Грм состоит из: Как устроен газораспределительный механизм | Новости автомира

Газораспределительный механизм

Газораспределительный механизм служит для управления впускными и выпускными клапанами двигателя

Двигатель

Газораспределительный механизм обеспечивает впуск топливо-воздушной смеси в цилиндры двигателя и последующее удаление отработавших газов из камеры сгорания.

Назначение газораспределительного механизма

ГРМ — один из самых сложных узлов в двигателе, так как его задача не только открывать и закрывать группы клапанов, но и делать это в строго определенный момент. Работа газораспределительного механизма синхронизирована с работой зажигания и впрыска.

Перенос распределительного вала привел к революционному развитию ГРМ и появлению двигателей с большим количеством клапанов на 1 цилиндр

Чтобы увеличить скорость движения, водитель нажимает на педаль акселератора, увеличивая поступление в двигатель топлива и воздуха. «Воспринять» усилившийся поток двигатель может только одним образом — за счет увеличения оборотов, а значит, группы клапанов должны открываться и закрываться чаще. Инженеры нашли простое и изящное решение для этой задачи, обеспечив привод ГРМ непосредственно от коленчатого вала. Чем быстрее вращается коленвал, тем чаще открываются и закрываются клапана, а значит, двигатель успевает пропустить через себя и сжечь ровно столько смеси воздуха и топлива, сколько нужно для развития желаемой скорости.

Конструкция газораспределительного механизма

Сложные задачи может решить только сложный механизм, поэтому ГРМ состоит из нескольких групп деталей. Клапана открывают и закрывают каналы впуска и выпуска, приводные механизмы вращают валы с заданной скорость, а распределительные валы обеспечивают своевременное открытие и закрытие клапанов.

В верхней части блока цилиндров расположена головка блока цилиндров (ГБЦ). На ней расположен распределительный вал, клапаны, толкатели или коромысла. Шкив привода распределительного вала находится за пределами головки блока цилиндров. Чтобы масло не вытекало из-под клапанной крышки, на шейке распредвала есть сальник. Клапанная крышка устанавливается через прокладку, устойчивую к горюче-смазочным материалам. Ремень или цепь ГРМ надевается на шкив распределительного вала, а приводится в действие шестерней коленчатого вала. Для натяжения ремня применяются ролики, а для натяжения цепи – «башмаки». Обычно в системе применяется два ремня или ремень и цепь. Ремень или цепь приводят в действие механизм ГРМ, а второй ремень – дополнительное оборудование.

Распределительный вал – это ось с выточенными «кулачками». Когда вал вращается, кулачки соприкасаются с толкателями клапанов в моменты, соответствующие тактам двигателя.

Клапанная группа и распределительный вал

Клапанная группа это не только клапаны, но и направляющие втулки, пружины и детали крепления, а также передаточные элементы.

Распредвал, или кулачковый вал, в определенный момент надавливает на штоки клапанов или рычаги (рокеры, коромысла и тп), которые передают усилие на штоки. Механизм нуждается в регулировке, поэтому в состав передаточных элементов входят также регулировочные шайбы и болты. В некоторых двигателях постоянный зазор достигается автоматической регулировкой — при помощи гидрокомпенсаторов.

Основной недостаток цепного привода ГРМ — слишком шумная работа

Распределительный вал приводится в движение приводным ремнем или цепью. Для передачи энергии от коленчатого вала на одном из торцов распредвала укреплена ведомая звездочка цепного привода или шкив, если в конструкции применен ременный привод.

Вращение распределительного вала в корпусе головки блока цилиндров обеспечивают подшипники, закрепленные в верхней пчасти ГБЦ.

