм (ГРМ) служит для своевременного впуска горючей смеси или воздуха в цилиндры двигателя и выпуска из цилиндров отработавших газов. В двигателях автомобилей применяются газораспределительные механизмы с верхним расположением клапанов.

Двигатели автомобилей могут иметь газораспределительные механизмы различных типов (рисунок 1), что зависит от компоновки двигателя и, главным образом, от взаимного расположения коленчатого вала, распределительного вала и впускных и выпускных клапанов. Число распределительных валов зависит от типа двигателя.

Рисунок 1 – Типы газораспределительных механизмов, классифицированных по различным признакам

При верхнем расположении распределительный вал устанавливается в головке цилиндров, где размещены клапаны. Открытие и закрытие клапанов производится непосредственно от распределительного вала через толкатели или рычаги привода клапанов. Привод распределительного вала осуществляется от коленчатого вала с помощью роликовой цепи или зубчатого ремня.

Верхнее расположение распределительного вала упрощает конструкцию двигателя, уменьшает массу и инерционные силы возвратно-поступательно движущихся деталей механизма и обеспечивает высокую надежность и бесшумность его работы про большой частоте вращения коленчатого вала двигателя.

Цепной и ременный приводы распределительного вала также обеспечивают бесшумную работу газораспределительного механизма.

При нижнем расположении распределительный вал устанавливается в блоке цилиндров рядом с коленчатым валом. Открытие и закрытие клапанов производится от распределительного вала через толкатели штанги и коромысла. Привод распределительного вала осуществляется с помощью шестерен от коленчатого вала.

При нижнем расположении распределительного вала усложняется конструкция газораспределительного механизма и двигателя. При этом возрастают инерционные силы возвратно-поступательно движущихся деталей газораспределительного механизма. Число распределительных валов в газораспределительном механизме и число клапанов на один цилиндр зависят от типа двигателя.

Так, при большем числе впускных и выпускных клапанов обеспечивается лучшие наполнение цилиндров горючей смесью и их очистка от отработавших газов. В результате двигатель может развивать большие мощность и крутящий момент. При нечетном числе клапанов на цилиндр число впускных клапанов на один клапан больше, чем выпускных.

Замена газораспределительного механизма

Шкив привода распределительного вала находится за пределами ГБЦ. Для того чтобы не происходили утечки масла, на шейке вала расположен сальник. Цепь ГРМ приводит весь механизм газораспределения в действие и надевается с одной стороны на ведомую звездочку или шкив, а с другой передает усилие от коленчатого вала.

От ременного привода клапанов зависит корректное и неизменное расположение коленчатого и распределительного валов относительно друг друга. Даже небольшие отклонения в положении могут стать причиной того, что ГРМ, двигатель выйдут из строя.

Наиболее надежной считается цепная передача, использующая ролик ГРМ, однако существуют некоторые проблемы с обеспечением необходимого уровня натяжения ремня. Главной проблемой, с которой сталкиваются водители и которая характерна для цепи механизма, становится ее обрыв, нередко являющийся причиной загиба клапанов.

К числу дополнительных элементов механизма можно отнести ролик ГРМ, используемый для натяжения ремня. К минусам цепного привода газораспределительного механизма, помимо риска обрыва, относят еще и высокий уровень шума во время работы и необходимость его смены каждые 50-60 тысяч километров пробега.

В зависимости от конструктивных особенностей двигателя автомобиля и газораспределительного механизма в частности количество приводов и их тип могут меняться.

• Цепной привод. Нескольким ранее данный привод был самым распространенным, однако и сейчас используется в ГРМ дизеля. При такой конструкции распределительный вал располагается в головке блока цилиндров, а в движение приводится посредством цепи, ведущей от шестерни. Минус такого привода – сложный процесс замены ремня, поскольку находится он внутри двигателя с целью обеспечения постоянной смазки.
• Шестеренчатый привод. Устанавливался на двигатели тракторов и некоторых автомобилей. Очень надежный, но при этом крайне сложен в обслуживании. Распределительный вал такого механизма находится ниже блока цилиндров, благодаря чему шестерня распредвала цепляется за шестерню коленчатого вала. Если привод ГРМ такого типа приходил в негодность, двигатель меняли практически полностью.
• Ременной привод. Самый популярный тип, устанавливается на бензиновые силовые агрегаты в легковых автомобилях.

Ременной привод получил свою популярность за счет своих преимуществ по сравнению с аналогичными видами приводов.

• Несмотря на то что производство таких конструкций сложнее, чем цепных, стоит она значительно дешевле.
• Не требует постоянной смазки, благодаря чему привод был вынесен на внешнюю сторону силового агрегата. Замена и диагностика ГРМ в результате этого значительно облегчились.
• Поскольку в ременном приводе металлические части не взаимодействуют друг с другом, как в цепном, то уровень шума в процессе его работы снизился в разы.

Несмотря на большое количество плюсов, есть у ременного привода и свои минусы. Срок эксплуатации ремня в несколько раз ниже, чем цепи, что становится причиной частой его замены. В случае обрыва ремня с большой вероятностью придется делать ремонт всего двигателя.

Полная замена ремня производится каждые 50-70 тысяч километров пробега автомобиля. Ее могут проводить и чаще в случае повреждения или появления следов расслоения и трещин.

В зависимости от типа ГРМ меняется и сложность процедуры замены ремня. На сегодняшний день в автомобилях используются два типа механизма газораспределения – с двумя (DOHC) или одним (SOHC) распределительными валами.

Для того чтобы провести замену ремня ГРМ типа SOHC, достаточно иметь под рукой новую деталь и набор отверток и ключей.

Сперва снимается защитный чехол с ремня. Крепится он либо на защелки, либо на болты. После снятия чехла открывается доступ к ремню.

Прежде чем ослаблять ремень, выставляются метки ГРМ на шестерне распредвала и коленвале. На коленчатом вале метки размещаются на маховике. Вал проворачивают до тех пор, пока метки ГРМ на корпусе и на маховике не совпадут друг с другом. Если все метки совпали друг с другом, приступают к ослаблению и снятию ремня.

Для того чтобы снять ремень с шестерни коленчатного вала, необходимо демонтировать шкив привода ГРМ. С этой целью автомобиль поднимается домкратом и с него снимается правое колесо что дает доступ к болту шкива. На некоторых из них находятся специальные отверстия, через которые можно зафиксировать коленвал.

Доступ к ремню ГРМ полностью открывается, и можно приступать к его снятию и замене. Новый одевается на шестерни коленвала, затем цепляется за водяной насос и одевается на шестерни распредвала. За натяжной ролик ремень заводят в самую последнюю очередь. После можно возвращать все элементы на место в обратном порядке. Останется только натянуть ремень при помощи натяжителя.

Прежде чем запускать двигатель, желательно провернуть несколько раз коленчатый вал. Делают это для проверки совпадения меток и после проворачивания вала. Только после этого запускается двигатель.

На автомобиле с системой DOHC ремень ГРМ заменяется немного по-другому. Сам принцип смены детали аналогичен вышеописанному, однако доступ к ней у таких машин сложнее, поскольку имеются закрепленные на болтах защитные чехлы.

В процессе совмещения меток стоит помнить о том, что распределительных валов в механизме два, соответственно, метки на обоих должны полностью совпасть.

У таких автомобилей, помимо направляющего ролика, имеется и опорный ролик. Однако, несмотря на наличие второго ролика, ремень заводится за направляющий ролик с натяжителем в самую последнюю очередь.

После того как новый ремень будет установлен, проверяется соответствие меток.

Одновременно с заменой ремня меняются и ролики, поскольку их срок эксплуатации совпадает. Также желательно проверить состояние подшипников жидкостного насоса, чтобы после проведения процедуры установки новых деталей ГРМ выход из строя помпы не стал неприятной неожиданностью.

С поршневым управлением газораспределения

Механизм газораспределения с поршневым управлением впуском и выпуском (он же — оконный газораспределительный механизм) применяется на двухтактных двигателях с кривошипно-камерной продувкой. В нём фазы газораспределения задаются за счёт осуществляемого непосредственно поршнем открытия и закрытия окон в стенке цилиндра.

Впускное окно обычно открывается при положении коленчатого вала, в котором поршень не доходит 40—60° до нижней мёртвой точки (по углу поворота коленвала), а закрывается спустя 40—60° после её прохождения, что даёт достаточно узкую фазу впуска — не более 130—140°.

На высокофорсированных спортивных моторах открытие впускного окна может производиться за 65—70° до НМТ, что расширяет фазу впуска, но при этом работа двигателя на малых и средних оборотах становится неустойчивой, значительно увеличивается непроизводительный расход топлива из-за обратного выброса топливной смеси в атмосферу.

Выпускное окно открывается примерно за 80-85° до достижения поршнем нижней мёртвой точки, а закрывается спустя 80-85° после её прохождения, что даёт длительность фазы выпуска около 160—165°. Фаза продувки имеет длительность около 110…125°.

Симметричность фаз газораспределения при поршневом управлении впуском и выпуском обусловлена тем, что взаимное расположение поршня и окон в стенке цилиндра одинаково как при ходе вверх, так и при ходе вниз. Это является недостатком, поскольку для оптимальной работы двигателя как минимум фаза впуска должна быть асимметрична, что при чистом поршневом управлении газораспределением недостижимо.

В двухтактных двигателях большого объёма (тепловозные, морские, авиационные, танковые) либо на один цилиндр два поршня, движущихся навстречу друг другу, один из которых открывает впускные окна, а второй — выпускные (прямоточная продувка), либо через окна в стенке цилиндра производится только впуск, а выпуск осуществляется с помощью клапана в головке цилиндров (клапанно-щелевая продувка), при этом также достигается более оптимальная продувка.

В роторно-поршневых двигателях также как правило используется управление газораспределением поршнем (ротором), играющим в данном случае роль золотника.[4]

Механизм газораспределения с поршневым управлением впуском и выпуском (он же — оконный газораспределительный механизм) применяется на двухтактных двигателях с кривошипно-камерной продувкой. В нём фазы газораспределения задаются за счёт осуществляемого непосредственно поршнем открытия и закрытия окон в стенке цилиндра.

В двухтактных двигателях большого объёма (тепловозные, морские, авиационные, танковые) либо на один цилиндр два поршня, движущихся навстречу друг другу, один из которых открывает впускные окна, а второй — выпускные (прямоточная продувка), либо через окна в стенке цилиндра производится только впуск, а выпуск осуществляется с помощью клапана в головке цилиндров (клапанно-щелевая продувка), при этом также достигается более оптимальная продувка.

В роторно-поршневых двигателях также как правило используется управление газораспределением поршнем (ротором), играющим в данном случае роль золотника.[4]

С клапанным управлением газораспределением

Управление газораспределением осуществляется при помощи тарельчатых клапанов, как правило имеющих привод от распределительного вала. Эта система наиболее распространена на современных четырёхтактных двигателях, а также мощных двухтактных (с клапанно-щелевой продувкой, имеются только выпускные клапана).

В данной конструкции ГРМ используется клапан, состоящий из тарелки (головки) и стержня (стебля), который служит для открытия и закрытия впускных и выпускных каналов. Главное преимущество тарельчатого клапана, позволившее ему достичь преимущественного распространения в данной области — простота обеспечения герметичности: под воздействием давления в камере сгорания его тарелка плотно прижимается к седлу, поэтому для исключения утечки газов вполне достаточно тщательно притереть эти детали друг к другу, причём усилие, создаваемое давлением в камере сгорания, направлено по оси стержня клапана и не мешает ему перемещаться вдоль направляющей.

При открытии клапана он смещается относительно седла на расстояние, называемое высотой подъёма клапана. При этом открывается определённое проходное сечение, определяемое величиной высоты подъёма, размерами и формой клапана. В большинстве случаев впускные клапана имеют большее проходное сечение, чем выпускные.

Ранее, примерно до 1950-х годов, клапаны обычно изготавливали из обычной углеродистой или низколегированной инструментальной стали (например, хромистой 40Х), однако по мере совершенствования двигателей и повышения их степени форсирования появилась необходимость применения как минимум для выпускных клапанов, температура которых может достигать 600—850 °С, специальных легированных жаростойких сталей, например сильхромовой (40Х10С2М / ЭИ107, 40Х9С2 / ЭСХ8), X45CrNiW189, X53CrMNi219, и т. п.

Впускные клапана обычно имеют температуру не выше 300—400 °С и выполняются из хромистой, хромованадиевой или хромоникелевой сталей. Иногда с целью удешевления из жаростойкой стали изготавливается только тарелка (головка) клапана, а стержень — из обычной инструментальной, также на тарелках выпускных клапанов иногда может производиться дополнительная наплавка слоя твёрдого жаростойкого сплава, повышающего срок службы клапана.

В двигателях с большой тепловой напряжённостью камеры сгорания могут применяться клапана с полыми стержнями, заполненными натрием — при работе двигателя натрий плавится и, испаряясь, улучшает теплоотвод от клапана. В последнее время могут использоваться клапана из титановых сплавов, сочетающие жаростойкость с лёгкостью, что позволяет уменьшить инерцию деталей ГРМ.

Тарелка (головка) клапана может иметь плоскую (Т-образную), выпуклую или тюльпанообразную (обтекаемую, с плавным переходом к стержню) форму. Клапана с выпуклой головкой иногда используются в качестве выпускных благодаря большой жёсткости и лучшей обтекаемости со стороны цилиндра, что особенно актуально в нижнеклапанном моторе.

Тюльпанообразные клапана ранее часто устанавливались на впуске при большом диаметре клапана, так как считалось, что обтекаемая форма головки снижает сопротивление потоку воздуха, но впоследствии, примерно с 1980-х годов, от их использования отказались, так как они не давали значительного эффекта, или даже при той же величине подъёма ухудшали наполнение цилиндров по сравнению с обычными, при большей сложности изготовления.

Головка клапана имеет коническую рабочую поверхность — запорную фаску, плотно притёртую к ответной фаске седла (гнезда) клапана. Фаска на головке клапана выполняется под углом 30° или 45°. Фаска в 45° даёт меньшее проходное сечение при том же подъёме, чем фаска в 30°, однако облегчает центровку клапана в седле и способствует повышению его жёсткости, поэтому 30-градусная фаска применяется ограниченно, обычно на впускных клапанах высокофорсированных и спортивных двигателей.

В некоторых случаях может применяться двойная фаска. Фаска подвергается шлифовке, а затем плотно притирается к седлу (гнезду). На нижнем (хвостовом) конце стержня клапана выполняются кольцевые проточки, предназначенные для крепления тарелок клапанных пружин, обычно осуществляемого при помощи конических сухарей (реже — поперечной шпилькой или на резьбе).

Иногда для повышения срока службы клапана тарелка клапанной пружины оснащается упорным подшипником, допускающим свободное вращение клапана вокруг своей оси при работе двигателя. Ранее на хвостовой части стержня клапана иногда также выполняли кольцевую выточку под предохранительное кольцо, не дающее клапану провалиться в цилиндр, если лопнет его пружина или произойдёт случайное выпадение сухарей при работе двигателя.[7][8]

Сёдла (гнёзда) клапанов выполняются либо непосредственно в материале блока цилиндров (у нижнеклапанных моторов) или головки цилиндров, либо в виде запрессованных в них отдельных деталей из легированного чугуна, бронзы или жаростойкой стали (только выпускных клапанов, либо и впускных, и выпускных), иногда с наплавкой износостойкого кобальтового сплава типа сормайт.

[7] Обычно седло имеет одну фаску с углом в 45°, или две фаски — верхнюю с углом в 30°, служащую переходом от основной фаски к стенке камеры сгорания, и основную в 45°. Иногда выполняется также нижняя фаска с углом порядка 60°, применение которой снижает сопротивление седла потоку воздуха.

Направляющие втулки клапанов служат для обеспечения их точной посадки в сёдла, изготавливаются из чугуна, алюминиевой бронзы или металлокерамических антифрикционных композиций (бронзографитовой и других). Для уменьшения расхода масла через зазор между направляющей клапана и его стержнем либо на сам стержень клапана одевается маслоотражательный колпачок из маслостойкой резины, либо на его направляющую устанавливается сальник с кольцевой пружинкой (маслосъёмный колпачок).[7][8]

Клапанные пружины обеспечивают закрытие клапана и его плотную посадку в седло, воспринимают усилия, возникающие при работе ГРМ. При сборке клапанного механизма пружина получает предварительную затяжку, величина которой является важным параметром, влияющим на качество работы двигателя.

Если пружина в засухаренном состоянии не развивает должного усилия, указанного в технической документации — возникают отставание («подвисание») и подскакивание клапана при его закрытии, нарушающие фазы газораспределения и ухудшающие наполнение цилиндров горючей смесью, из-за чего двигатель не будет развивать полной мощности и не обеспечит паспортных динамических характеристик автомобиля.

При полностью закрытом клапане остаточной силы пружины должно хватать для удержания контакта между кулачком распределительного вала и контактирующей с ним деталью ГРМ (толкателем, коромыслом, рокером), что позволяет сохранить заданную конструкторами продолжительность открытия клапана и устранить ударные нагрузки в приводе клапанов, быстро выводящие его из строя.

Как правило, клапанные пружины изготавливаются из легированной высокоуглеродистой стали (марганцовистой, кремнемарганцовистой, хромоникелеванадиевой) холодной навивкой с последующими термообработкой и дробеструйным наклёпом для повышения срока службы.

Иногда применяются по две пружины на клапан, расположенные одна внутри другой, причём наружная и внутренняя пружина имеют разное направление витков для предотвращения заклинивания внутренней пружины витками внешней. Применение таких сдвоенных пружин позволяет несколько уменьшить габариты узла за счёт меньшей общей высоты двух пружин по сравнению с одинарной при том же усилии, а также служит в качестве страховки на случай поломки одной из пружин, тем самым повышая надёжность и безотказность работы двигателя. Также иногда клапанная пружина может устанавливаться не на самом клапане, а в толкателе (пример — дизель ЯАЗ-204).[7]

В очень редких случаях вместо винтовых клапанных пружин могут применяться торсионные в виде работающих на скручивание стержней (некоторые моторы фирмы Panhard, также некоторые мотоциклетные двигатели Honda), плоские, спиральные или витые шпилечные пружины (некоторые мотоциклетные двигатели)[источник не указан 29 дней].

В большинстве случаев в клапанном механизме для управления клапанами используется выполненный из чугуна или легированной стали кулачковый распределительный вал, имеющий опорные шейки, служащие для установки вала в подшипниках его постели, и кулачки с различным профилем, определяющим фазы газораспределения двигателя.

Обычно на один цилиндр приходится по два кулачка распределительного вала (один впускной и один выпускной), однако встречаются и иные варианты. Кроме того, распределительных валов может быть более одного. Привод распределительного вала осуществляется от коленчатого вала двигателя, причём у четырёхтактных моторов его частота обращения равна половине частоты обращения коленчатого вала, а у двухтактных — равна ей.

С золотниковым управлением газораспределением

В двухтактных двигателях

Золотниковое газораспределение было применено ещё на двухтактном газовом двигателе Ленуара, считающемся первым в мире коммерчески успешным двигателем внутреннего сгорания (1859 год). Его газораспределительный механизм с двумя коробчатыми золотниками был полностью скопирован с парораспределительного механизма паровых машин, причём при помощи золотников осуществлялся как впуск газовоздушной рабочей смеси, так и выпуск отработанных газов.

Применение золотникового газораспределения на лёгких двухтактных двигателях современного типа (с кривошипно-камерной продувкой) прослеживается как минимум с 1920-х годов, однако по-настоящему удачная реализация этого принципа была осуществлена лишь в начале 1950-х годов восточногерманским инженером Даниэлем Циммерманом на спортивно-гоночных мотоциклах MZ, а затем в 1960-х — 70-х годах схожие решения стали появляться и на некоторых серийных мотоциклах марок Jawa, Yamaha, Suzuki, Kawasaki и других.

На двухтактных моторах с золотниковым управлением газораспределением для управления впуском используется золотник с приводом от коленчатого вала — вращающийся дискового или цилиндрического (кранового) типа либо имеющий возвратно-поступательное движение пластинчатого типа.

Золотник тем или иным образом осуществляет открывание и закрывание впускного канала двигателя, управляя тем самым длительностью впуска. Благодаря этому удаётся сделать фазу впуска асимметричной относительно НМТ (как правило, начинается за 130—140° до НМТ и заканчивается за 40—50° после) и увеличить её длительность до 180—200°, тем самым улучшив наполнение цилиндра.

Некоторые варианты реализации золотникового управления газораспределением позволяют даже изменять фазы газораспределения непосредственно во время работы двигателя. Выпуском как правило продолжает управлять поршень, открывающий выпускное окно (окна).

С аналогичной целью во впускном тракте двигателя может устанавливаться автоматически срабатывающий на перепад давления клапан лепесткового или мембранного типа (Yamaha и др.).

В начале 1950-х годов на пермском моторостроительном заводе № 19 под руководством В. В. Полякова были разработаны и выпущены небольшой серией двухтактные пятицилиндровые звездообразные авиамоторы ВП-760, ВП-1300 и ВП-2650 с газораспределением установленным в картере вращающимся золотником и продувкой двухступенчатыми поршнями в форме перевёрнутой буквы Т (узкая часть рабочая, широкая — нагнетательная), которые предназначались для применения в легкомоторной авиации.[5][6]

Опыты с газораспределением вращающимся золотником велись в начале 1990-х годов фирмой Lotus применительно к двухтактному автомобильному двигателю с продувкой от приводного компрессора, причём, в отличие от обычного двухтактного двигателя с клапанно-щелевой продувкой, свежий воздух подавался в верхнюю часть цилиндра через золотник, а отработавшие газы удалялись через окна в нижней части цилиндра (у обычного двигателя с клапанно-щелевой продувкой воздух подаётся через окна в средней части цилиндра, а газы удаляются через клапан в головке блока).

Золотник имел вид постоянно вращающегося вокруг своей оси полого цилиндра — ротора — с окнами в стенках, внутри которого располагался также имевший вид полого цилиндра статор с продольной перегородкой, поворот которого относительно ротора, осуществляемый электронной системой, управлял фазами газораспределения.

Такое устройство газораспределения позволило вместо обычно используемого на дизелях с клапанно-щелевой продувкой непосредственного впрыска использовать более дешёвый вариант системы питания, с форсункой низкого давления, распыляющей топливо внутрь золотника, откуда рабочая смесь вдувалась внутрь цилиндра через впускное окно.

В четырёхтактных двигателях

Золотниковое газораспределение с коробчатыми, поршневыми или вращающимися (крановыми) золотниками, так или иначе связанными с распределительным валом и осуществляющими открытие и закрытие впускных и выпускных окон, использовалось на некоторых четырёхтактных двигателях, но не получило широкого распространения из-за целого ряда трудностей на пути практической реализации данного принципа, в частности — проблемы с уплотнением золотников, особенно работающего на выпуск и в силу этого находящегося под большим давлением горячих отработанных газов.

Газораспределение коробчатым золотником, аналогичным золотникам паровых машин, было применено ещё на первом в мире четырёхтактном двигателе внутреннего сгорания, сконструированном Н. Отто (1861 год), и достаточно широко использовалось на тихоходных стационарных двигателях XIX — самого начала XX века.

Управление газораспределением имеющими возвратно-поступательное движение поршневыми золотниками является фактически стандартным на паровых машинах и мощных поршневых насосах, некоторые конструкторы пытались приспособить его и к двигателю внутреннего сгорания, однако без большого успеха — перемещение золотника оказывалось весьма затруднено из-за большого давления газов, создававшего огромную силу трения между золотником и стенками золотниковой коробки, не говоря уже о проблемах с прорывом газов через уплотнения.

Несколько больший успех выпал на долю газораспределительных механизмов с вращающимся (крановым) золотником. Этот вариант газораспределения привлекал конструкторов благодаря бесшумности работы по сравнению с обычными тарельчатыми клапанами (стук которых при работе ГРМ был большой проблемой для двигателей начала XX века), возможности получить потенциально более высокую пропускную способность по сравнению с клапанным газораспределением и упростить ГРМ за счёт использования одного золотника на цилиндр, работающего и на впуск, и на выпуск, или даже одного на каждую пару цилиндров, а также устранить из камеры сгорания один из наиболее опасных очагов детонации — выпускной клапан (что, опять же, было весьма актуально в начале XX века, когда доступное топливо имело очень низкое октановое число).

Первый патент на газораспределение вращающимся золотником был получен британской фирмой Crossley в середине 1880-х годов. Основанные на нём тихоходные газовые двигатели пользовались популярностью в качестве стационарных и выпускались этой фирмой с 1886 по 1902 год.

Пик популярности данной конструкции в автомобильных двигателях пришёлся на начало 1910-х годов, когда, следуя последней моде, свои варианты золотникового газораспределения представил целый ряд фирм, выпускавших дорогостоящие автомобили, таких, как Itala (Италия, 1911), Darraq (Франция, 1912), впоследствии Minerva (Бельгия, 1925).

Сравнительно удачные конструкции двигателей с газораспределением коническим вращающимся золотником создавались британцами Р. Кроссом и Ф. Аспином в 1930-х — 1950-х годах, находили применение на гоночных автомобилях, однако в массовое производство так и не попали, в том числе — из-за нерешённых проблем с уплотнением и смазкой золотника.

В те же годы экспериментировал с золотниковым газораспределением германский инженер Ф. Ванкель в сотрудничестве с фирмами BMW, DVL, Daimler-Benz, Lilienthal и Junkers, однако, не добившись решительного успеха, он переключился на работу над проектом роторно-поршневого двигателя, в чём весьма преуспел.

В 1950-х годах в СССР были построены опытные двигатели с золотниковым газораспределением на базе серийных моторов «Москвич-400» (4-цил.) и ЗИС-120 (6-цил.), имевшие крановые золотники, установленные в головке блока и вращающиеся вокруг оси, параллельной оси коленчатого вала.

По сравнению с нижнеклапанными, двигатели с золотниковым газораспределением имели лучшую наполняемость цилиндров и, соответственно, более высокую удельную мощность — например, на двигателе «Москвича» прибавка в мощности по сравнению с серийным составила 8 %.

Однако при этом ощутимо увеличивался расход масла из-за проблем с уплотнением золотника, двигатель работал с заметным дымлением. Кроме того, в конце такта сжатия и во время рабочего хода поршня золотник испытывал большое трение из-за давления на него уплотняющего башмака, находящегося под давлением выхлопных газов, что значительно повышало потери на трение, а на шестицилиндровом двигателе даже привело к обрыву трёхрядной цепи привода ГРМ в ходе испытаний. Обеспечить требуемый моторесурс двигателям с золотниковым газораспределением так и не удалось.[4]

Примерно тогда же британская фирма Norton выпустила некоторое количество гоночных мотоциклов с золотниковым газораспределением, но в 1954 году полностью прекратила работы в этом направлении.

Необычный автомобильный двигатель с Х-образным расположением цилиндров и газораспределением вращающимися золотниками разработала в середине 1970-х годов компания Esso, которая привлекла к работам Р. Кросса, однако двигатель не показал значительных преимуществ перед традиционными[источник не указан 29 дней].

Разновидностью золотникового иногда считают гильзовое газораспределение, рассмотренное отдельно ниже по тексту.

Золотниковое газораспределение было применено ещё на двухтактном газовом двигателе Ленуара, считающемся первым в мире коммерчески успешным двигателем внутреннего сгорания (1859 год). Его газораспределительный механизм с двумя коробчатыми золотниками был полностью скопирован с парораспределительного механизма паровых машин, причём при помощи золотников осуществлялся как впуск газовоздушной рабочей смеси, так и выпуск отработанных газов.

Управление этапами газораспределения

Современные модели двигателей претерпели значительные изменения, получив новые управляющие системы, в основе которых лежат микропроцессоры – так называемые ЭБУ. В сфере моторостроения основной задачей стало не только увеличение мощности, но и экономичность выпускаемых силовых агрегатов.

Повысить эксплуатационные показатели двигателей, снизив при этом расход топлива, удалось только с использованием систем контроля ГРМ. Двигатель с такими системами не только потребляет меньше топлива, но и не теряет в мощности, благодаря чему их стали использовать повсеместно при производстве автомобилей.

Принцип работы таких систем заключается в том, что они контролируют скорость вращения распределительного вала ГРМ. По сути, клапаны открываются немного раньше за счет того, что распредвал проворачивается в направлении вращения. Собственно, в современных двигателях распределительный вал больше не вращается относительно коленчатого вала с неизменной скоростью.

Основной задачей остается максимально эффективное наполнение цилиндров двигателя в зависимости от выбранного режима его работы. Такие системы отслеживают состояние двигателя и корректируют подачу топливной смеси: к примеру, при холостом ходе ее объемы сводятся практически к минимуму, поскольку топливо в больших количествах не требуется.

Последствия обрыва или ослабления ремня ГРМ

В случае если цепь ГРМ рвется, повышается уровень шума во время работы двигателя. В целом такая неприятность не становится причиной чего-то невыполнимого в плане ремонта, в отличие от ремня газораспределительного механизма. При ослаблении ремня и его перескакивании через один зуб шестерни происходит небольшое нарушение нормального функционирования всех систем и механизмов.

Самый безобидный вариант – это столкновение поршня и клапана. Силы удара будет достаточно для изгиба клапана. Иногда ее хватает для изгиба шатуна или полного разрушения поршня.

Одной из самых серьезных поломок автомобиля является обрыв ремня ГРМ. Двигатель в таком случае придется либо подвергать капитальному ремонту, либо полностью менять.

Обслуживание ремня ГРМ

Уровень натяжения ремня и его общее состояние – один из самых часто проверяемых при техническом обслуживании автомобиля факторов. Периодичность проверки зависит от конкретной марки и модели машины. Процедура контроля натяжения ремня ГРМ: двигатель осматривается, снимается защитный чехол с ремня, после чего последний проверяется на скручивание.

При техобслуживании автомобиля визуальный осмотр ремня доступен даже неопытным автолюбителям. Труднее определить растяжение цепного привода. Если на ремне видны трещины, значительные потертости, нитки корда, замена детали обязательна. Проверить натяжение ремня можно поворотом плоскости пальцами на 90 градусов.

Опытные владельцы машин, обладающие опытом ремонта, проводят замену ремня самостоятельно. Тонкими моментами операции становится совмещение меток шестерней валов (коленчатого, распределительного) с прорезями кожуха привода, определение пригодности натяжных роликов к дальнейшей эксплуатации, правильная регулировка натяжения.

При выборе зубчатого ремня для замены, кроме соответствия размеров, нужно обращать внимание на материал привода. Лучшими считаются ремни из композитных материалов (тяговый слой из арамида, полиэстера, полиамида, наружное покрытие бутадиен-нитрильным каучуком). Такие производители зубчатых ремней как ContiTech, «Бош», Dayco, Habasit гарантируют для своей продукции:

• износостойкость;
• малую шумность;
• высокие показатели эластичности, прочности на разрыв;
• способность работать при повреждениях (незначительных трещинах, потертостях).

Операции измерения теплового зазора, диагностику направляющих втулок (определение зазора между клапанами и втулками) нужно доверить специалистам. Для этого требуется разборка ГРМ, использование специальных измерителей. Обращения в автосервис не избежать при сбоях фаз газораспределения (требующих регулировки), текущих ремонтах седел клапанов, заменах распределительных шестерен, направляющих втулок.

Основные работы:

• проверка стабильности состояния и подтягивание креплений (крепежные работы) опоры двигателя к раме, головки цилиндров и поддона картера к блоку, фланцев впускного и выпускного трубопроводов и других соединений;
• проверка технического состояния или работоспособности (контрольные работы) кривошипно-шатунного и распределительного механизмов;
• регулировочные работы и смазка.

Крепежные работы

Для предотвращения пропуска газов и охлаждающей жидкости через прокладку головки цилиндров необходимо периодически проверять крепление головки ключом с динамометрической рукояткой с определенным усилием и последовательностью. Момент затяжки и последовательность подтягивания гаек устанавливают автомобильные заводы.

Чугунную головку цилиндров крепят, когда двигатель находится в нагретом состоянии, а головку из алюминиевого сплава – в холодном.

Необходимость подтягивания крепления головок из алюминиевого сплава в холодном состоянии объясняется неодинаковым коэффициентом линейного расширения материала болтов и шпилек (сталь) и материала головки (алюминиевый сплав). Поэтому подтягивание гаек на горячем двигателе не обеспечивает после его остывания необходимой плотности прилегания головки цилиндров к блоку.

Затяжку болтов крепления поддона картера во избежание деформации картера, нарушения герметичности проверяют также с соблюдением последовательности, т.е. поочередным подтягиванием диаметрально противоположных болтов.

Контроль состояния КШМ и ГРМ

Техническое состояние этих механизмов можно определять:

• по расходу (угару) масла в эксплуатации и падению давления в системе смазки;
• по изменению давления (компрессии) в цилиндрах двигателя в конце хода сжатия;
• по разрежению во впускном трубопроводе;
• по количеству газов, прорывающихся в картер двигателя;
• по утечке газов (воздуха) из цилиндров;
• наличию стуков в двигателе.

Угар масла в малоизношенном двигателе незначителен и может составлять 0,1-0,25 л/100 км пробега. При значительном общем износе двигателя угар может достигать 1л/100 км и более, что обычно сопровождается сильным дымлением.

Давление в масляной системе двигателя должно быть в пределах, установленных для данного типа двигателя и применяемого сорта масла. Снижение давления масла на малых оборотах коленчатого вала прогретого двигателя указывает на наличие недопустимых износов подшипников двигателя или неисправности в системе смазки.

Падение давления масла по манометру до 0 указывает на неисправность манометра или редукционного клапана.

Повышенное давление в системе смазки может возникнуть в результате большой вязкости или засорения масляной магистрали.

Компрессия служит показателем герметичности цилиндров двигателя и характеризует состояние цилиндров, поршней и клапанов. Герметичность цилиндров может быть определена компрессометром.

Компрессию проверяют после предварительного прогрева двигателя до 70-80 ºС при вывернутых свечах. Установив резиновый наконечник компрессометра в отверстие свечи, провертывают стартером коленчатый вал двигателя на 10-12 оборотов и записывают показания компрессометра. Проверку повторяют 2-3 раза для каждого цилиндра.

Если величина компрессии на 30-40 % ниже нормы, это указывает на наличие неисправностей (поломку или пригорание поршневых колец, негерметичность клапанов или повреждение прокладки головки цилиндров).

Разрежение во впускном трубопроводе двигателя замеряют вакуумметром. Величина разрежения у работающего на установившемся режиме двигателей может изменяться не только от изношенности цилиндро-поршневой группы, но и от состояния деталей газораспределения, установки зажигания и регулировки карбюратора.

Таким образом, данный метод контроля является общим и не позволяет выделить ту или иную неисправность по одному показателю.

Количество газов, прорывающихся в картер двигателя, изменяется в результате неплотности сопряжений цилиндр-поршень-поршневое кольцо, увеличивающейся по мере изнашивания указанных деталей. Количество прорывающихся газов замеряют при полной нагрузке двигателя.

Источник информации Сайт:      http://autonotes.info/grm-gazoraspredelitelnyj-mexanizm/

Газораспределительный механизм (ГРМ) — назначение, конструкция и устройство, принцип работы, типы газораспределительных механизмов

Назначение и характеристика

Газораспределительным называется механизм, осуществляющий открытие и закрытие впускных и выпускных клапанов двигателя.

Газораспределительный механизм (ГРМ) служит для своевременного впуска горючей смеси или воздуха в цилиндры двигателя и выпуска из цилиндров отработавших газов. В двигателях автомобилей применяются газораспределительные механизмы с верхним расположением клапанов. Верхнее расположение клапанов позволяет увеличить степень сжатия двигателя, улучшить наполнение цилиндров горючей смесью или воздухом и упростить техническое обслуживание двигателя в эксплуатации. Двигатели автомобилей могут иметь газораспределительные механизмы различных типов (рисунок 1), что зависит от компоновки двигателя и, главным образом, от взаимного расположения коленчатого вала, распределительного вала и впускных и выпускных клапанов. Число распределительных валов зависит от типа двигателя.

Рисунок 1 – Типы газораспределительных механизмов, классифицированных по различным признакам

При верхнем расположении распределительный вал устанавливается в головке цилиндров, где размещены клапаны. Открытие и закрытие клапанов производится непосредственно от распределительного вала через толкатели или рычаги привода клапанов. Привод распределительного вала осуществляется от коленчатого вала с помощью роликовой цепи или зубчатого ремня.

Верхнее расположение распределительного вала упрощает конструкцию двигателя, уменьшает массу и инерционные силы возвратно-поступательно движущихся деталей механизма и обеспечивает высокую надежность и бесшумность его работы про большой частоте вращения коленчатого вала двигателя.

Цепной и ременный приводы распределительного вала также обеспечивают бесшумную работу газораспределительного механизма.

При нижнем расположении распределительный вал устанавливается в блоке цилиндров рядом с коленчатым валом. Открытие и закрытие клапанов производится от распределительного вала через толкатели штанги и коромысла. Привод распределительного вала осуществляется с помощью шестерен от коленчатого вала. При нижнем расположении распределительного вала усложняется конструкция газораспределительного механизма и двигателя. При этом возрастают инерционные силы возвратно-поступательно движущихся деталей газораспределительного механизма. Число распределительных валов в газораспределительном механизме и число клапанов на один цилиндр зависят от типа двигателя. Так, при большем числе впускных и выпускных клапанов обеспечивается лучшие наполнение цилиндров горючей смесью и их очистка от отработавших газов. В результате двигатель может развивать большие мощность и крутящий момент. При нечетном числе клапанов на цилиндр число впускных клапанов на один клапан больше, чем выпускных.

Конструкция и работа газораспределительного механизма

Газораспределительные механизмы независимо от расположения распределительных валов в двигателе включают в себя клапанную группу, передаточные детали и распределительные валы с приводом.

В клапанную группу входят впускные и выпускные клапаны, направляющие втулки клапанов и пружины клапанов с деталями крепления.

Передаточными деталями являются толкатели, направляющие втулки толкателей, штанги толкателей, коромысла, ось коромысел, рычаги привода клапанов, регулировочные шайбы и регулировочные болты. Однако при верхнем расположении распределительного вала толкатели, направляющие втулки и штанги толкателей, коромысла и ось коромысел обычно отсутствуют.