ГРМ с верхним и нижним расположением клапанов

Газораспределительными механизмами с верхним расположением клапанов оснащены практически все современные двигатели. Эта конструкция постепенно сменила нижнеклапанную в середине шестидесятых годов, в начале «гонки за лошадиными силами». Применение верхнеклапанного механизма позволило избавиться от лишних передаточных деталей. Кулачки распредвала, надавливающие непосредственно на штоки клапанов, позволили обеспечить устойчивую работу двигателя на высоких оборотах.  Кроме того, верхнее расположение клапанов позволило упростить ремонт и обслуживание двигателя. Верхнее расположение распредвала позволило уменьшить массу двигателя и снизить уровень шума при его работе. В конечном итоге, благодаря переходу на верхнеклапанную конструкцию, инженерам удалось увеличить количество клапанов (16, 24 и более), установив вместо одного распредвала два — для каждой группы клапанов. Единственным минусом конструкции можно считать только относительную сложность привода, который осуществляется ремнем или цепью.

Предыдущее фото

Следующее фото

Виды привода ГРМ 

Вне зависимости от типа привода в работе ГРМ должно быть обеспечено одно важное условие — положение валов друг относительно друга должно оставаться неизменным. Если один из валов начнет «отставать», синхронизированная работа немедленно нарушится.

Именно поэтому цепной привод ГРМ появился раньше ременного. Роликовая цепь, собранная из звеньев одинаковой длины, обеспечивает постоянство синхронизации наилучшим образом.

Два основных недостатка цепи — шум при работе и сложности, связанные с обеспечением постоянного натяга, побудили инженеров к разработке привода на основе зубчатого ремня. Ремень лишен недостатков цепи, но обладает своими собственными — прежде всего, возможностью обрыва.

Предыдущее фото

Следующее фото

Газораспределительный механизм под контролем

С появлением распределенного впрыска и распространением микропроцессорных систем управления работой двигателя у производителей появились обширные возможности привлекать покупателей не только мощностью автомобилей, но и экономичностью. В процессе борьбы за снижение расхода топлива была придумана система контроля и для газораспределительного механизма. Задача системы изменяемых фаз газораспределения — обеспечивать точнейшую синхронизацию впуска и выпуска в зависимости от режима работы двигателя. Если описать работу этой системы в двух словах, то можно сказать, что скорость вращения распределительных валов в современном двигателе перестала быть постоянной. Это нужно для уменьшения наполнения цилиндров топливо-воздушной смесью в моменты, когда обычный объем смеси почти наверняка не сгорит полностью. К примеру, если водитель едет под уклон, поддерживать скорость помогают законы физики, и в эти секунды подавать в камеру сгорания столько же топлива, сколько необходимо для движения в гору, не нужно. За этими динамическими изменениями следит система VVT, управляющая движением распределительных валов и открытием клапанов.

Газораспределительный механизм (ГРМ) . Устройство автомобиля для сдающих экзамены в ГИБДД и начинающих водителей

Газораспределительный механизм предназначен для своевременного впуска в цилиндры двигателя горючей смеси и выпуска отработавших газов. Также он обеспечивает надежную изоляцию камеры сгорания от окружающей среды во время тактов сжатия и рабочего хода.

ГРМ состоит из следующих основных элементов (рис. 2.11):

? распределительного вала;

? рычагов;

? ремня газораспределительного механизма (ремень ГРМ) или цепи;

? впускных и выпускных клапанов с мощными пружинами;

? впускных и выпускных каналов.

Рис. 2.11. Газораспределительный механизм:

1 — коленчатый вал; 2 — ведущая звездочка; 3 — звездочка натяжного устройства; 4 — двуплечий рычаг; 5 — пружина; 6 — регулировочный винт; 7 — коромысло; 8 — ось коромысла; 9 — наконечник регулировочного винта; 10 — опорная шайба пружины; 11 — наружная и внутренняя пружины; 12 — крепления опорной шайбы на клапане; 13, 16 — выпускной и впускной клапаны; 14 — кулачок; 15 — ведомая звездочка распределительного вала; 17 — упорный фланец

Распределительный вал в большинстве двигателей легковых автомобилей установлен на головке блока цилиндров.