На рисунке 2 представлен газораспределительный механизм двигателя с верхним расположением клапанов, с верхним расположением распределительного вала с цепным приводом и с двумя клапанами на цилиндр. Он состоит из распределительного вала 14 с корпусом 13 подшипников, привода распределительного вала, рычагов 11 привода клапанов, опорных регулировочных болтов 18 клапанов 1 и 22, направляющих втулок 4, пружин 7 и 8 клапанов с деталями крепления.

Рисунок 2 – Газораспределительный механизм легкового автомобиля с цепным приводом

1, 22 – клапаны; 2 – головка; 3 – стержень; 4, 20 – втулки; 5 – колпачок; 6 – шайбы; 7, 8, 17 – пружины; 9 – тарелка; 10 – сухарь; 11 – рычаг; 12 – фланец; 13 – корпус; 14 – распределительный вал; 15 – шейка; 16 – кулачок; 18 – болт; 19 – гайка; 21 – пластина; 23 – кольцо; 24, 27, 28 – звездочки; 25 – цепь; 26 – успокоитель; 29 – палец; 30 – башмак; 31 – натяжное устройство

Распределительный вал обеспечивает своевременное открытие и закрытие клапанов. Распределительный вал – пятиопорный, отлит из чугуна. Он имеет опорные шейки 15 и кулачки 16 (впускные и выпускные). Внутри вала проходит канал, через который подводится масло от средней опорной шейки к другим шейкам и кулачкам. К переднему торцу вала крепится ведомая звездочка 24 цепного привода. Вал устанавливается в специальном корпусе 13 подшипников, отлитом из алюминиевого сплава, который закреплен на верхней плоскости головки блока цилиндров. От осевых перемещений распределительный вал фиксируется упорным фланцем 12, который входит в канавку передней опорной шейки вала и прикрепляется к торцу корпуса подшипников.

Привод распределительного вала осуществляется через установленную на нем ведомую звездочку 24 двухрядной роликовой цепью 25 от ведущей звездочки 28 коленчатого вала. Этой цепью также вращается звездочка 27 вала привода масляного насоса. Привод распределительного вала имеет полуавтоматический натяжной механизм, состоящий из башмака и натяжного устройства. Цепь натягивается башмаком 30, на который воздействуют пружины натяжного устройства 31. Для гашения колебаний ведущей ветви цепи служит успокоитель 26. Башмак и успокоитель имеют стальной каркас с привулканизированным слоем резины. Ограничительный палец 29 предотвращает спадание цепи при снятии на автомобиле ведомой звездочки распределительного вала.

Клапаны открывают и закрывают впускные и выпускные каналы. Клапаны установлены в головке блока цилиндров в один ряд под углом к вертикальной оси цилиндров двигателя. Впускной клапан 1 для лучшего наполнения цилиндров горючей смесью имеет головку большего диаметра, чем выпускной клапан. Он изготовлен из специальной хромистой стали, обладающей высокой износостойкостью и теплопроводностью. Выпускной клапан 22 работает в более тяжелых температурных условиях, чем впускной. Он выполнен составным. Его головку делают из жаропрочной хромистой стали, а стержень – из специальной хромистой стали.

Каждый клапан состоит из головки 2 и стержня 3. Головка имеет конусную поверхность (фаску), которой клапан при закрытии плотно прилегает к седлу из специального чугуна, установленному в головке блока цилиндров и имеющему также конусную поверхность.

Стержень клапана перемещается в чугунной направляющей втулке 4, запрессованной и фиксируемой стопорным кольцом 23 в головке блока цилиндров, обеспечивающей точную посадку клапана. На втулку надевается маслоотражательный колпачок 5 из маслостойкой резины. Клапан имеет две цилиндрические пружины: наружную 8 и внутреннюю 7. Пружины крепятся на стержне клапана с помощью шайб 6, тарелки 9 и разрезного сухаря 10. Клапан приводится в действие от кулачка распределительного вала стальным кованным рычагом 11, который опирается одним концом на регулировочный болт 18, а другим – на стержень клапана. Регулировочный болт имеет сферическую головку. Он ввертывается в резьбовую втулку 20, закрепленную в головке блока цилиндров и застопоренную пластиной 21, и фиксируется гайкой 19. Регулировочным болтом устанавливается необходимый зазор между кулачком распределительного вала и рычагом привода клапана, равный 0,15 мм на холодном двигателе и 0,2 мм на горячем двигателе (прогретом до 75…85 °C). Пружина 17 создает постоянный контакт между концом рычага привода и стержнем клапана.

Принцип работы

Газораспределительный механизм (ГРМ) работает следующим образом. При вращении распределительного вала его кулачки в соответствии с порядком работы цилиндров двигателя поочередно набегают на рычаги 11. Рычаги, поворачиваясь одним концом на сферических головках регулировочных болтов 18, другим концом воздействуют на стержни клапанов, преодолевают сопротивление пружин 7, 8 и открывают клапаны. При дальнейшем повороте распределительного вала кулачки сходят с рычагов, которые возвращаются в исходное положение под действием пружин 17, а клапаны закрываются под действием пружин 7 и 8.

При работе двигателя распределительный вал вращается в два раза медленнее, чем коленчатый вал. Это связано с тем, что за период рабочего цикла двигателя, протекающего за два оборота коленчатого вала, впускной и выпускной клапаны каждого цилиндра должны открываться по одному разу.

Нормальная работа газораспределительного механизма (ГРМ) во многом зависит от теплового зазора между кулачками распределительного вала и рычагами привода клапанов. Этот зазор обеспечивает плотное закрытие клапанов при их удлинении в результате нагрева во время работы. При недостаточном тепловом зазоре или его отсутствии происходит неполное закрытие клапанов, что приводит к утечке газов, быстрому обгоранию фасок головок клапанов и снижению мощности двигателя.

Привод распределительного вала

Особенностью привода распределительного вала (рисунок 3) является применение ременной передачи. Привод распределительного вала осуществляется через установленный на нем зубчатый шкив 4 ремнем 5 от зубчатого шкива 1 коленчатого вала. С помощью этого ремня также вращается зубчатый шкив 8 вала привода масляного насоса.

Рисунок 3 – Ременный привод распределительного вала

1, 4, 8 – шкивы; 2 – болты; 3 – ролик; 5 – ремень; 6 – кронштейн; 7 – пружина

Ремень – зубчатый, изготовлен из резины, армированной стекловолокном. Зубья ремня имеют трапециевидную форму. Ремень натягивается с помощью натяжного ролика 3, закрепленного на кронштейне 6. Натяжение ремня регулируют пружиной 7 на неработающем двигателе при ослабленных болтах 2 крепления кронштейна натяжного ролика. Привод распределительного вала работает без смазки и снаружи закрыт тремя пластмассовыми крышками.

Газораспределительный механизм двигателя, представленный на рисунке 4, состоит из распределительного вала 2 с двумя корпусами 1 подшипников, привода распределительного вала, толкателей 4, регулировочных шайб 3, направляющих втулок 6, клапанов 7, пружин 5 клапанов с деталями крепления.

Рисунок 4 – Газораспределительный механизм (а) с верхним расположением распределительного вала и его привод (б):

1 – корпус; 2 – распределительный вал; 3 – шайба; 4 – толкатель; 5 – пружина; 6 – втулка; 7 – клапан; 8, 9, 11 – шкивы; 10 – ролик; 12 – ремень; 13 – ось

Распределительный вал чугунный, литой, пятиопорный. В задней части вала 2 находится эксцентрик для привода топливного насоса. Корпуса 1 подшипников распределительного вала отлиты из алюминиевого сплава. В них находятся верхние половины опор под шейки распределительного вала: две в переднем корпусе и три в заднем. Толкатели 4 клапанов – стальные, цилиндрические, передают усилия от кулачков распределительного вала на клапаны. В верхней части толкателей имеется гнездо для установки регулировочной шайбы. Регулировочные шайбы 3 – плоские, стальные, толщиной 3,00…4,25 мм с интервалом через каждые 0,05 мм. Подбором толщины этих шайб регулируется тепловой зазор между шайбой и кулачком распределительного вала. Клапаны 7 (впускной, выпускной) отличаются по конструкции и изготовлены из разных сталей. Впускной клапан имеет головку большего диаметра, чем выпускной. Он выполнен из хромоникельмолибденовой стали. Выпускной клапан – составной, сварен из двух частей. Головка клапана изготавливается из жаропрочной хромоникельмарганцовистой стали, а стержень – из хромоникельмолибденовой стали. Направляющие втулки 6 клапанов – чугунные, запрессовываются и фиксируются стопорными кольцами в головке блока цилиндров.

Пружины 5 (наружная, внутренняя) прижимают клапан к седлу и не дают ему отрываться от толкателя. Они также исключают возникновение резонансных колебаний деталей.

Привод распределительного вала производится через установленный на нем зубчатый шкив 11 ремнем 12 от зубчатого шкива 8 коленчатого вала. Этим же ремнем вращается зубчатый шкив 9 насоса охлаждающей жидкости. Ремень – зубчатый, резиновый, армирован стекловолокном. Зубья ремня имеют полукруглую форму. Ремень натягивается роликом 10, который вращается на эксцентриковой оси 13, установленной на шпильке, закрепленной в головке блока цилиндров. При повороте эксцентриковой оси относительно шпильки изменяется натяжение ремня. Привод распределительного вала работает без смазочного материала. Он закрыт двумя крышками – передней пластмассовой и задней стальной.

При вращении распределительного вала его кулачок набегает на шайбу 3 и толкатель 4. Толкатель действует на стержень клапана 7, преодолевает сопротивление пружин 5 и открывает клапан. При дальнейшем повороте кулачок сходит с толкателя, который возвращается в исходное положение под действием пружин 5, закрывающих клапан.

Газораспределительный механизм с нижним расположением распределительного вала

На рисунке 5 показан газораспределительный механизм двигателя с нижним расположением распределительного вала. Газораспределительный механизм верхнеклапанный, с шестеренным приводом и двумя клапанами на цилиндр.

Рисунок 5 – Газораспределительный механизм с нижним расположением распределительного вала

1 – распределительный вал; 2 – клапан; 3, 20 – втулки; 4 – пружина; 5 – коромысло; 6 – ось; 7 – винт; 8 – штанга; 9 – толкатель; 10, 11, 12 – шестерни; 13 – шейка; 14 – эксцентрик; 15 – кулачок; 16 – сухарь; 17, 19 – шайбы; 18 – колпачок

Механизм включает в себя распределительный вал 1, привод распределительного вала, толкатели 9, штанги 8 толкателей, регулировочные винты 7, ось 6 коромысел, коромысла 5, клапаны 2, направляющие втулки 3 клапанов и пружины 4 с деталями крепления.

Распределительный вал – стальной, кованый, имеет пять опорных шеек 13, кулачки 15 (впускные и выпускные), шестерню 12 привода масляного насоса и распределители зажигания, а также эксцентрик 14 привода топливного насоса. Вал установлен в блоке цилиндров двигателя на запрессованных биметаллических втулках, изготовленных из стали и покрытых изнутри слоем свинцовистого баббита.

Привод распределительного вала осуществляется через прикрепленную к его переднему концу ведомую шестерню 10, изготовленную из текстолита. Она находится в зацеплении с ведущей стальной шестерней 11, установленной на коленчатом валу. Обе шестерни выполнены косозубыми для уменьшения шума и обеспечения плавной работы. Передаточное отношение шестеренного привода – отношение числа зубьев ведущей шестерни к числу зубьев ведомой шестерни – равно 1:2, т.е. ведомая шестерня 10 имеет в два раза больше зубьев, чем ведущая шестерня 11. Это необходимо для того, чтобы за два оборота коленчатого вала распределительный вал совершал один оборот, обеспечивая за полный цикл двигателя открытие впускного и выпускного клапанов каждого цилиндра по одному разу.

Толкатели 9 служат для передачи усилия от кулачков распределительного вала к штангам 8. Они изготовлены из стали, и их торцы, соприкасающиеся с кулачками, выполнены сферическими и наплавлены отбеленным чугуном для уменьшения изнашивания. Внутри толкатели имеют сферические углубления для установки штанг. Толкатели перемещаются в направляющих отверстиях блока цилиндров.

Штанги 8 передают усилие от толкателей к коромыслам 5. Они изготовлены из алюминиевого сплава, и на их концы напрессованы стальные наконечники.

Коромысла 5 предназначены для передачи усилия от штанг к клапанам. Коромысла стальные, имеют неравные плечи для уменьшения высоты подъема толкателей и штанг, в их короткие плечи ввернуты винты 7 для регулирования теплового зазора. Коромысла установлены на втулках на полой оси 6, закрепленной в головке цилиндров.

Клапаны 2 изготовлены из легированных жаропрочных сталей. Для лучшего наполнения цилиндров двигателя горючей смесью диаметр головки у впускного клапана больше, чем у выпускного.

Пружины 4 изготовлены из рессорно-пружинной стали. Деталями их крепления являются шайбы 17 и 19, сухари 16 и втулки 20. Резиновые маслоотражательные колпачки 18, установленные на впускных клапанах, исключают проникновение масла через зазоры между направляющими втулками и стержнями впускных клапанов.

Работа механизма

Газораспределительный механизм (ГРМ) работает следующим образом. При вращении распределительного вала его кулачки поочередно набегают на толкатели 9 в соответствии с порядком работы цилиндров двигателя. Усилие от толкателей 9 через штанги 8 передается к коромыслам 5, которые, поворачиваясь на оси 6, воздействуют на стержни клапанов 2, преодолевают сопротивление пружин 4 и открывают клапаны. При дальнейшем повороте распределительного вала кулачки сходят с толкателей, которые вместе со штангами и коромыслами возвращаются в исходное положение под действием пружин, закрывающих также клапаны.

Другие статьи по двигателю

Газораспределительный механизм с нижним расположением клапанов

Основа нормального функционирования двигателя – это слаженная работа всех его механизмов и систем. Одним из таких важных составляющих силового агрегата является газораспределительный механизм, который отвечает за подачу воздуха во все цилиндры машины и вывод выхлопных газов.

Назначение и принцип действия ГРМ

Газораспределительный механизм в двигателе внутреннего сгорания предназначается для своевременной подачи воздушно-топливной смеси или воздуха в цилиндры и выпуска оттуда отработанных газов. Работа механизма осуществляется за счет своевременного открытия и закрытия впускных и выпускных клапанов.

Рабочий процесс ГРМ основывается на синхронном движении распределительного и коленчатого вала, что обуславливает открытие и закрытие клапанов в нужный момент моторного цикла. Во время вращательного движения распредвала, кулачки надавливают на рычаги, а те на стержни клапанов, открывая их. Следующий поворот распредвала поворачивает кулачек, который занимает исходную позицию и закрывает клапан.

Классификация газораспределительных механизмов

Двигатели на современных автомобилях оснащаются разными газораспределительными механизмами, которые имеют следующую классификацию:

1. В зависимости от расположения распределительного вала – нижнее или верхнее.
2. В зависимости от числа распределительных валов – один или SONC (Single OverHead Camshaft), либо два вала – DOHC (Double OverHead Camshaft).
3. В зависимости от количества клапанов – от 2 до 5.
4. От разновидности привода вала – шестеренчатый, цепной или с зубчатым ремнем.

Двигатели с верхним расположением вала считаются наиболее эффективными, и получили самое широкое распространение. В них клапана приводятся в движение распредвалом через рычаги толкателей. Это упрощает всю конструкцию, снижает массу двигателя и уменьшает силу инерции. В такой компоновке вал монтируется в головке, рядом с клапанами. Движение с коленчатого вала передается при помощи роликовой цепи или зубчатого ремня.

При нижнем положении вала ГРМ, он монтируется рядом с коленчатым валом в блоке цилиндров. Передача усилия на клапана происходит при помощи толкателей через коромысла. Распредвал входит в зацепление с коленвалом при помощи шестерни. Такая конструкция двигателя считается усложненной, к тому же инерция двигающихся частей механизма возрастет.

Количество распределительных валов механизма и клапанов на каждый цилиндр зависит от варианта двигателя. Чем больше в нем клапанов предусмотрено, тем лучше цилиндры заполняются воздухом или горючей смесью, и очищаются от газов. Благодаря этому, двигатель в состоянии развить больший крутящий момент и мощность. Нечетное количество клапанов означает большее число впускных в сравнении с выпускными.

Устройство ГРМ

Газораспределительный механизм имеет следующие основные элементы:

1. Распределительный вал. Открывает клапаны в определенной последовательности в зависимости от порядка работы цилиндров. Его изготавливают из чугуна или стали, и подвергают закалке токами высокой частоты трущиеся поверхности. Он может быть смонтирован в головке блока цилиндров или в картере. В многоклапанных двигателях расположено два распределительных вала, один из которых управляет впускными клапанами, а другой выпускными. Вращение вала происходит на цилиндрических опорных шейках. Прямое или непрямое воздействие на клапана осуществляется кулачками, расположенными на валу. Каждый кулачек соответствует одному клапану.

2. Привод клапанов. Клапаны приводятся в движение различными способами: при расположении распредвала в картере, усилие от кулачков передается на толкатели, штанги и коромысла.

Коромысло (рокер или роликовый рычаг) выполнено из стали, его устанавливают на полую ось, зафиксированную в стойках головки цилиндров. Одна его сторона упирается в кулачек вала, а другая давит на торец стержня клапана. При работе двигателя клапаны нагреваются и удлиняются, что грозит им неполной посадкой в седло. Поэтому между клапаном и коромыслом обязательно соблюдают тепловой зазор.

Также кулачек может воздействовать на клапан через рычаг или непосредственно на его толкатель. Толкатели могут быть выполнены в механическом (жестком), роликовом варианте или в виде гидрокомпенсатора. Первый вид из-за шумности почти не используется, а последний отличается мягкостью и отсутствием необходимости осуществления регулировок. Роликовые толкатели используют в форсированных и спортивных двигателях.

3. Механизм привода распределительного вала. Осуществляется цепной, ременной или шестеренной передачей. Цепная отличается надежностью, до сложна в устройстве и дорога, ременная дешевле, но менее надежна, и в случае порыва ремня может повлечь за собой повреждение двигателя за счет удара клапанов о поршни.

4. Клапаны. Предназначены для открытия и закрытия впускного и выпускного канала. Состоят из стержня и головки, на которой имеется узкая, скошенная под углом фаска, плотно прилегающая к фаске седла, для чего их взаимно притирают. Головки впускных клапанов делают большими, чем выпускных. Но выпускные сильнее нагреваются, поэтому изготавливаются из жаропрочной стали и внутри наполнены натрием для лучшего охлаждения.

Цилиндрический стержень клапана сверху выточен для крепления пружины, не дающей ему оторваться от коромысла, которая упирается в шайбу на головке, и фиксируется упорной тарелкой. Стержень помещается в направляющую втулку, запрессованную в головку цилиндров, чтобы масло не попадало в камеру сгорания, на него надевают маслоотражающий колпачок.

Фазы газораспределения

Фазами газораспределения принято считать начало открытия и момент закрытия клапана, выраженный в градусах угла поворота коленвала относительно мертвых точек. Лучшая очистка цилиндра от выхлопных газов достигается при открытии выпускного клапана до наступления нижней мертвой точки (НМТ), и закрытии после ВМТ. Наполнение цилиндров воздухом или горючей смесью происходит при открытии впускного клапана до прохождения им ВМТ, и закрытии после НМТ. Период одновременного открытия обоих клапанов называется их перекрытием.

Фазы подбираются на заводе-изготовителе двигателя экспериментальным путем, и зависят от его конструкции и быстроходности. При этом колебание газов используется таким образом, что перед закрытием впускного клапана перед ним находится волна давления, а перед закрытием выпускного – волна разрежения. Такой подбор фаз обеспечивает одновременное улучшение заполнения цилиндров воздухом или смесью, а также их очистку от выхлопных газов.

Установка механизма газораспределения осуществляется при помощи меток на шестернях. Отклонение от нормы на пару зубов или звездочек может привести к удару клапана о поршень и поломке двигателя. Постоянство фаз сохраняется при наличии теплового зазора в клапанном механизме, нарушения которого вызывают уменьшение или увеличение продолжительности открытия.

Для каждого двигателя завод-изготовитель указывает фазы газораспределения в виде диаграммы, где показаны моменты открытия, закрытия, и перекрытия клапанов.

Возможные неисправности ГРМ

Судить о неисправности газораспределительной системы можно по следующим внешним признакам:

1. Уменьшение компрессии, хлопки в трубопроводах. Происходит по причине неплотного прилегания клапанов к седлам из-за образовавшегося нагара, раковин на рабочей поверхности, при деформации головок клапанов, прогорании клапана, поломке пружин, заедании стержня во втулке или отсутствием зазора между клапаном и коромыслом.
2. Падение мощности и резкие металлические стуки происходят из-за неполного открытия клапанов. Причиной неполадки выступает большой тепловой зазор или отказ гидрокомпенсатора.
3. Износ шестерни распредвала, втулок и осей коромысел, направляющих втулок клапанов, заметное осевое смещение распределительного вала.
4. Выход из строя цепи, зубчатого ремня, а также успокоителя для цепи, и натяжителя для зубчатого ремня.

Что такое газораспределительный механизм (ГРМ)?

Газораспределительный механизм (ГРМ) — это механизм предназначенный для впуска в цилиндры двигателя свежего заряда (горючей смеси в классических бензиновых двигателях или воздуха в дизелях) и выпуска отработавших газов в соответствии с рабочим циклом, а также для обеспечения надежной изоляции камеры сгорания от окружающей среды во время тактов сжатия и рабочего хода.

В зависимости от вида устройств, осуществляющих впуск заряда и выпуск отработавших газов, различают два типа механизмов газораспределения:

Клапанный механизм наиболее широко распространен и используется во всех четырехтактных двигателях. 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 с верхним расположением клапанов представлены на рисунке.

Из чего состоит газораспределительный механизм (ГРМ) двигателя?

Основными элементами газораспределительного механизма являются:

• распределительный вал
• впускные и выпускные клапаны с пружинами, крепежными деталями и направляющими втулками
• привод распределительного вала
• также детали (толкатели, штанги, коромысла и др.), обеспечивающие передачу перемещения от распределительного вала к клапанам

У V-образных двигателей основная деталь рассматриваемого механизма — распределительный вал — может иметь как нижнее, так и верхнее расположение. При нижнем расположении (рис. а) распределительный вал 7, размещенный в блок-картере, приводится во вращение от коленчатого вала двигателя с помощью зубчатой передачи, обычно содержащей одну пару цилиндрических или конических шестерен (возможно применение и нескольких пар шестерен).

У четырехтактного двигателя передаточное отношение привода равно двум, т.е. распределительный вал вращается вдвое медленнее коленчатого. При вращении распределительный вал с помощью кулачков перемещает толкатели 2 и штанги 3. Последние поворачивают коромысла 5 относительно оси 4. В то же время противоположные концы коромысел воздействуют на клапаны 7, перемещая их вниз и преодолевая при этом сопротивление пружин 6. Расположение кулачков на распределительном валу и их форму выбирают так, чтобы впускные и выпускные клапаны открывались и закрывались в строго определенные моменты согласно рабочему циклу двигателя.

Рис. Газораспределительные механизмы с верхним расположением клапанов:
а — с нижним расположением распределительного вала: 1 — распределительный вал; 2 — толкатель; 3 — штанга; 4 — ось коромысел; 5 — коромысло; 6 — пружина; 7 — клапан; б — с верхним расположением распределительного вала: 1 — винт; 2 — контргайка; 3 — коромысла; 4 — распределительный вал

У рядных верхнеклапанных двигателей и V-образных двигателей с четырьмя клапанами на цилиндр распределительный вал (валы) находится в головке блока, в непосредственной близости от клапанов (рис. б). Поскольку при верхнем расположении распределительного вала расстояние между его осью и осью коленчатого вала оказывается значительным, для приведения распределительного вала во вращение обычно используют цепную передачу. У двигателей сравнительно малой мощности можно также применять зубчатый ремень.

Распределительные валы мощных V-образных дизелей приводятся во вращение с помощью зубчатой передачи, у которой число пар конических шестерен может составлять две и более. При верхнем расположении распределительного вала уменьшается число передаточных деталей. Например, в механизме, представленном на рис. б, отсутствуют толкатели и штанги. Распределительный вал 4 непосредственно воздействует на коромысла 3, которые, в свою очередь, перемещают клапаны.

При работе двигателя детали газораспределительного механизма нагреваются (наиболее сильно — клапаны) и, следовательно, расширяются и удлиняются. Чтобы обеспечить возможность удлинения стержня клапана при его нагреве без нарушения плотности посадки головки клапана в седле, между отдельными деталями газораспределительного механизма у непрогретого двигателя должен быть зазор (например, между стержнем клапана и концом коромысла). Регулировать этот зазор можно различными способами, например с помощью винта 1 (см. рис. б), самоотвинчивание которого предотвращает контргайка 2. Чтобы исключить необходимость в регулировке зазора и уменьшить шумность двигателя в газораспределительных механизмах многих современных двигателей используются гидравлические толкатели. В эти толкатели встроены гидрокомпенсаторы, изменяющие их длину под действием давления масла, которое специально подается из смазочной системы двигателя. Клапан, его направляющая втулка, пружина и опорная шайба с деталями ее крепления образуют клапанную группу газораспределительного механизма.

Клапан состоит из головки и стержня, между которыми для уменьшения сопротивления движению газов выполнен плавный переход. Головка клапана имеет шлифованную конусную рабочую поверхность — фаску, по которой клапан плотно прилегает к седлу. Для крепления опорной шайбы пружины конец стержня клапана снабжен канавкой. В некоторых случаях для улучшения отвода теплоты от головки выпускного клапана стержень со стороны головки выполняют полым и вводят в него жидкий металлический натрий.

Клапаны изготавливают высадкой из стального прутка с последующей механической и термической обработкой. Материалом для них служит износо- и жаростойкая сталь. Иногда головку и стержень выпускного клапана выполняют из разных марок стали, а затем соединяют сваркой. Торец стержня клапана дополнительно закаливают для повышения твердости и износостойкости. В некоторых случаях на фаску выпускного клапана для увеличения его долговечности наплавляют особо жаростойкий сплав.

Каждый цилиндр двигателя имеет, как минимум, два клапана — впускной и выпускной. Однако в настоящее время наметилась тенденция к увеличению числа клапанов на цилиндр. Все шире применяются двигатели с тремя (два впускных и один выпускной) и четырьмя (два впускных и два выпускных) клапанами. При наличии одного впускного и одного выпускного клапанов первый имеет большую головку. Это необходимо для лучшего наполнения цилиндра свежим зарядом.

Направляющая втулка, через которую проходит стержень клапана, обеспечивает его точную посадку в седло. Стержень имеет высокоточное сопряжение с втулкой (зазор составляет 0,05… 0,12 мм). Направляющие втулки изготавливают из чугуна или спеченного пористого материала, который может быть пропитан смазочным маслом.

Клапанная пружина удерживает клапан в закрытом положении, обеспечивая его плотную посадку в седле. Пружины изготавливают методом холодной навивки из специальной стальной, термически обработанной проволоки с последующей дробеструйной обработкой, что увеличивает их долговечность. Иногда для предотвращения появления резонансных колебаний используют пружины с переменным шагом витков.

Опорная шайба удерживает пружину в сжатом состоянии. Крепление стержня клапана к опорной шайбе осуществляется с помощью конических разрезных сухарей, входящих в выточку на стержне.

Седло клапана, в которое он садится фаской головки, у верхнеклапанного двигателя расположено в головке цилиндров. Обычно седла выпускных, а иногда и впусковых клапанов, выполняют в виде вставных колец и наглухо запрессовывают в выточки головки цилиндров. Вставные кольца изготавливают из жаростойкой стали, специального чугуна или спеченного материала.

Передаточные детали газораспределительного механизма обеспечивают передачу усилия от распределительного вала к стержням клапанов. К таким деталям относятся:

Толкатели передают осевое усилие от кулачков распределительного вала на штанги или стержни клапанов. Они могут быть плоскими, грибовидными, цилиндрическими или рычажными. Их изготавливают из стали или чугуна. Для повышения твердости и износостойкости рабочие поверхности толкателей упрочняют, а затем шлифуют.

Штанги служат для передачи усилий от толкателей к коромыслам при нижнем расположении распределительного вала в верхнеклапанном двигателе (см. рис. а). Штанги изготавливают из стали или алюминиевого сплава, придавая им форму трубки. На концах штанг крепят стальные наконечники со сферическими поверхностями, имеющими высокую твердость. Нижними концами штанги упираются в гнезда толкателей, а верхними — в регулировочные винты коромысел.

Коромысла предназначены для изменения направления и величины усилий, передаваемых на стержни клапанов. Коромысла шарнирно устанавливают на осях, которые крепятся к головке цилиндров. На одном конце коромысла может быть установлен регулировочный винт, который позволяет изменять зазор в газораспределительном механизме. Материалом для коромысла служит сталь или ковкий чугун. Рабочие поверхности коромысла закаливают, а затем шлифуют.

Распределительный вал служит для своевременного открытия и закрытия клапанов при помощи кулачков. Конструкция распределительного вала зависит от типа двигателя, числа цилиндров и клапанов, а также типа привода. Характерные конструкции распределительных валов представлены на рисунке. Любой распределительный вал имеет кулачки впускных 2 и выпускных 4 клапанов, а также опорные шейки 2. Распределительный вал бензинового карбюраторного двигателя снабжен также винтовой шестерней 5 привода масляного насоса и распределителя зажигания и эксцентриком 3, приводящим в действие топливный насос. Число кулачков соответствует общему числу клапанов, которые обслуживаются данным валом. Число опорных шеек чаще всего равно числу коренных шеек коленчатого вала. В рядном четырех- цилиндровом двигателе вершины одноименных кулачков располагаются под углом 90° (рис. а), в рядном шестицилиндровом — под углом 60° (рис. б), а в V-образном восьмицилиндровом — под углом 45° (рис. в). Угол установки разноименных кулачков зависит от фаз газораспределения. Вершины кулачков располагают в соответствии с принятым для двигателя порядком работы с учетом направления вращения вала. В качестве подшипников для распределительного вала чаще всего применяют запрессованные в картер (при нижнем расположении) или головку цилиндров (при верхнем расположении) тонкостенные биметалические или триметаллические втулки. Одна из опорных шеек вала (обычно передняя) снабжена фиксирующим устройством для предотвращения его осевых перемещений. Для смазывания опорных шеек к ним подается масло под давлением из общей смазочной системы двигателя. При верхнем расположении распределительного вала в его теле сверлят осевое отверстие, по которому масло поступает ко всем опорным шейкам и кулачкам.

Рис. Распределительные валы рядного четырехцилиндрового (а), рядного шестицилиндрового (б) и V-образного восьмицилиндрового (в) двигателей со схемами расположения кулачков:
1 — опорная шейка; 2, 4 — кулачки впускных и выпускных клапанов; 3 — эксцентрик привода топливного насоса; 5 — винтовая шестерня привода масляного насоса

Газораспределительный механизм (ГРМ) обеспечивает своевременный впуск в цилиндры свежего заряда горючей смеси и выпуск отработавших газов. Он включает в себя элементы привода, распределительную шестерню, распределительный вал, детали привода клапанов, клапана с пружинами и направляющие втулки.

Распределительный вал служит для открытия клапанов в определенной последовательности в соответствии с порядком работы двигателя. Распредвалы отливают из специального чугуна или отковывают из стали. Трущиеся поверхности распределительных валов для уменьшения износа подвергнуты закалке при помощи нагрева токами высокой частоты.

Распредвал может располагаться в картере двигателя либо в головке блока цилиндров. Существуют двигатели с двумя распредвалами в головке цилиндров (в многоклапанных ДВС). Один используется для управления впускными клапанами, второй – выпускными. Такая конструкция называется DOHC (Double Overhead Camshaft). Если распредвал один, то такой ГРМ именуется SOHC (Single OverHead Camshaft). Распредвал вращается на цилиндрических шлифованных опорных шейках.

Привод клапанов осуществляется расположенными на распределительном валу кулачками. Количество кулачков зависит от числа клапанов. В разных конструкциях двигателей может быть от двух до пяти клапанов на цилиндр (3 клапана – два впускных, один выпускной; 4 клапана – два впускных, два выпускных; 5 клапанов – три впускных, два выпускных). Форма кулачков определяет моменты открытия и закрытия клапанов, а также высоту их подъема.

Привод распределительного вала от коленчатого вала может осуществляться одним из трех способов: ременной передачей, цепной передачей, а при нижнем расположении распредвала — зубчатыми шестернями. Цепной привод отличается надежностью, но его устройство сложнее и цена выше. Ременной привод существенно проще, но ресурс зубчатого ремня ограничен, а в случае его разрыва могут наступить тяжелые последствия.

При обрыве ремня распредвал останавливается, а коленвал продолжает вращаться. Чем это грозит? В простых двухклапанных моторах, где, как правило, поршень конструктивно не достает до головки открытого клапана, ремонт ограничивается заменой ремня. В современных многоклапанных двигателях при обрыве ремня поршни ударяются о клапана, «зависшие» в открытом состоянии. В результате сгибаются стержни клапанов, а также могут разрушиться направляющие втулки клапанов. В редких случаях разрушается поршень.

Еще тяжелее при обрыве ремня приходится дизелям. Так как камера сгорания у них находится в поршнях, то в ВМТ у клапанов остается очень мало места. Поэтому при зависании открытого клапана разрушаются толкатели, распредвал и его подшипники, велика вероятность деформирования шатунов. А если обрыв ремня произойдет на высоких оборотах, возможно даже повреждение блока цилиндров.

Рабочий цикл четырехтактного двигателя происходит за два оборота коленвала. За это время должны последовательно открыться впускные и выпускные клапаны каждого цилиндра. Поэтому распредвал должен вращаться в два раза медленнее коленвала, а, следовательно, шестерня распредвала всегда в два раза больше шестерни коленвала. Клапаны в цилиндрах должны открываться и закрываться в зависимости от направления движения и положения поршней в цилиндре. При такте впуска, когда поршень движется от в.м.т. к н.м.т., впускной клапан должен быть открыт, а при тактах сжатия, рабочего хода и выпуска – закрыт. Чтобы обеспечить такую зависимость, для правильной установки на шестернях ГРМ делают метки.

Привод клапанов может осуществляться разными способами. При нижнем расположении распредвала, в картере двигателя, усилие от кулачков передается через толкатели, штанги и коромысла. При верхнем расположении возможны три варианта: привод коромыслами, привод рычагами и привод толкателями.

Коромысла (другие названия – роликовый рычаг или рокер) изготавливают из стали. Коромысло устанавливают на полую ось, закрепленную в стойках на головке цилиндров. Одной стороной коромысла упираются в кулачки распредвала, а другой воздействуют на торцевую часть стержня клапана. В отверстие коромысла для уменьшения трения запрессовывают бронзовую втулку. От продольного перемещения коромысло удерживается при помощи цилиндрической пружины. Во время работы двигателя в связи с нагревом клапанов их стержни удлиняются, что может привести к неплотной посадке клапана в седло. Поэтому между стержнем клапана и носком коромысла должен быть определенный тепловой зазор.

Во втором варианте распредвал располагается над клапанами, и приводит их в действие посредством рычагов. Кулачки распределительного вала действуют на рычаги, которые, поворачиваясь на сферической головке регулировочного болта, другим концом нажимают на стержень клапана и открывают его. Регулировочный болт ввернут во втулку головки цилиндров и стопорится контргайкой. Существуют ГРМ, в которых между рычагом и клапаном устанавливается гидрокомпенсатор. Такие механизмы не требуют регулировки зазора.

И, наконец, при третьем варианте привода распределительный вал при вращении воздействует непосредственно на толкатель клапана. Существует три варианта исполнения толкателей – механические (жесткие), гидротолкатели (гидрокомпенсаторы) и роликовые толкатели. Первый тип в современных моторах практически не используется, в связи с большой шумностью работы и необходимостью частой регулировки зазора клапанов. Второй тип наиболее широко применяется, так как не требует настройки и регулировки теплового зазора, а работа отличается мягкостью и гораздо меньшим шумом. Гидрокомпенсатор состоит из цилиндра, поршня с пружиной, обратного клапана и каналов для подвода масла. Работа гидрокомпенсатора основана на свойстве несжимаемости моторного масла, которое постоянно заполняет его внутреннюю полость и перемещает поршень при появлении зазора в приводе клапана.

Роликовые толкатели чаще всего применяются в спортивных и форсированных двигателях, так как позволяют улучшить динамические характеристики автомобиля за счет снижения трения. В месте контакта с кулачком распредвала у них находится ролик. Поэтому кулачок не трется, а катится по толкателю. Вследствие этого роликовые толкатели выдерживают более высокие нагрузки и обороты, а также позволяют обеспечить более высокий подъем клапанов. Недостатки – большая стоимость и вес, а, значит, и большие нагрузки на детали ГРМ.

Клапаны служат для периодического открытия и закрытия отверстий впускных и выпускных каналов. Клапан состоит из головки и стержня. Головка клапана имеет узкую, скошенную под определенным углом, фаску. Фаска клапана должна плотно прилегать к фаске седла. Для этой цели их взаимно притирают. Головки впускных и выпускных клапанов имеют неодинаковый диаметр. Для лучшего наполнения цилиндров свежей горючей смесью диаметр головки впускного клапана делают больше. Клапаны во время работы двигателя нагреваются неодинаково. Выпускные клапаны, контактирующие с отработанными газами, нагреваются больше. Поэтому их изготавливают из жароупорной стали.

Стержень клапана цилиндрической формы в верхней части имеет выточку для деталей крепления клапанной пружины. Стержень выпускного клапана — полый, с натриевым наполнением для лучшего охлаждения. Стержни клапанов помещают в направляющих втулках, изготовленных из чугуна или металлокерамики. Втулки запрессовывают в головку цилиндров.

Клапан прижимается к седлу при помощи цилиндрической стальной пружины. Кроме того, пружина не дает возможности клапану отрываться от коромысла. Пружина имеет переменный шаг витков, что необходимо для устранения ее вибрации. Другой вариант борьбы с вибрацией — установка двух пружин меньшей жесткости, имеющих противоположную навивку. Пружина одной стороной упирается в шайбу, расположенную на головке цилиндров, а другой – в упорную тарелку. Упорная тарелка удерживается на стержне клапана при помощи двух конических сухарей, внутренний буртик которых входит в выточку стержня клапана. Для уменьшения проникновения масла по стержням клапанов в камеру сгорания двигателя на стержни клапанов надеты маслоотражательные колпачки.