Его образуют кулачки (эксцентрики), количество которых соответствует числу клапанов двигателя, то есть каждый кулачок работает только со своим конкретным клапаном. При вращении распределительного вала его кулачки через рычаги воздействуют на клапаны. Этим обеспечивается своевременное открытие и закрытие впускных и выпускных клапанов. Иными словами, для открытия и закрытия клапанов должен повернуться распределительный (или кулачковый) вал.

В большинстве ДВС распредвал вращается от коленвала: с помощью или цепной передачи, или зубчатого ремня, натяжение которых регулируется специальными устройствами.

Ременный привод работает тише, прост в установке, не требует смазки, упрощает конструкцию двигателя и снижает его массу. Цепной привод имеет обратный эффект. Но если рвется ремень ГРМ, выходят из строя клапаны, если же повреждена цепь, то «страдает» фактически только она. Натяжение в цепном приводе регулируется подпружиненным плунжером, а ремня — роликом.

Большинство современных двигателей оснащено ременным приводом распредвала.

На примере одноцилиндрового ДВС рассмотрим работу газораспределительного механизма (см. рис. 2.7). Распредвал, получив вращение от коленвала, поворачивается. Его кулачок набегает на рычаг, который нажимает на стержень подпружиненного клапана и, преодолев сопротивление пружины, открывает его. Продолжая вращаться, кулачок сбегает с рычага (толкателя), и под воздействием пружины клапан закрывается. Дальше поршень через открытый впускной или выпускной клапан соответственно засасывает горючую смесь или выталкивает отработавшие газы.

Для лучшего наполнения цилиндров рабочей смесью впускной клапан открывается чуть раньше того момента, когда поршень достигает ВМТ, а выпускной (для лучшей очистки от отработавших газов) — несколько раньше, чем поршень доходит до НМТ. В результате впускной клапан начинает открываться в тот момент, когда выпускной клапан еще полностью не закрылся.

Такое положение клапанов называется их перекрытием. Когда же оба клапана в одном цилиндре надежно закрыты, происходит такт сжатия или рабочий ход поршня.

Цепь ГРМ вашего автомобиля и признаки износа

Двигатель вашего автомобиля будет оснащен ремнем ГРМ или цепью ГРМ, чтобы контролировать эффективность двигателя и механику. Как следует из названия, зубчатые ремни или цепи газораспределительного механизма имеют конструкцию, которая подходит к зубьям распределительного вала и коленчатого вала и позволяет им вращаться с точным и точным синхронизацией. До цепей или ремней ГРМ двигатели внутреннего сгорания имели сложную систему зубчатых передач, которая соединяла движения распределительного вала и коленчатого вала.

Эта система передач состояла из множества шестерен, которые можно было присоединить и синхронно вращать. Однако система передач представляла собой проблему, когда дело дошло до массового производства и сборки. Процесс изготовления шестерен был дорогим, и они издавали тревожно громкий шум в двигателе автомобиля.

Именно тогда они поняли, что должны искать более дешевые альтернативы. Это привело к инновациям зубчатых цепей. Через пару лет у автопроизводителей начались проблемы с производством цепей ГРМ, потому что они представляли собой большие металлические компоненты, которые к тому же были относительно дорогими, поэтому автопроизводителям пришлось придумать еще более дешевую альтернативу, например, резиновый ремень ГРМ.

Различия между зубчатыми ремнями и зубчатыми цепями

Зубчатые ремни и зубчатые цепи служат одинаковой цели, а именно соединению коленчатого вала с распределительным валом, чтобы они могли вращаться синхронно. Это важно, потому что для того, чтобы автомобиль функционировал, клапаны должны открываться и закрываться в нужное время.

Основное различие между двумя ремнями заключается в составе материала. Цепь ГРМ состоит из металлической цепи, а ремень ГРМ в основном резиновый. Автомобили, оснащенные либо цепями ГРМ, либо ремнями ГРМ, могут даже отличаться по производительности, однако это зависит от сборки двигателя автомобиля.

Почему в некоторых автомобилях используются ремни ГРМ, а не цепи ГРМ

Поскольку ремни ГРМ дешевле и быстрее в производстве. Автопроизводители, которые производят автомобили в больших количествах, получают выгоду от установки в двигатель ремней ГРМ вместо цепей ГРМ. Одним из примеров является Тойота.