В теории открытие и закрытие клапанов должно происходить в моменты прихода поршня в мертвые точки. Однако в связи инерционностью процесса, особенно при больших оборотах коленвала, этого периода времени недостаточно для впуска свежей смеси и выпуска отработанных газов. Поэтому впускной клапан открывается до прихода поршня в в.м.т. в конце такта выпуска, т.е. с опережением в пределах 9-24 градусов поворота коленчатого вала, а закрывается в начале такта сжатия, когда коленвал пройдет положение н.м.т на 51-64 градусов. Таким образом, продолжительность открытия впускного клапана составит 240-270 градусов поворота коленчатого вала, что значительно увеличивает количество поступаемой в цилиндры горючей смеси.

Выпускной клапан открывается за 44-57 градусов до прихода поршня в н.м.т. в конце рабочего хода и закрывается после прихода поршня в в.м.т. такта выпуска на 13-27 градусов. Продолжительность открытия выпускного клапана составляет 240-260 градусов поворота коленчатого вала.

В двигателе бывают моменты (в конце такта выпуска и начале такта впуска) когда оба клапаны открыты. В это время происходит продувка цилиндров свежим зарядом горючей смеси для лучшей их очистки от продуктов сгорания. Этот период носит название перекрытие клапанов.

Моменты открытия и закрытия клапанов относительно мертвых точек, выраженных в градусах поворота коленчатого вала, называются фазами газораспределения.

🔎 Основные неисправности газораспределительного механизма

Внешними признаками неисправности ГРМ являются: уменьшение компрессии, хлопки во впускном и выпускном трубопроводах, падение мощности двигателя и металлические стуки.

Уменьшение компрессии, хлопки во впускном и выпускном трубопроводах, а также падение мощности двигателя возможно вследствие плохого прилегания клапанов к седлам. Плохое прилегание клапана к седлу происходит вследствие отложения нагара на клапанах и седлах, образования раковин на рабочих поверхностях, коробления головок клапанов, поломки клапанных пружин, заедания стержня клапана в направляющей втулке, а также отсутствия зазора между стержнем клапана и коромыслом (рычагом).

Падение мощности двигателя и резкие металлические стуки могут происходить вследствие неполного открытия клапанов. Эта неисправность возникает из-за большого теплового зазора между стержнем клапана и коромыслом (рычагом) или отказа гидрокомпенсаторов.

К неисправностям ГРМ также относят износ шестерен распредвала и коленвала, направляющих втулок клапанов, втулок и осей коромысел, а также увеличенное осевое смещение распредвала.

Сроки и производительность клапана

Сроки и производительность клапана

Если вы любите гонки или автолюбитель, то вы, скорее всего, не боитесь менять кулачки в вашем двигателе. Однако, Чтобы сделать вашу машину быстрее, нужно не просто заменить кулачок, а заменив его на «правый» распредвал. Это где твой понимание фаз газораспределения становится решающим при выборе правильного кулачка. К поможет вам лучше понять фазу газораспределения, эта страница расскажет о перекрытии продувки и эффект тарана.

ПРОДУВКА
На рабочем такте сгорание толкает поршень вниз в цилиндре. Во время этого хода необходимо открыть выпускной клапан перед поршнем. попадает в нижнюю часть цилиндра. Это позволит создать избыточное давление в цилиндр, чтобы «выпустить воздух» непосредственно перед тем, как поршень достигнет нижней части инсульт. Термин «продувка» используется для описания этого события.

Регулировка времени работы выпускного клапана таким образом гарантирует отсутствие давления остается в цилиндре, чтобы прижиматься к поршню на такте выпуска.В противном случае может возникнуть давление 20 фунтов на квадратный дюйм (или около того) на поршень, когда он запускает цилиндр. Это потребует некоторой мощности вашего двигателя, чтобы вытолкнуть выхлоп из цилиндра!

Двигатели с высокими оборотами должны открывать выпускной клапан раньше так давление имеет больше шансов выйти из цилиндра. Однако на более низких оборотах слишком быстрое открытие выпускного клапана означает, что вы не в полной мере использовать мощность такта.

ПЕРЕКРЫТИЕ
Во время цикла двигателя бывает период, когда и впускной, и выпускной клапаны открыты одновременно.Эти фазы газораспределения известны как «перекрытие». Думайте об этом как о наложении друг на друга циклов выпуска и впуска.

Клапаны синхронизированы так, чтобы впускной клапан слегка приоткрывался до того, как поршень достигнет верхней мертвой точки (ВМТ) на такте выпуска. Точно так же выпускной клапан закрывается сразу после того, как поршень начинает опускаться. на такте впуска.

Перекрытие предназначено для выхлопных газов, которые уже стекает по выхлопной трубе, чтобы создать эффект, подобный сифону и втягивать свежую смесь в камеру сгорания.В противном случае небольшое количество сгоревшие газы останутся в камере сгорания и разбавят поступающий смесь на такте впуска. Эти фазы газораспределения являются продуктом кулачка. спецификации продолжительности и разделения.

Наука, связанная с перекрытием, довольно сложна. Давление, длина рабочего колеса, температура и многие другие аспекты влияют на то, как хорошо работает эффект перекрытия.

RAM ЭФФЕКТ
Когда поршень достигает нижней части цилиндра на такте впуска, впускной клапан в этот момент не закрывается сразу.Впускной клапан остается открыт, даже если поршень запускает цилиндр на сжатие Инсульт. Выражение «эффект тарана» используется для описания этого события.

Установка впускного клапана таким образом позволяет количество свежей смеси, которое нужно забить в цилиндр. Эффект очень похоже на гидроудар в сантехнике. Что происходит, так это то, что во время приема ход свежая смесь достаточно быстро течет по впускному коллектору и в цилиндр, что он не может мгновенно остановиться, когда поршень останавливается в нижняя часть такта впуска.Как и в случае с эффектом гидроудара, входящий смесь забивается в цилиндр, даже если поршень запускается на такте сжатия.

В двигателях с высокими оборотами впускной клапан может оставаться открытым дольше, чтобы воспользоваться этим эффектом тарана. Однако на низких оборотах поршень недостаточно силен, и поршень начнет выталкивать свежую смесь из цилиндра. Из всех различные эффекты фаз газораспределения, это может иметь наибольшее влияние на ваш производительность двигателя.

Авторские права AutoWare 1998

Как работает система изменения фаз газораспределения

Новые автомобили сбивают с толку. Со всеми компьютерами, датчиками и гаджетами может показаться, что под капотом происходит какое-то волшебное колдовство. Мы здесь, чтобы показать вам, как работают современные автомобильные компьютерные системы управления. В прошлый раз мы рассмотрели электронную систему управления дроссельной заслонкой. Сегодняшняя тема: Регулируемый выбор фаз газораспределения.

Раньше впускные и выпускные клапаны автомобиля открывались на определенную величину в определенный момент четырехтактного цикла и на определенное время.Это было так просто. В настоящее время, однако, многие двигатели могут изменять не только время открытия своих клапанов, но и то, насколько они открываются и как долго, то есть новые автомобили могут изменять фазы газораспределения, подъем клапана и продолжительность работы клапана. Давайте посмотрим, как все это работает. Для многих из вас это обзор, но если мы хотим, чтобы новое поколение автолюбителей заботилось об автомобилях, не помешает объяснить, как они на самом деле работают.

РЕГУЛИРОВКА ВРЕМЕНИ КЛАПАНА

G / O Media может получить комиссию

Диаграмма из Wikimedia Commons

Типичный впускной и выпускной клапаны двигателя открываются через кулачки распределительного вала.В двигателях с двумя верхними распредвалами есть отдельные распределительные валы для выпускных и впускных клапанов. Эти распределительные валы изготовлены из закаленного железа или стали и соединены с коленчатым валом через зубчатые ремни, цепи или шестерни. Поскольку современные бензиновые двигатели включают четырехтактный цикл, это означает, что распределительные валы поворачиваются один раз на каждые два оборота коленчатого вала. Чтобы усилить этот момент, рассмотрим такт впуска двигателя. Впускной клапан открыт, то есть выступ распределительного вала прижимается к толкателю кулачка и открывает клапан.Давайте проследим движение кулачка и сравним его с движением коленчатого вала.

При открытом впускном клапане поршень движется вниз к нижней мертвой точке. Когда двигатель достигает нижней мертвой точки, коленчатый вал поворачивается на 180 градусов. Затем поршень перемещается вверх, чтобы сжать топливную смесь. Когда поршень достигает верхней мертвой точки, коленчатый вал совершает полный оборот. Затем свеча зажигания воспламеняет топливную смесь, отправляя поршень обратно в нижнюю мертвую точку.К этому моменту коленчатый вал совершил полтора полных оборота. Теперь выпускной клапан открывается, и поршень возвращается в верхнюю мертвую точку. Коленчатый вал совершил два полных оборота. Теперь, когда поршень находится примерно в верхней мертвой точке, выступ распределительного вала, который мы отслеживаем, возвращается и открывает впускной клапан, и поршень движется обратно вниз. Таким образом, после двух оборотов коленчатого вала распредвал повернулся один раз. Посмотрите этот гиф, чтобы увидеть все это в движении.

В 1960-х годах автопроизводители начали разработку систем изменения фаз газораспределения, которые позволяли впускным и выпускным клапанам открываться раньше или позже в 4-тактном цикле.Целью было повысить объемный КПД, снизить выбросы NOx и уменьшить насосные потери. Сегодня существует два основных типа изменения фаз газораспределения: фазировка кулачка и смена кулачка. При смене кулачка ЭБУ выбирает другой профиль кулачка в зависимости от нагрузки и скорости двигателя, тогда как при фазировке кулачка исполнительный механизм вращает распредвал, изменяя фазовый угол. Есть десятки способов изменения фаз газораспределения, подъема и продолжительности, поэтому мы просто рассмотрим VVT-i Toyota и VTEC Honda.

Прежде чем мы посмотрим на VVT-i, поговорим о датчиках. В системах VVT используются всевозможные датчики, но наиболее важными из них являются датчики положения распредвала и коленчатого вала (которые часто являются датчиками Холла). ЭБУ использует эти датчики для отслеживания взаимосвязи между положением поршня и положениями клапанов. Коленчатый вал соединен со штоком и поршнем, а выступы распределительного вала запускают события подъема клапана. Таким образом, с помощью информации от датчиков положения коленчатого и распределительного валов, ЭБУ может узнать, насколько быстро двигатель вращается, а также относительное положение поршня, впускных и выпускных клапанов.

Фазирование кулачка

Фазирование кулачка ускоряет или замедляет подъем клапана за счет поворота распределительного вала, обычно в диапазоне примерно 60 градусов относительно угла поворота коленчатого вала. Допустим, наш впускной клапан обычно открывается на 5 градусов коленчатого вала перед верхней мертвой точкой и закрывает на 185 градусов коленчатого вала после верхней мертвой точки (5 градусов после нижней мертвой точки). «Задержка» фаз газораспределения на 10 градусов означает, что клапан открывается и закрывается на 10 градусов позже, то есть он открывается на 5 градусов после верхней мертвой точки и закрывается на 195 градусов после верхней мертвой точки.Задерживая синхронизацию распределительного вала, двигатель достигает лучшего крутящего момента на высоких оборотах, тогда как опережение фаз газораспределения впускного распредвала обеспечивает лучшую мощность при низких оборотах.

Для изменения фаз газораспределения используется множество различных методик. У каждого производителя есть собственное название для собственной системы VVT. Toyota использует VVT-i®, Honda использует VTEC®, Mitsubishi использует MIVEC®, и этот список можно продолжить. Давайте посмотрим, как работает система Toyota VVT-i.

Система VVT, показанная на видео выше, является вариацией Toyota VVT-i, хотя у Honda есть аналогичная система под названием VTC.В этой системе ЭБУ получает сигналы от датчика положения распределительного вала, датчика коленчатого вала, датчика температуры масла, датчика массового расхода воздуха (MAF) и датчика температуры охлаждающей жидкости двигателя и использует эту информацию для настройки своего выходного сигнала на масляный регулирующий клапан. Этот клапан действует как гидравлический привод, вращая ротор (который соединен с распределительным валом) внутри корпуса, который соединен с коленчатым валом через цепь привода ГРМ. Как только ЭБУ изменил фазовый угол кулачка, ЭБУ продолжает получать входные данные от всех датчиков и постоянно регулирует подачу масла к ротору.Как и электронное управление дроссельной заслонкой, это система с обратной связью, что означает, что разница между текущим фазовым углом распределительного вала и оптимальным углом распределительного вала является «сигналом ошибки», который отправляется в ЭБУ. Компьютер использует сигнал ошибки, чтобы настроить его выход на привод, чтобы получить угол сдвига фаз распределительного вала там, где он должен быть.

Замена кулачка

Другие системы VVT изменяют форму выступов распредвала, а не только фазовый угол распредвала относительно коленчатого вала.Изменение профиля кулачка влияет не только на высоту подъема клапана (как далеко открывается клапан), но и на продолжительность клапана (как долго клапан остается открытым). Изображение выше демонстрирует особенности выступа распределительного вала, которые влияют на подъем клапана и продолжительность.

При более высоких оборотах двигателя многие системы VVT меняют профиль кулачка на более агрессивный (т. Е. С большим подъемом и большой продолжительностью). Некоторые системы переменного подъема клапана смещают распределительный вал в осевом направлении, так что выступ с более высоким профилем входит в зацепление с толкателем кулачка, обеспечивая больший подъем клапана.Другие, такие как Honda VTEC (yo), фиксируют коромысло высокого профиля на коромысле низкой скорости с помощью штифта с гидравлическим приводом. Более агрессивный выступ кулачка активирует этот высокий коромысел и обеспечивает больший подъем впускного клапана, позволяя большему количеству воздуха попасть в цилиндр.

Видео ниже, рассказчик которого странным образом во многом напоминает Ричарда Хаммонда, является отличным источником для понимания двух различных типов систем VVT и показывает, как работает гидравлический привод системы VTEC компании Honda.

Верхнее фото Кредит: Timitrius

Система синхронизации двигателя

В течение сорока лет после первый полет братьев Райт использовались самолеты двигатель внутреннего сгорания повернуть пропеллеры генерировать толкать. Сегодня большинство самолетов гражданской авиации или частных самолетов все еще находятся в эксплуатации. с пропеллерами и двигателями внутреннего сгорания, как и ваш автомобильный двигатель. Мы обсудим основы двигатель внутреннего сгорания с использованием Двигатель братьев Райт 1903 года, показанный на рисунке в качестве примера.Дизайн братьев очень прост по сегодняшним меркам, так что это хороший двигатель для студентов, чтобы изучить и изучить основы двигателей и их операция. На этой странице мы представляем компьютерный чертеж системы хронометража Райта Авиадвигатель братьев 1903 года.

Механическое управление

На рисунке вверху показаны основные компоненты системы синхронизации . на двигателе Wright 1903 года. В любом двигателе внутреннего сгорания топливо и кислород объединяются в процесс горения произвести силу, чтобы повернуть коленчатый вал двигателя.Чтобы произвести полезную работу, горение должно происходить в конце ход сжатия двигателя цикл. После рабочий ход выпускной клапан необходимо открыть, чтобы очистить цилиндр от отработанных выхлопные газы. Задача системы хронометража — вызывать различные операции цикл двигателя должен происходить в правильной последовательности в нужное время.

Система ГРМ состоит из нескольких механических компонентов. Главный Ведущая звездочка прикреплена к коленчатому валу двигателя вне картер на передней части двигателя.Ведущая звездочка имеет шесть зубцов, которые входят в зацепление. отверстия на приводной цепи . Цепь проходит вокруг ведущей звездочки. и большая звездочка распределительного вала . Расположение точно так же, как цепь на велосипеде от педалей до заднего колеса. Большая звездочка распредвала имеет двенадцать зубцов, поэтому два оборота Коленчатый вал производят один оборот распределительного вала клапана. Это необходимое соотношение для четырехтактный двигатель, в котором поршень (прикрепленный к коленчатому валу) делает два прохода через цилиндр во время каждого цикла.Чтобы сохранить правильное натяжение цепи, есть небольшое регулируемое натяжение колесо на внешней стороне цепи.

Цепь газораспределительного механизма вращает распределительный вал клапана , который расположен на низ двигателя. На рисунке вверху этой страницы и в этом компьютерная анимация, движок смотрим снизу.

К кулачковому валу клапана прикреплены четыре кулачка . Кулачки вращаются вместе с валом, а Поверхность каждого кулачка опирается на коромысло выхлопной клапан каждого цилиндра.Из-за дизайна поверхности или кулачок, коромысло опускается, а клапан открывается, в определенные моменты времени и в определенные интервалы во время вращения вала. Это движение гарантирует, что клапан открывается только во время такта выпуска. цилиндра. Обратите внимание на анимацию, что четыре рычага-качалки двигаться в разное время. Это движение поддерживает Порядок зажигания цилиндров.

На распредвале клапана рядом с передней частью находится небольшая шестерня. вала, справа на рисунке.Эта шестерня входит в зацепление с другой шестерней на валу распределительного вала зажигания . Вращение этих шестерен вала зажигания вызывает срабатывание кулачка зажигания. вал, чтобы вращаться в противоположном направлении от кулачкового вала клапана, но вращаются с одинаковой скоростью. На валу кулачка зажигания расположены четыре кулачки зажигания , которые включают пружинные выключатели электрическая система. На анимации зажигание кулачки и вал окрашены в зеленый цвет. Комбинация кулачков клапана и зажигания кулачки гарантируют, что клапаны открываются и закрываются в нужное время в двигателе цикл и воспламенение происходит, когда клапаны закрыты и объем цилиндра самый маленький.

Как это работает?

Чтобы лучше понять действие кулачков, вот диаграмма, описывающая как работают кулачки:

Кулачок — это металлический диск, для которого расстояние от центра вращения диска к краю меняется при перемещении по краевой поверхности. Кулачок вращается на валу, и поверхность кулачка движется по объект называется последователем . (Для нашего двигателя коромысло последователь). При повороте кулачка из положения 1 в положение 2 точка на поверхности, которая касается последователя, меняется.Поскольку расстояние от центра вращения меняется между точками на поверхности кулачка, последователь движется. В зависимости от того, как настроен ведомый, ведомый может вращаться или переводить, закрывать переключатель или выполнять различные задачи. Кулачок в конечном итоге возвращается в положение 1, и задача повторяется. Поскольку фактическое сгорание занимает ограниченное время, поджигание система зажигания обычно не происходит точно в верхней части поршня движение. Чтобы можно было варьировать, есть небольшая ручка на ножке двигатель, который соединяется с шестерней вала зажигания.Перемещение этой ручки вызывает шестерню слегка сдвинуть на валу так, чтобы кулачок включал переключатель в немного другое время относительно перемещения клапанов (и поршня). Это называется ignition advance и используется даже на современных автомобильные двигатели. Для самолета Райта аванс был установлен раньше полет и не мог быть изменен пилотом в полете.

---

Деятельность:

---

Экскурсии с гидом

---

Навигация..

Руководство для начинающих Домашняя страница

РЕГУЛИРУЕМЫЙ КЛАПАН НАГРУЗКИ

Система изменения фаз газораспределения (VVT) — это технология, которая используется во многих последних моделях двигателей для улучшения топливной экономичности, плавности холостого хода, выбросов и производительности. Регулировка фаз газораспределения позволяет изменять фазу газораспределения в зависимости от оборотов двигателя, в отличие от стандартных фиксированных кулачковых приводов, которые никогда не меняются. Время работы клапана определяет, когда впускные и выпускные клапаны открываются, как долго они остаются открытыми и когда закрываются.В свою очередь, это влияет на впускной и выпускной поток, вакуум во впускном коллекторе, рабочую компрессию, объемный КПД, реакцию дроссельной заслонки, а также на то, сколько лошадиных сил и крутящего момента развивает двигатель при любом заданном числе оборотов.

Традиционно всегда фиксировались фазы газораспределения. Установленные путем совмещения меток ГРМ на звездочках или шестернях привода распределительного вала и коленчатого вала, фаза газораспределения не изменяется — если только цепь ГРМ не растягивается, или ремень не прыгает на паз или не рвется. Проблема с фиксированным временем в том, что это всегда приводит к компромиссу.

Настройки фаз газораспределения, которые обеспечивают лучший холостой ход, вакуум на впуске и крутящий момент на низких оборотах, — это не те же настройки, которые обеспечивают лучшую мощность в среднем диапазоне или высокую мощность. Опережение фаз газораспределения улучшает качество холостого хода и крутящий момент на низких оборотах, в то время как замедление фаз газораспределения улучшает конечную мощность. В идеале, фазы газораспределения должны изменяться в зависимости от частоты вращения двигателя и нагрузки, как это происходит с моментом зажигания. Но со стандартным кулачковым приводом (ременным, цепным или шестеренчатым) это невозможно. Следовательно, фазы газораспределения обычно устанавливаются так, чтобы способствовать повседневной маневренности (крутящий момент от низкого до среднего).

Синхронизация клапана может быть увеличена или замедлена на несколько градусов в любом направлении за счет смещения ведущей шестерни на распределительном валу с помощью смещенного штифта, смещенной шпоночной канавки или распределительного механизма со смещенными монтажными отверстиями. Производители двигателей с высокими характеристиками часто «настраивают» фазу газораспределения таким образом, чтобы сдвинуть диапазон мощности двигателя вверх или вниз по шкале оборотов.

Многие распределительные валы вторичного рынка шлифуются с 4-градусным опережением фаз газораспределения для улучшения крутящего момента от низкого до среднего. Если такой кулачок используется в двигателе с высокими оборотами, то замедление кулачка от 4 до 8 градусов может улучшить максимальные характеристики, но за счет меньшего крутящего момента на низких оборотах.

Регулируемые фазы газораспределения позволяют обойти ограничения фиксированной синхронизации. VVT позволяет изменять фазы газораспределения в зависимости от частоты вращения двигателя и нагрузки. Это обеспечивает гораздо более широкий диапазон мощности и лучшие всесторонние характеристики. Регулировка фаз газораспределения может быть увеличена на низких оборотах для улучшения качества холостого хода, реакции дроссельной заслонки и крутящего момента на низких оборотах, а также замедлена на более высоких оборотах двигателя для увеличения пиковой мощности.

КАК работает система изменения фаз газораспределения

Сегодня используется множество различных систем VVT.В наиболее распространенном типе используется привод распределительного вала или «фазер», установленный на шестерне привода кулачка, и соленоид клапана управления потоком масла, который направляет давление масла на фазозаборник кулачка.

Большинство систем VVT не работают на холостом ходу и вступают в действие только при более высоких оборотах двигателя или когда двигатель находится под нагрузкой. В остальное время VVT просто едет.

Фазеры с косозубой зубчатой ​​передачей изменяют положение распределительного вала, когда давление масла
применяется к поршню в зубчатом механизме.

Первые серийные системы VVT появились еще в 1990 году на нескольких импортных автомобилях (Nissan 300ZX V6 и Mercedes SL 3.0L six & 5.0L V8). Эти ранние применения VVT были на двигателях с двойным верхним кулачком (DOHC) и только улучшили синхронизацию впускных распредвалов. Фазеры кулачка имели только два рабочих положения («включено» или «выключено») и опережали время впускных клапанов примерно на 20 градусов выше определенного числа оборотов в минуту. Увеличение времени впускного распредвала относительно выпускного кулачка позволило двигателям развивать более высокую мощность оборотов.

Большинство простых фазовращателей VVT первого поколения используют подпружиненный косозубый механизм для изменения относительного положения кулачка. Когда PCM подает питание на клапан управления потоком масла, давление масла направляется на поршень внутри фазера. Поршень перемещает косозубую шестерню, которая слегка поворачивает кулачок для изменения фаз газораспределения. Когда клапан управления потоком масла закрывается, давление масла внутри фазера сбрасывается, и натяжение пружины возвращает кулачок в исходное базовое положение синхронизации.

Круглая пружина в фазорезке с косозубой шестерней возвращает кулачок
обратно в исходное базовое положение синхронизации, когда давление масла сбрасывается.

Для сравнения: большинство фазовращателей VVT на новых двигателях работают немного иначе. Вместо косозубой шестерни и поршня для изменения положения кулачка многие используют фазер кулачка роторного типа с лопатками или лопастной ротор внутри корпуса фазера.

Давление масла направляется в полости на одной или обеих сторонах лопаток или выступов ротора, чтобы толкать ротор в одну или другую сторону.Вращение ротора внутри фазовращателя приводит к сдвигу или замедлению фаз газораспределения и фаз газораспределения.

Ротор внутри этого фазовращателя кулачка лопаточного типа перемещается, когда давление масла прикладывается к обеим сторонам лопаток ротора.

В приложениях, где фазер только увеличивает или замедляет фазу газораспределения, имеется внутренний фиксирующий штифт, который скользит в отверстие, чтобы зафиксировать фазер в нужном положении, когда давление масла не подается. При приложении давления масла он выталкивает установочный штифт из его заблокированного положения, позволяя фазеру вращаться.

Лопастные фазовращатели реагируют быстрее, чем фазовращатели с косозубой шестерней, и обычно изменяют синхронизацию кулачка / клапана на 20–30 градусов в любом направлении. Клапан регулировки потока масла также регулируется рабочим циклом (широтно-импульсная модуляция). Это позволяет PCM производить бесступенчатую или непрерывную пошаговую регулировку фаз газораспределения вместо только полного опережения или полного замедления. Это означает, что фазы газораспределения больше не являются компромиссом, а могут быть изменены в соответствии с частотой вращения двигателя и нагрузкой.

Некоторые из последних систем VVT полностью избавляются от гидравлики.Они используют электродвигатель внутри фазера для опережения или замедления фаз газораспределения. Электронные фазовращатели могут очень быстро реагировать на изменение условий эксплуатации и не зависят от давления масла. Так что со временем мы, скорее всего, увидим более широкое использование электронных фазерных систем VVT.

Различные типы регулируемых фаз газораспределения

Различные автопроизводители используют разные стратегии изменения фаз газораспределения для разных целей. Например, на некоторых старых двигателях Ford и General Motors VVT используется только на выпускном кулачке двигателей DOHC для замедления времени выпуска.Это создает эффект рециркуляции выхлопных газов для снижения выбросов оксидов азота (NOx), когда двигатель находится под большой нагрузкой. Это также позволяет отказаться от клапана рециркуляции ОГ на многих двигателях.

На многих новых двигателях DOHC VVT используется как на впускных, так и на выпускных кулачках. Это позволяет компьютеру независимо изменять время впускных и выпускных клапанов для еще большей производительности, экономии топлива и выбросов.

Многие двигатели имеют фазовращатели VVT на впускных и выпускных кулачках для управления каждым кулачком по отдельности.

Некоторые автопроизводители также комбинируют изменение фаз газораспределения с регулируемым подъемом клапана. Это изменяет не только фазы газораспределения, но и то, как далеко (и как долго) клапаны открываются. Одной из первых таких систем была электронная система управления фазами газораспределения и подъема (VTEC) Honda, представленная в 1991 году на Acura NSX. Эта же система позже была добавлена ​​в широкий спектр моделей Honda и Acura. Вместо использования гидравлического фазера кулачка для изменения положения впускного кулачка, система Honda VTEC добавила дополнительный кулачок и коромысло для каждой пары клапанов.Выше определенного числа оборотов давление масла передавалось на дополнительные коромысла. Это подняло рычаги так, чтобы они зафиксировались относительно других коромысел и задействовали 3 выступа ^rd «рабочих характеристик» на распределительном валу, чтобы увеличить подъем клапана и продолжительность работы.

На последних моделях двигателей BMW с непосредственным впрыском бензина система BMW Valvetronic использует электронный фазер кулачка для приведения в действие ряда промежуточных коромысел, когда требуются изменения фаз газораспределения и подъема. Это позволяет PCM управлять частотой вращения двигателя и холостым ходом, используя только фазы газораспределения и впрыск топлива, устраняя необходимость в дроссельной заслонке.Избавление от дроссельной заслонки позволяет двигателю свободно дышать на холостом ходу, как дизель, с минимальными насосными потерями. В результате достигается 10-процентная экономия топлива и снижение выбросов.

В двигателях с толкателем Corvette LT1 последней модели стандартная шестерня кулачкового привода была заменена гидравлическим фазером лопаточного типа для обеспечения VVT. Это позволяет PCM опережать или замедлять фазы газораспределения по мере необходимости для лучшей производительности.

На новых моделях Dodge Vipers используется специальный «концентрический» распределительный вал внутри распределительного вала для изменения фаз газораспределения, подъема и продолжительности.Концентрический кулачок имеет твердый внутренний сердечник и узел внешней трубки. Есть два набора лепестков, один набор прикреплен к внешней трубке, а второй набор прикреплен к внутреннему валу через прорези во внешней трубке. Фазер на конце кулачка поворачивает положение внутреннего вала по отношению к внешней трубе для изменения фаз газораспределения, подъема и перекрытия.

Проблемы с синхронизацией регулируемых клапанов

Каким бы ни был VVT, он также уязвим для некоторых проблем. В системах VVT, которые используют давление масла для приведения в действие фазовращателя, качество, вязкость и загрязнение масла могут повлиять на работу фазовращателя.Если фазер не получает достаточного давления масла, или масло неправильной вязкости (слишком густое или слишком жидкое), или масло грязное, это может помешать правильной работе фазера. Это, в свою очередь, может отрицательно сказаться на характеристиках двигателя, экономии топлива и вредных выбросах. Такие неисправности часто включают световой индикатор Check Engine и устанавливают код неисправности, связанный с VVT.

Общие коды ошибок OBD II включают в себя:

P0010 …. A Цепь привода положения распределительного вала, ряд 1

P0011 …. A, синхронизация положения распредвала превышена или ряд системных ошибок 1

P0012…. A Синхронизация положения распределительного вала с превышением задержки, ряд 1

P0013 …. B Цепь привода положения распределительного вала, ряд 1

P0014 …. B Превышение времени синхронизации положения распределительного вала или сбой системы Банк 1

P0015 …. B Слишком высокая задержка синхронизации положения распределительного вала, ряд 1

P0020 …. A Цепь привода положения распределительного вала, ряд 2

P0021 …. A Превышение синхронизации положения распределительного вала или сбой системы Банк 2

P0022 …. A Положение распределительного вала Тайминги OverRetarded Bank 2

P0023…. B Цепь привода регулирования положения распределительного вала, ряд 2

P0024 …. B Превышение синхронизации положения распределительного вала или сбой системы, банк 2

P0025 …. B Превышение задержки синхронизации положения распределительного вала, банк 2

Любой из этих кодов может быть результатом неисправного фазовращателя распредвала, клапана управления потоком масла или неисправности проводки.

Кулачковые фазовращатели могут выйти из строя по-разному. Грязь или мусор могут забить масляные отверстия или входной фильтр, питающий фазер, не давая масла достичь блока.При использовании фазовращателей с косозубой шестерней грязь или мусор могут заблокировать шестерни или вызвать их заедание. Физическое повреждение шестерен или чрезмерный износ также могут помешать нормальной работе фазера.

На фазовращателях с косозубыми шестернями и возвратными пружинами сломанная пружина не позволит кулачку вернуться в нейтральное или базовое положение синхронизации после того, как он был продвинут или замедлен.

Негерметичный гидравлический поршень или утечка в корпусе фазовращателя также могут препятствовать изменению положения кулачка при приложении давления масла.

На фазовращателях лопаточного типа с внутренним стопорным штифтом износ штифта или его установочного отверстия может вызвать шум. Штифт также может срезаться, не давая фазеру зафиксироваться в нейтральном положении. Стук или стук, который слышен только на холостом ходу и в основном при горячем двигателе, но исчезает на более высоких оборотах, обычно указывает на изношенный фазер, который необходимо заменить.

Фазер VVT также может не изменить фазы газораспределения, если клапан управления потоком масла, который питает его, заклинивает, загрязнен грязью или шламом или не работает.

Диагностика изменения фаз газораспределения

Прежде чем делать какие-либо выводы относительно системы изменения фаз газораспределения, если двигатель работает на холостом ходу или не развивает нормальную высокую мощность, вам следует также рассмотреть другие возможные причины, такие как большая утечка вакуума (впускной коллектор). , вакуумные шланги или клапан рециркуляции ОГ), сильное накопление углерода на впускных клапанах (обычная проблема с прямым впрыском бензина), грязные топливные форсунки, низкое давление топлива, пропуски зажигания, ограничения выхлопа, потеря компрессии (сгоревшие / погнутые клапаны или протечка прокладка головки) или проблема с турбонаддувом.

Одна из первых вещей, которые вам следует проверить, если вы подозреваете проблему с VVT, — это масло. Уровень масла низкий? Это может вызвать падение давления масла, что может повлиять на работу системы VVT. Правильно ли обслуживали масло? Грязное масло, заполненное осадком, не подходит для фазовращателей VVT или регулирующих клапанов.

При замене масла в двигателе VVT используйте масло высокого качества и вязкости, рекомендованной производителем транспортного средства. Для большинства автомобилей последних моделей это будет 5W-30 или 5W-20.Многие европейские автомобили используют даже более жидкие масла, такие как 0W-20 или 0W-40.

Проблемы с давлением масла, очевидно, повлияют на работу системы VVT. Основные причины могут включать изношенный масляный насос в двигателе с большим пробегом или изношенные основные подшипники или подшипники кулачка. При подозрении на низкое давление масла используйте манометр.

Проблемы с потоком и регулированием потока масла в кулачке Phaser

Закупоренный, заклинивший или неработающий клапан управления потоком масла также может препятствовать нормальному функционированию системы VVT.С двухпозиционными соленоидами вы можете проверить целостность и / или сопротивление соленоида с помощью DVOM на короткое замыкание или обрыв. Вы также должны проверить напряжение питания и заземление в жгуте проводов, чтобы определить, проходит ли командный сигнал PCM.

Другой альтернативой является подача питания на соленоид на холостом ходу, чтобы проверить, изменяются ли качество холостого хода двигателя, частота вращения и разрежение на впуске (должны). Никакие изменения не будут указывать на неисправный соленоид или отсутствие потока масла через регулирующий клапан к фазеру.

Или вы можете снять соленоид управления потоком масла (двигатель выключен) и подать напряжение.Если соленоид не двигается, блок неисправен и его необходимо заменить.

Если клапан управления потоком масла VVT неисправен, заедает или забит мусором, это может помешать давлению масла достичь фазовращателя распредвала.

Для соленоидов с широтно-импульсной модуляцией (и двухпозиционных соленоидов) наблюдайте за состоянием соленоида VVT с помощью диагностического прибора. Он должен быть выключен на холостом ходу и включаться при более высоких оборотах. Если клапан имеет широтно-импульсную модуляцию, изменяются ли показания с частотой вращения двигателя?

Если ваш сканер двунаправленный и программное обеспечение позволяет вам активировать соленоид управления потоком масла или изменять его рабочий цикл во время работы двигателя, это еще одна проверка, которую вы можете сделать, чтобы увидеть, реагируют ли фазовращатели кулачка.

Другие неисправности, которые могут повлиять на работу системы VVT, включают проблемы с сигналами датчиков положения распределительного или коленчатого вала, неисправный датчик MAP (который определяет нагрузку на двигатель) или даже проблему в самом PCM.

Следуйте рекомендациям производителя по диагностическим процедурам, если вы подозреваете неисправность датчика.

Замена фазовращателя кулачка

Если фазовращатель кулачка забит шламом или отложениями лака, его можно разобрать и очистить. Однако, если какие-либо внутренние детали изношены или сломаны, вам необходимо заменить фазер как единое целое, потому что запасные части для восстановления фазовращателя еще не доступны у поставщиков послепродажного обслуживания или у производителей автомобилей.Новые фазовращатели доступны в большинстве магазинов автозапчастей. Цены варьируются от 100 до почти 300 долларов и не включают цепь или ремень привода ГРМ, а также комплект натяжителя цепи (их необходимо приобретать отдельно).

Процедуры замены могут варьироваться от относительно простых до крупных. Доступ к фазовращателям кулачка может быть проблемой на двигателях, где необходимо снять впускные коллекторы, генераторы переменного тока или другие компоненты, прежде чем вы сможете потянуть крышку кулачка или клапанную крышку, чтобы добраться до фазовращателя (ов).

На многих двигателях DOHC и SOHC цепь привода газораспределительного механизма должна удерживаться или фиксироваться в положении, когда снимается фазер, чтобы цепь не проскальзывала и не соскакивала со звездочки коленчатого вала.Для удержания цепи на месте могут потребоваться специальные инструменты.

Другая проблема заключается в правильной установке нового фазовращателя. Коленчатый вал, возможно, придется повернуть в определенное положение ПЕРЕД заменой фазера. Также неплохо отметить цепь привода ГРМ, чтобы новый фазер можно было установить в том же положении. Вы должны убедиться, что сам фазер находится в правильном базовом положении синхронизации, прежде чем он будет прикручен к кулачку.

Во избежание неожиданностей и ошибок всегда обращайтесь к инструкциям производителя транспортного средства по разборке и установке.

Советы по обслуживанию системы регулирования фаз газораспределения

На 3-клапанных двигателях V8 Ford объемом 4,6 и 5,4 л с большим пробегом часто возникает «стук» фазера кулачка. Ford TSB 06-19-8 подробно рассматривает этот вопрос. В некоторых случаях проблема возникает не из-за износа фазовращателей, а из-за низкого давления масла из-за износа кулачковых подшипников в головках цилиндров. Для устранения проблемы может потребоваться замена или повторная обработка головок. Альтернативным решением является установка масляного насоса большого объема для увеличения потока масла к фазовращателям кулачка.Другой вариант — «заблокировать» фазеры на их базовых настройках синхронизации, установив специальные заглушки, которые предотвращают перемещение лопаток. Однако это лишает преимуществ VVT и требует перепрограммирования PCM.

Синий штекер на этой фотографии был установлен внутри фазовращателя, чтобы зафиксировать его в статическом положении.

Всегда проверяйте наличие новых или обновленных бюллетеней технического обслуживания (TSB) производителя при устранении неполадок VVT. Для решения проблемы может быть обновленная часть или перепрошивка PCM.

Если у двигателя VVT есть проблема с фазером из-за масляных отложений и плохого обслуживания, промойте картер для удаления загрязнений, затем замените масло и фильтр. Это может устранить необходимость замены фазера.

НАЖМИТЕ ЗДЕСЬ, чтобы просмотреть или загрузить эту статью в виде PDF-файла.

---

Статьи по теме

Коды фаз газораспределения Ford

Статья Ларри Карли, посвященная изменению фаз газораспределения, в журнале Engine Builder 2015

Диагностика компонентов головки блока цилиндров

Двигатель, который не проворачивается и не запускается

Диагностика шума двигателя

Устранение неполадок при низком давлении масла

Диагностика масляного насоса

Масляные насосы: сердце двигателя

Распределительные валы

Ремни ГРМ: ваш двигатель и двигатель помех?

Обновление цепей и ремней привода ГРМ

Замена цепи привода ГРМ (Mazda и Ford 3.0L DOHC V6)

Предупреждение о гарантии на ремень ГРМ послепродажного обслуживания

Обслуживание ремня ГРМ GM

Ремни и цепи ГРМ Ford

Ремни ГРМ Toyota и Honda

Щелкните здесь, чтобы увидеть больше автомобильных технических статей

Как работают распределительные валы | HowStuffWorks

Если вы читали статью Как работают автомобильные двигатели, вы знаете о клапанах, которые пропускают топливно-воздушную смесь в двигатель, а выхлопные газы — из двигателя. В распределительном валу используются выступы (называемые кулачками ), которые прижимаются к клапанам, открывая их при вращении распределительного вала; пружины на клапанах возвращают их в закрытое положение.Это критически важная работа, которая может сильно повлиять на работу двигателя на разных скоростях. На следующей странице этой статьи вы можете увидеть анимацию, которую мы создали, чтобы действительно показать вам разницу между рабочим распредвалом и стандартным.

Из этой статьи вы узнаете, как распредвал влияет на работу двигателя. У нас есть отличные анимации, которые показывают, как действительно работают разные компоновки двигателей, такие как с одинарным верхним кулачком (SOHC) и с двойным верхним кулачком (DOHC).А затем мы рассмотрим несколько изящных способов, которыми некоторые автомобили регулируют распределительный вал, чтобы он мог более эффективно справляться с разными оборотами двигателя.

Начнем с основ.

Основы распределительного вала

Ключевыми частями любого распределительного вала являются лепестки . При вращении распределительного вала кулачки открывают и закрывают впускной и выпускной клапаны синхронно с движением поршня. Оказывается, существует прямая зависимость между формой кулачков и тем, как двигатель работает в разных диапазонах скоростей.

Чтобы понять, почему это так, представьте, что мы запускаем двигатель очень медленно — всего 10 или 20 оборотов в минуту (об / мин), так что поршню требуется пара секунд, чтобы завершить цикл. Было бы невозможно запустить обычный двигатель так медленно, но давайте представим, что мы могли бы. На этой низкой скорости нам бы хотелось, чтобы выступы кулачка имели такую ​​форму, чтобы:

• Как только поршень начинает двигаться вниз на такте впуска (так называемая верхняя мертвая точка, или ВМТ ), впускной клапан открывался.Впускной клапан закроется сразу после того, как поршень опустится до дна.
• Выпускной клапан открывается вправо, когда поршень опускается до дна (так называемая нижняя мертвая точка, или BDC ) в конце такта сгорания, и закрывается, когда поршень завершает такт выпуска.

Эта установка будет очень хорошо работать для двигателя, пока он работает на этой очень низкой скорости. Но что произойдет, если вы увеличите обороты? Давайте выясним.

Когда вы увеличиваете число оборотов в минуту, конфигурация распределительного вала от 10 до 20 оборотов в минуту не работает.Если двигатель работает со скоростью 4000 об / мин, клапаны открываются и закрываются 2000 раз в минуту или 33 раза в секунду. На этих скоростях поршень движется очень быстро, поэтому воздушно-топливная смесь, устремившаяся в цилиндр, также движется очень быстро.

Когда впускной клапан открывается и поршень начинает свой ход впуска, топливно-воздушная смесь во впускном желобе начинает ускоряться в цилиндр. К тому времени, когда поршень достигает нижней точки своего такта впуска, воздух / топливо движутся с довольно высокой скоростью.Если бы мы захлопнули впускной клапан, весь этот воздух / топливо остановился бы и не попал в цилиндр. Если впускной клапан остается открытым немного дольше, импульс быстро движущегося воздуха / топлива продолжает нагнетать воздух / топливо в цилиндр, когда поршень начинает свой ход сжатия. Таким образом, чем быстрее работает двигатель, тем быстрее движется воздух / топливо и тем дольше мы хотим, чтобы впускной клапан оставался открытым. Мы также хотим, чтобы клапан открывался шире на более высоких скоростях — этот параметр, называемый подъем клапана , определяется профилем кулачка.

На анимации ниже показано, как у обычного кулачка и рабочего кулачка разные фазы газораспределения. Обратите внимание, что циклы выпуска (красный кружок) и впуска (синий кружок) намного больше перекрываются на кулачке производительности. Из-за этого автомобили с этим типом кулачка, как правило, очень грубо работают на холостом ходу.

Два разных профиля кулачка: нажмите кнопку под кнопкой воспроизведения, чтобы переключаться между кулачками. Кружки показывают, как долго клапаны остаются открытыми: синий — впускной, красный — выпускной.Перекрытие клапанов (когда впускной и выпускной клапаны открыты одновременно) выделяется в начале каждой анимации.

Любой распределительный вал идеален только при одной частоте вращения двигателя. При любой другой частоте вращения двигатель не будет работать в полную силу. Таким образом, фиксированный распределительный вал — это всегда компромисс. Вот почему автопроизводители разработали схемы изменения профиля кулачка при изменении частоты вращения двигателя.

Распределительные валы двигателей имеют несколько различных вариантов расположения.Мы поговорим о некоторых из самых распространенных. Вы, наверное, слышали терминологию:

• Одиночный верхний кулачок (SOHC)
• Двойной верхний кулачок (DOHC)
• Толкатель

В следующем разделе мы рассмотрим каждый из них конфигурации.

Момент зажигания свободный л. Вот как получить максимум!

Кривые зажигания — ключ к достижению оптимальной производительности.

Установка угла опережения зажигания — это, пожалуй, самая важная настройка двигателя внутреннего сгорания, но концепция кривых зажигания по-прежнему остается неуловимой для многих энтузиастов.Тем не менее, все, что требуется для настройки крутящего момента, мощности и управляемости, — это простой индикатор времени и осознанный процесс настройки. Думайте об этом как о «бесплатных» лошадиных силах. Слишком долгое время может вызвать серьезное повреждение двигателя, поэтому лучше быть информированным тюнером.

План оптимизации угла опережения зажигания не изменился с тех пор, как Николаус Отто начал дурачиться с четырехтактным двигателем внутреннего сгорания в 1870-х годах. Идея состоит в том, чтобы зажечь заряд в цилиндре за достаточное время (опережение), чтобы создать максимальное давление в цилиндре в идеальной точке после верхней мертвой точки (ВМТ), чтобы толкнуть поршень вниз, оказывая давление на кривошип.Общепризнано, что пиковое давление в цилиндре должно происходить примерно при 15-18 градусах после верхней мертвой точки, чтобы максимизировать нагрузку на коленчатый вал.

Если синхронизация зажигания инициируется слишком рано, цилиндр может взорваться и вызвать повреждение. Если искра возникает слишком поздно, двигатель работает ровно, вырабатывает меньше мощности и может перегреться. Это обсуждение будет сосредоточено на типичном уличном двигателе с газовым насосом, оборудованном дистрибьютором.

Требования к моменту зажигания двигателя будут варьироваться в зависимости от десятков переменных, таких как степень сжатия, октановое число топлива, соотношение воздух-топливо, форма камеры сгорания, движение смеси и температура воздуха на впуске, чтобы назвать несколько важных моментов.Но если свести это к простейшим аспектам: синхронизация зависит от частоты вращения двигателя и нагрузки. Нагрузка определяется дроссельной заслонкой и легко контролируется вакуумметром. Когда дроссельная заслонка почти не открыта, двигателю требуется больше воздуха, чем позволяет дроссельная заслонка, создавая вакуум во впускном коллекторе (низкое давление). Типичный уличный автомобиль с мягким кулачком может работать на холостом ходу при давлении от 12 до 16 дюймов ртутного столба (Hg) на вакуумметре. Когда дроссельная заслонка открывается, вакуум в коллекторе начинает падать. При полностью открытой дроссельной заслонке (WOT) вакуум в коллекторе падает почти до нуля.Большинство двигателей будет создавать около 0,5 дюйма ртутного столба вакуума в коллекторе при WOT.

Следующий шаг — разделить опережение зажигания на три основных компонента: начальное опережение, механическое опережение и опережение вакуума. Наш подход к этому двигателю заключается в оптимизации момента зажигания во всем рабочем диапазоне двигателя, сводя к минимуму вероятность детонации.

Все обсуждение угла опережения зажигания начинается с начального угла опережения зажигания. Это величина опережения на холостом ходу при срабатывании искры до верхней мертвой точки (BTDC).Большинство стандартных уличных двигателей требуют от 6 до 8 градусов начального подъема, но это не высечено в камне. Двигатели с распредвалами с увеличенным сроком службы и другими модификациями часто требуют большего начального времени. Для двигателей с большими кулачками нет ничего необычного в том, чтобы ввести от 14 до 18 градусов начальной синхронизации. Это время проверяется с помощью индикатора синхронизации, который сравнивает положение метки ВМТ первого цилиндра на гармоническом балансировщике с указателем синхронизации, чаще всего расположенным на крышке цепи привода ГРМ. Начальная синхронизация устанавливается ослаблением прижимного болта распределителя и вращением корпуса распределителя.Это изменяет соотношение между корпусом распределителя и вращающимся ротором. Поворот распределителя против направления вращения увеличивает начальный момент времени.

Это начальное время используется в качестве отправной точки для нашего следующего шага — механического продвижения. Механическое продвижение напрямую связано с оборотами двигателя. Механическое продвижение определяется использованием центробежного механизма продвижения, который впервые был использован в паровых двигателях Джеймса Ватта в 1780-х годах. Но даже Ватт признает, что он позаимствовал идею из более ранней конструкции, появившейся на мельнице 1600-х годов.

Типичный центробежный механизм продвижения использует пару грузов, которые вращаются на штифтах. Грузы прикреплены к пластине, на которой установлен штифт, перемещающийся в фиксированной прорези. Расстояние, на которое проходит штифт, представляет собой величину механического продвижения, достигаемого за счет продвижения положения ротора. На типичном дистрибьюторе Chevrolet, который вращается по часовой стрелке, при открытии механических опережающих грузов ротор перемещается в том же направлении, опережая синхронизацию. Частота вращения, при которой грузы начинают двигаться, и точка их максимального хода в основном определяется силой пружин, удерживающих грузы на месте.Более легкие пружины позволяют начинать продвижение и достигать максимального продвижения при более низких оборотах. Более тяжелые пружины задерживают начало и замедляют скорость продвижения.

Таким образом, типичная кривая механического опережения может начинать движение при 1500 об / мин и достигать полного опережения при 2600 об / мин. Если это полное опережение перемещает ротор на 25 градусов коленчатого вала, а наше начальное время было установлено на 10 градусов до ВМТ, то общее механическое показание опережения на гармоническом балансировщике при 2600 об / мин или выше будет 35 градусов (10 начальных + 25 механических = 35 градусов. Всего).Мы можем скорректировать эту сумму, добавляя или вычитая начальное или механическое продвижение. Изменение механического продвижения требует модификации паза или изменения диаметра втулки, которая подходит к штифту в пазу. Таким образом, дистрибьюторы MSD позволяют легко вносить изменения в механическое продвижение своих дистрибьюторов.

Важно отметить, что проверка механического опережения с помощью светового индикатора всегда должна выполняться при отсоединенной емкости опережения вакуума. Если канистру не отсоединить, показания будут представлять собой комбинацию начального, механического и вакуумного опережения.

Теперь мы можем ввести вакуумное продвижение в эту систему. Среди многих энтузиастов существует популярное, но ошибочное мнение о том, что развитие вакуума предназначено только для двигателей с ограниченными выбросами и / или двигателей. Более осознанный способ взглянуть на вакуумное продвижение — это рассматривать его как время, основанное на нагрузке. Стоит заглянуть в кроличью нору процесса сгорания, чтобы понять, почему так важен выбор времени на основе нагрузки.

Давайте возьмем пример типичного карбюраторного маленького блока, который едет по шоссе со скоростью 70 миль в час и 2800 об / мин по ровной поверхности.Двигатель мог создавать от 12 до 18 дюймов вакуума. Как упоминалось ранее, высокий вакуум означает низкую нагрузку и почти закрытый дроссель. Малоизвестным фактом является то, что большинство легких уличных двигателей движутся по автостраде, вытягивая топливо из контура холостого хода карбюратора. Это не опечатка. Двигатели с кулачками длительного действия или автомобили с высокими передачами повышающей передачи на повышающей передаче могут переходить в главный контур, но большинство мягких уличных двигателей с высоким вакуумом в крейсерском режиме фактически будут работать на холостом ходу.

При минимальном количестве воздуха и топлива, поступающих в каждый цилиндр, это означает, что смесь не герметична. Здесь все становится непросто. Обычно процесс горения воспринимается как взрыв — искра гаснет и гул — горение происходит как бомба. Это не то, что происходит. Реальность такова, что свеча зажигания загорается, и требуется много времени, чтобы газы сгорания полностью сгорели через верхнюю часть поршня, как огонь в прерии в большой долине. Чем плотнее трава, тем быстрее она горит, а редкие участки горят медленнее.

Мы можем применить эту аналогию прерийного огня к камере сгорания. В WOT воздух и топливо плотно упакованы и быстро сгорают, поэтому нам не нужно много времени. При 2800 об / мин при WOT угол поворота от 32 до 34 градусов может быть примерно правильным для типичного уличного бензинового двигателя с насосом. Однако при почти закрытой дроссельной заслонке (14-16 дюймов вакуума в коллекторе) воздух и топливо гораздо менее плотно упакованы в цилиндр. Чтобы получить максимальную мощность при частичном открытии дроссельной заслонки, нам нужно начать процесс сгорания намного раньше — возможно, до 40 градусов до ВМТ или более, в зависимости от индивидуальных требований двигателя.

Но нам нужно столько времени только тогда, когда двигатель работает при очень небольшой нагрузке. Поскольку вакуум в коллекторе является отличным индикатором нагрузки, первые конструкторы двигателей использовали небольшой вакуумный баллон, прикрепленный к распределителю, чтобы ускорить синхронизацию при высоком вакууме в коллекторе, чтобы создать временную кривую на основе нагрузки, которая была бы в дополнение к механическому прогрессу.

Мы создали два графика, которые иллюстрируют очень простые механические кривые и кривые подачи вакуума. Механическое продвижение полностью зависит от частоты вращения двигателя, в то время как продвижение вакуума контролируется исключительно нагрузкой двигателя.Нам нужны и то, и другое, потому что на улице мы можем иметь низкую нагрузку при очень высоких оборотах двигателя — скажем, 6000 при едва открытой дроссельной заслонке — или очень высокую нагрузку (WOT) при очень низких оборотах двигателя, например 1500 об / мин. У этих двух ситуаций очень разные требования к моменту зажигания.

Теперь давайте представим критическую переменную синхронизации кулачка. Давайте возьмем крайний пример с двигателем малого объема, таким как карбюраторный Ford 5.0L с большим гидравлическим роликовым кулачком с продолжительностью 230 градусов при 0,050 дюйма и 0.565 дюймов подъема клапана. Даже с 16 градусами начального момента, допустим, наш двигатель почти не работает на холостом ходу при 8 дюймах вакуума в коллекторе, и он поддерживается герметичным гидротрансформатором, потому что в нем также есть закись азота.

Даже при сжатии 9,5 или 10,0: 1 применение распределительного вала длительного действия означает, что давление в цилиндре на низких скоростях будет значительно снижено по сравнению с более мягким кулачком. Этот двигатель будет реагировать на большее увеличение вакуума на крейсерских скоростях при частичном открытии дроссельной заслонки, чтобы улучшить его управляемость и реакцию на дроссельную заслонку.Наш опыт показывает, что подключение механизма подачи вакуума к источнику вакуума в коллекторе увеличивает синхронизацию на холостом ходу и улучшает качество холостого хода на передаче с автоматической коробкой передач. Более мягкие приложения также могут извлечь выгоду из этой идеи, но потребуют некоторых экспериментов. Некоторые компании, такие как Crane, Moroso, Pertronix и Summit Racing, предлагают регулируемые канистры с опережением вакуума, которые позволяют настраивать кривую опережения в соответствии с требованиями вашего двигателя.

Давайте воплотим эти идеи в жизнь на конкретном примере.Мы бросили очень мягкий малый блок 383ci в ранний El Camino, протолкнув трансмиссию Th450 и очень плотный 11-дюймовый преобразователь. При 16 градусах начальной синхронизации и правильно отрегулированной цепи холостого хода в карбюраторе Холли двигатель изо всех сил пытался работать на холостом ходу, при этом вакуум в передаче упал до уровня ниже 8 дюймов рт. Добавление большего начального тайминга означало внесение серьезных изменений в распределитель HEI, чтобы ограничить механическое движение вперед, которое было идеальным при 20 градусах (16 начальных + 20 механических = 36 градусов в сумме).

Распределитель был снабжен регулируемым баллоном опережения вакуума, поэтому мы просто подключили баллон к вакууму в коллекторе, что добавило 14 градусов опережения, создавая 30 градусов опережения на холостом ходу. Вакуум холостого хода мгновенно улучшился до 12 дюймов на передаче и позволил нам снизить скорость холостого хода, чтобы свести к минимуму этот раздражающий лязг двигателя при включении передачи. Дополнительное опережение вакуума также позволило нам еще немного обеднить смесь холостого хода. У этого двигателя было только сжатие 8,5: 1, поэтому он предпочитает больше времени.После дополнительной езды и настройки мы доработали эту комбинацию с 14 градусами начального, 20 градусов механического опережения и 14 градусов опережения вакуума для 48 градусов на крейсерских скоростях шоссе, но при этом она отлично работает на топливе с октановым числом 87.

В конце концов мы добавили более свободный преобразователь, который позволил нам убрать опускание вакуума в коллекторе на холостом ходу. Этот более свободный преобразователь позволил нам уменьшить общее опережение на холостом ходу на передаче до более консервативных начальных 18 градусов, что улучшило качество холостого хода на передаче из-за уменьшенной нагрузки.

Каждый двигатель будет иметь разные требования к фазе газораспределения в зависимости от комбинации параметров конструкции камеры сгорания, сжатия, октанового числа, фаз газораспределения и кривой зажигания. Лучший способ определить идеальную кривую — внести небольшие изменения и оценить их в течение нескольких дней вождения, прежде чем предпринимать дальнейшие изменения. Обратите внимание на то, что сообщает ваш движок, и запишите изменения в блокнот.

Это всего лишь один пример, но он служит для иллюстрации того, как можно манипулировать моментом зажигания для улучшения характеристик двигателя с неполным дросселем.Недавно HOT ROD выпустили колонку To The Rescue, в которой малоблочный двигатель Ford с плохим ходовым ходом радикально улучшил реакцию на дроссельную заслонку, просто применив синхронизацию и впрыскивание. Очень мало журналов посвящено характеристикам неполного газа, но это критически важно для уличных двигателей. Если задуматься, уличный двигатель легко тратит 95 процентов своей жизни на частичном открытии дроссельной заслонки и на холостом ходу. Почему бы вам не потратить время на то, чтобы ваш двигатель работал наилучшим образом там, где он будет проводить почти весь свой срок службы? Потратьте немного времени на работу с таймером, и мы гарантируем, что ваш двигатель будет вам рад.

Просмотреть все 12 фотографий Просмотреть все 12 фотографий Это типичный механический механизм продвижения на распределителе HEI с парой грузов, которые перемещаются наружу при увеличении частоты вращения двигателя. Вы можете создать индивидуальную кривую, смешав пружины из комплекта пружин послепродажного обслуживания. Один из двух слотов обозначен стрелкой. Единственный способ уменьшить общее механическое продвижение — уменьшить длину паза. Для этого потребуется разборка, пайка или сварка. См. Все 12 фото. Распределители MSD используют один паз и штифт со втулкой, которая удерживается гайкой.Изменение диаметра втулки позволяет тюнеру увеличивать или уменьшать механическое продвижение. Распределители MSD на заводе оснащены самой большой (черной) втулкой, которая сводит к минимуму механическое продвижение. Втулки меньшего размера поставляются с распределителем. При замене втулки не забудьте нанести пятно Loctite на резьбу. Мы видели, как эти гайки отваливались. См. Все 12 фотографий. Канистры с опережением вакуума перемещают пластину в распределителе, когда вакуум применяется к внутренней диафрагме.Вакуум, приложенный к диафрагме, увеличивает положение звукоснимателя, изменяя синхронизацию. Регулируемые вакуумные канистры доступны для самых популярных дистрибьюторов и обычно идентифицируются по восьмиугольной форме. В этом случае используется шестигранный ключ на 3/32 дюйма для регулировки скорости подачи. См. Все 12 фотографий См. Все 12 фотографий На дисплее отображается как общий подъем (32 градуса), так и частота вращения двигателя (2580). Чтобы использовать этот обратный светильник, просто нажимайте кнопки «Вперед» (стрелка вверх) или «Задержка» (стрелка вниз), пока отметка ВМТ не совместится с нулевой отметкой на вкладке синхронизации двигателя.Затем дисплей сообщает нам, что у нас есть угол поворота на 32 градуса при 2580 об / мин. См. Все 12 фотографий. Вот небольшой совет по определению вращения на любом распределителе с вакуумным баллоном. Расположите руку параллельно баллону подачи вакуума, как показано на рисунке. Ваши пальцы будут указывать в направлении вращения распределителя. Этот распределитель Chevrolet HEI вращается по часовой стрелке. Дистрибьюторы Ford размещают вакуумный баллон на противоположной стороне корпуса, что означает, что они вращаются против часовой стрелки. См. Все 12 фотографий Вы можете купить ленту синхронизации в MSD, которая будет отображать метки синхронизации так же, как балансировщик с пониженной степенью защиты, поэтому вам не понадобится подсветка циферблата.Или вы можете сделать свою собственную ленту, как мы сделали здесь. Умножьте диаметр балансира на 3,1417 () и разделите это значение на 180, чтобы получить расстояние на 2 градуса. Для балансира диаметром 8 дюймов мы округлили это значение в 2 градуса до 0,140 дюйма. Таким образом, 30-градусная отметка находится на расстоянии 2,1 дюйма от нулевой отметки на ленте. См. Все 12 фотографий. Вся эта настройка предполагает, что система зажигания уже находится в оптимальном состоянии. Всегда используйте высококачественную крышку распределителя с латунными соединениями, такими как эта деталь MSD, вместо дешевых алюминиевых и тратьте деньги на качественные провода свечей зажигания, такие как MSD, Moroso и другие.Посмотреть все 12 фото Даже мелочи могут иметь значение. Свечи зажигания с выступом (слева) перемещают искру немного ближе к середине камеры и имеют небольшое преимущество перед стандартными свечами (справа). См. Все 12 фотографий Этот график иллюстрирует типичную механическую кривую опережения, которая включает начальную синхронизацию 10 градусов, всего 32 градуса. Это соответствует механическому подъему на 22 градуса. См. Все 12 фотографий На этом графике показана кривая опережения вакуума, добавляющая до 14 градусов дополнительного времени при 18 дюймах ртутного столба.Комбинируя эти две кривые, можно получить до 46 градусов при крейсерской скорости 3000 об / мин, если вакуум в коллекторе составляет 18 дюймов рт. Ст. Или выше (32 + 14 = 46).

5.3L LS Время в зависимости от карты нагрузки

Нагрузка (Дроссельная заслонка в процентах)	1 000 90 511	2 000	3 000	4 000	5 000	6 000
10%	40	50	53	52	49	44
20%	32	34	38	40	36	32
30%	24	28	31	33	32	30
40%	18	25	28	32	31	29
50%	10	16	21	26	29	29
60%	4	12	17	26	28	28
70%	-11	8	14	26	28	28
80%	-11	6	14	26	28	28
90%	-11	6	14	26	28	28
100%	-11	4	14	26	28	28

Показать все

Если вы обратитесь к графикам, вы заметите, что они обе являются линейными (прямолинейными) кривыми.Двигатели с электронным управлением обладают преимуществом нелинейных кривых зажигания. Эта диаграмма представляет собой упрощенный пример временной карты на основе нагрузки, созданной для двигателя грузовика GM 5.3L LS с октановым числом 87. По сути, эта карта представляет собой комбинацию начального, механического и вакуумного продвижения. Вертикальная шкала представляет собой процент открытия дроссельной заслонки (нагрузки), в то время как обороты представлены на горизонтальной шкале. Как и следовало ожидать, по мере увеличения нагрузки время уменьшается. В качестве крайнего примера, вы никогда бы не достигли WOT (100 процентов) при 1000 об / мин, но если бы это произошло, вы можете видеть, что карта минимизирует время до -11 градусов, что составляет 11 градусов после ВМТ, который резко замедляется до предотвратить детонацию.И наоборот, при 10-процентном открытии дроссельной заслонки при 3000 об / мин время составляет 53 градуса до ВМТ. Это время на основе нагрузки.

Описание	Номер детали:	Источник:	Цена:
Таймер с электронным циферблатом Innova	3568	Summit Racing	$ 99.97
Кран HEI прил. Vac. комплект тазов и пружин	99600-1	Summit Racing	35 долларов.40
Регулируемая вакуумная канистра ACCEL HEI	31035	Summit Racing	24,32 доллара США
Регулируемая вакуумная канистра Pertronix HEI	D9006	Summit Racing	$ 18.97
Регулируемая вакуумная канистра Summit HEI	850314	Summit Racing	$ 12.97
Стандартный мотор SB Ford прил. Vac. канистра	VC192	Summit Racing	36 долларов.97
Summit LA Mopar adj. вакуумная канистра	850426	Summit Racing	$ 19.97
Кран GM очков расст. вакуумная реклама комплект	99601-1	Summit Racing	$ 35,43
Лента синхронизации MSD	8985	Summit Racing	$ 4,25

Показать всеСмотреть все 12 фотографий

Распределительный вал — теория распределительного вала

Проверка и регулировка фаз газораспределения может быть немного пугающей для гонщиков или начинающих сборщиков двигателей, потому что поначалу это немного сложно.Но это также жизненно важно, потому что неправильное решение может стоить вам серьезной силы. Кроме того, возможность изменять синхронизацию кулачков может помочь адаптировать кривую мощности вашего двигателя к вашим потребностям.

Доказательством этого является тот факт, что студенты высшего уровня в классе гоночных двигателей Технического института NASCAR начинают свой курс с того, что целый день или более обсуждают только синхронизацию распределительных валов. Такие вопросы, как проверка фаз газораспределения, чтобы убедиться, что она соответствует вашей карте распределительного вала, продвижение или замедление распредвала, чтобы повлиять на выработку мощности, и даже проверка и понимание того, как такие вещи, как перекрытие, продолжительность и даже общий подъем клапана, преподаются в качестве основы потому что это влияет почти на все остальное.

Просмотреть все 6 фотографий

Мы понимаем, что длинные статьи с практическими рекомендациями по получению степени в распределительном валу могут вызвать тусклость у читателя, но когда мы услышали методы инструктора Крейга Хибдона по обучению синхронизации фаз газораспределения и насколько хорошо его ученики отреагировали на это, мы спросили если бы мы могли основывать статью на его классе. Метод оценки кулачка, разработанный Техническим институтом NASCAR, не уникален; Фактически, большинство производителей двигателей следуют некоторым вариантам этого метода. Но методы, которые Хидбон использует для представления этих иногда сложных концепций, настолько просты и понятны, насколько мы когда-либо слышали.Итак, перейдите к первой странице вашего класса учебников, мы собираемся немного повеселиться.

Обнаружение ВМТ поршня Для моделирования распредвала необходимо измерить общий подъем кулачков, осевые линии кулачков для впускных и выпускных кулачков, продолжительность работы распределительного вала при подъеме на 0,050 дюйма и расстояние между кулачками. Но прежде чем мы сможем сделать что-либо из этого, мы сначала должны найти положение коленчатого вала, когда поршень в цилиндре номер один находится в верхней мертвой точке (ВМТ).

После того, как вы установили коленчатый вал и распределительный вал и соединили их с вашим набором ГРМ, убедитесь, что ваш кулачок установлен «прямо вверх», что означает, что отметки на шестернях ГРМ направлены друг к другу.На этом этапе распредвал должен быть установлен так, как задумано производителем кулачка. Но это всегда следует проверять, потому что любое количество переменных может нарушить синхронизацию кулачка. Эти факторы включают, помимо прочего, неправильно маркированную цепь привода ГРМ, ошибки при обработке блока, ошибки сборки или даже неправильно заточенный распределительный вал.

Просмотреть все 6 фотографий

Чтобы определить ВМТ поршня, вам понадобится градусное колесо, прикрепленное к коленчатому валу, указатель градусного колеса и стопор поршня. Установите градусное колесо на переднюю часть коленчатого вала и поместите указатель (часто просто кусок проволоки) над градусным колесом как можно ближе, не касаясь его.Упор поршня может ввинчиваться в отверстия для свечей зажигания или просто быть ремнем, который натягивает на деку блока. Это не имеет значения, пока поршень не достигает ВМТ.

Медленно вращайте кривошип по часовой стрелке, пока верхняя часть поршня не коснется упора поршня, и проверьте положение указателя на колесе градуса. Считайте от нулевой отметки на колесе и запишите это. Теперь медленно вращайте кривошип против часовой стрелки, пока поршень снова не коснется стопора поршня.И еще раз обратите внимание на градусы на колесе градусов в направлении, ближайшем от нулевой отметки. Другими словами, оба ваших показания должны быть меньше 180 градусов. Теперь найдите среднее значение этих двух чисел. Например, если ваши показания составили 36,75 по часовой стрелке и 35,25 при повороте коленчатого вала против часовой стрелки, среднее значение составит 36 градусов.

Снимите стопор поршня и вращайте коленчатый вал, пока стрелка не окажется над отметкой 36 градусов, которая находится между двумя вашими показаниями.Ваш поршень теперь в ВМТ. Отрегулируйте градусное колесо, не позволяя коленчатому валу двигаться, так, чтобы нулевая отметка на колесе находилась под стрелкой. Теперь мы готовы приступить к работе.

Измерить подъемник очень просто. Все, что вам нужно, это действующий индикатор с удлинителем, чтобы вы могли достать кулачок через отверстие подъемника. Индикатор должен находиться на той же линии, по которой будет следовать атлет, чтобы показания были точными.

Проверните коленчатый вал до тех пор, пока циферблатный индикатор не окажется на основной окружности рабочего выступа кулачка.Это область на задней стороне лепестка, обеспечивающая нулевую подъемную силу. Когда вы знаете, что циферблатный индикатор находится на основном круге, обнулите манометр. Теперь крутите рукоятку и следите за индикатором. По мере того, как лепесток перемещается под конец циферблатного индикатора, игла начинает двигаться. Наблюдайте, пока игла не остановится и не начнет двигаться в обратном направлении. Это максимальный подъем лепестка.

Важно отметить, что подъем лепестка — это не то же самое, что подъем клапана. Если вы проверяете свою кулачковую карту, убедитесь, что вы смотрите на цифры подъема лепестков.Чтобы определить общий подъем клапана, умножьте максимальное значение подъема лепестка на коэффициент коромысла. Например, если общий подъем лепестков составляет 0,420 дюйма, и вы используете коромысла с соотношением сторон 1,6: 1, общий подъем клапана должен составлять 0,672 дюйма.

Осевая линия кулачка определяется как точка максимального подъема клапана и измеряется в градусах коленчатого вала от ВМТ поршня. Центральная линия доли часто — но не всегда — находится на половине длины доли. Когда это происходит, это называется «асимметричным кулачком» и обычно используется для гоночных кулачков сверхвысокого класса.

Начните с циферблатного индикатора на впускной части цилиндра номер один и вращайте коленчатый вал по часовой стрелке, пока не достигнете максимального подъема клапана. Обнулите циферблатный индикатор. Теперь поверните кривошип против часовой стрелки, пока высота подъема клапана не упадет как минимум на 0,100. Снова вращая рукоятку по часовой стрелке, проверните двигатель, пока шкала не покажет 0,050. 0,050 — это наше целевое число, но мы вышли за его рамки, а затем вернулись, потому что вы всегда хотите снимать показания, когда двигатель вращается в том же направлении, что и при работе.Провисание цепи привода ГРМ может испортить ваши показания, если вы проведете какие-либо измерения при вращении двигателя назад. Если у вас установлены все восемь поршней, кольца могут затруднить переворачивание двигателя и затруднить попадание в ваши следы. Если вы случайно зашли слишком далеко, сделайте резервную копию и попробуйте еще раз. Только не снимайте никаких показаний сразу после поворота рукоятки против часовой стрелки.

Просмотреть все 6 фотографий

После того, как индикатор будет на 0,050, снимите показания с колеса градуса. Колеса с большинством градусов позволяют выполнять измерения в градусах от ВМТ (нулевой отметки) в обоих направлениях.Подсчитайте градусы от ВМТ до указателя по кратчайшему пути. Другими словами, ваше чтение должно быть меньше 180 градусов. После того, как вы сделаете это измерение, поверните двигатель по часовой стрелке до максимального подъема клапана, пока он не упадет на 0,050 с другой стороны. Снова снимите измерение с помощью градусного колеса. И снова выбирайте кратчайший путь, считая от отметки ВМТ до указателя (он должен быть меньше 180 градусов).

Ваша средняя линия является средним из этих двух чисел.Например, если ваши показания были 60 и 145,5 градусов, тогда ваша центральная линия будет 102,75. Это означает, что впускной клапан достигает максимального подъема 102,75 градуса после достижения поршнем ВМТ. Повторите процесс еще раз для выпускного клапана.

Просмотреть все 6 фотографий

Как только вы сможете определить центральную линию своего лепестка, вы сможете влиять на диапазон мощности вашего двигателя, перемещая или замедляя положение распределительного вала относительно блока. Есть несколько разных способов изменить синхронизацию кулачка, но все они тем или иным образом меняют соотношение между кулачковой шестерней и кривошипно.

Опережая синхронизацию кулачка, события открытия и закрытия клапана перемещаются раньше в цикле. Поскольку соотношение между впускным и выпускным кулачками нельзя изменить, продвижение или замедление кулачка в равной степени влияет как на впускной, так и на выпускной клапан. Кроме того, наиболее важным фактором, влияющим на мощность двигателя при движении вперед или назад, является закрытие впускного клапана. Например, если распределительный вал выдвинут вперед, впускной клапан закрывается раньше. Это обычно увеличивает сжатие коленчатого вала кулачка с длительной гонкой.Результатом является больший крутящий момент и мощность в нижних диапазонах оборотов. Но по мере увеличения оборотов в минуту скорость воздушного / топливного заряда во впускных каналах также резко возрастает, и раннее закрытие впускного клапана снижает мощность.

С другой стороны, если распределительный вал запаздывает, впускной клапан закроется позже (обычно во время такта сжатия). Как и следовало ожидать, это снижает компрессию при запуске и снижает мощность на низких оборотах. Но по мере увеличения числа оборотов и наполнения цилиндров из-за экстремальной скорости воздушного / топливного заряда в портах запаздывающий распределительный вал способствует увеличению мощности.Обычно изменение — опережение или замедление — должно быть меньше восьми градусов. Если вам нужно сделать больше, вам следует подумать об использовании другой камеры.

Продолжительность — это время, в течение которого клапан (впускной или выпускной) открыт. Как и осевая линия, он измеряется в градусах вращения коленчатого вала. Это число фиксируется после того, как коленчатый вал заземлен, и не изменится, если он опережает или замедляет ход.

Есть два типа продолжительности, обычно называемые «объявлено» и «на 0».050. «Разница заключается в измерении, особенно когда вы считаете, что клапан открыт. Рекламируемая продолжительность — это число, которое предоставляют производители. Но вы не можете сравнивать рекламируемые цифры продолжительности, потому что почти все производители используют разные числа подъема клапана для начала измерения. Один производитель может начать измерение продолжительности с 0,003 подъема клапана, в то время как другой может использовать 0,006. Кроме того, поскольку подъемник все еще движется относительно медленно при таких малых значениях подъема, его довольно сложно точно измерить.

Тактика большинства производителей двигателей заключается в том, чтобы в основном заботиться о продолжительности 0,050. Это означает количество градусов коленчатого вала, на которое кулачок удерживает клапан в открытом состоянии от точки, в которой он поднимается на 0,050 дюйма от седла, до тех пор, пока он не опустится в пределах 0,050 от седла. Большинство кулачковых карт имеют значения продолжительности 0,050, и это легко измерить при такой величине подъемной силы.

Посмотреть все 6 фото

Начните, как и раньше, с циферблатного индикатора на выступе кулачка. На этот раз, однако, расположите кулачок так, чтобы циферблатный индикатор находился на основной окружности (нулевой подъем), и обнулите циферблат.Поверните двигатель в обычном направлении вращения, пока не получите подъемную силу 0,050, и посмотрите на свое градусное колесо. Подсчитайте свои градусы от ВМТ или НМТ (в зависимости от того, что ближе) и запишите это. Это ваш начальный номер.

Затем продолжайте вращать двигатель через максимальный подъем распределительного вала и остановитесь, когда подъемник окажется на 0,050 дюйма от базовой окружности. Опять же, подсчитайте градусы от ВМТ или НМТ до указателя и отметьте это. Это ваш последний номер. И открывающее, и закрывающее числа никогда не должны быть больше 90 градусов.Чтобы узнать продолжительность, добавьте начальное число плюс заключительное число плюс 180 градусов. Например, если ваше начальное число — 38,25, а ваше заключительное — 67, ваша продолжительность для этой доли будет 285,25.

При проверке продолжительности следует проверять как впуск, так и выпуск. Больший срок службы распределительного вала, как для впускных, так и для выпускных кулачков, обычно полезен для гонок. Так же, как и при замедлении кулачка, более длительное время будет задерживать закрытие клапана, что может снизить компрессию при запуске, но позволит увеличить наполнение цилиндра на высоких уровнях оборотов.