Большинство их автомобилей состоят из двигателя без помех, что означает, что ремни ГРМ выгодны. Более того, автопроизводители хотят производить более тихие автомобили, привлекательные для потребителей, поэтому они соглашаются на ремни ГРМ, потому что они лучше поглощают вибрации и нейтрализуют гармоники двигателя. Это уступает место более тихому автомобилю.

На другом автомобиле некоторые автопроизводители выбирают цепи ГРМ из-за их различных преимуществ. Один из которых включает их невероятную продолжительность жизни. В отличие от ремней ГРМ, цепи ГРМ могут служить в течение всего срока службы вашего автомобиля, и вам, возможно, никогда не придется их заменять.

 

Для двигателей внутреннего сгорания подходят как зубчатые ремни, так и зубчатые цепи. Однако, в зависимости от вашего автомобиля, ремни ГРМ могут привести к дорогостоящим обстоятельствам, если они изнашиваются и рвутся. Чтобы решить, какой из них лучше всего подходит для вашего двигателя, вам потребуется рассмотреть несколько факторов.

 

Приложение H: Системы изменения фаз газораспределения

Страница 384 Делиться Цитировать

Рекомендуемое цитирование: «Приложение H: Системы изменения фаз газораспределения». Национальный исследовательский совет. 2015. Стоимость, эффективность и внедрение технологий экономии топлива для легковых автомобилей .

Вашингтон, округ Колумбия: Издательство национальных академий. дои: 10.17226/21744.

×

Сохранить

Отменить

Приложение H

Системы изменения фаз газораспределения

Система изменения фаз газораспределения (VVT) обычно достигается за счет фазового сдвига распределительного вала относительно коленчатого вала. Путем фазового сдвига распределительного вала события клапана опережают или запаздывают относительно коленчатого вала и положения поршня в цилиндре. Фазер кулачка используется для вращения распределительного вала относительно звездочки цепи привода ГРМ, приводимой в движение коленчатым валом. Типичный кулачковый фазовращатель, показанный на рисунке H.1, состоит из внешнего корпуса и звездочки, приводимой в движение зубчатой ​​цепью, приводимой от коленчатого вала, и внутреннего ротора, соединенного с распределительным валом. Внутренний ротор имеет несколько кулачков, а пространство между этими кулачками и аналогичными кулачками на внешнем корпусе заполнено маслом.

Когда масло задерживается, внутренний ротор вращается вместе с внешним корпусом. Добавление масла с одной стороны кулачков и удаление масла с другой стороны перемещает внутренний ротор относительно внешнего корпуса, тем самым сдвигая фазу распределительного вала относительно коленчатого вала.

Для этой системы, приводимой в действие давлением масла (OPA), обычно требуется масляный насос большего размера для обеспечения необходимого дополнительного потока масла, что представляет собой паразитную потерю, которая немного уменьшает снижение расхода топлива, обеспечиваемое одной системой VVT. Honda недавно представила фазовращатель кулачков с электрическим приводом (от Denso) в 1,3-литровом двигателе MY Fit 2014 года, чтобы обеспечить желаемый фазовый угол для холодного запуска и возможное снижение паразитных потерь. Электрическое управление фазовращателем кулачка заменяет использовавшееся ранее управление давлением масла (OPA).

РИСУНОК H.1 Система изменения фаз газораспределения, приводимая в действие давлением масла.
ИСТОЧНИК: Патентное ведомство США.

BMW использует альтернативную конструкцию фазовращателя, в которой конец распределительного вала содержит косозубые зубья шестерни. Звездочка с цепным приводом содержит подвижную в осевом направлении крышку с соответствующими зубьями винтовой шестерни. Перемещая крышку в осевом направлении, фаза распределительного вала относительно ведомой звездочки коленчатого вала может увеличиваться или уменьшаться. Подвижная крышка, прикрепленная к поршню двойного действия, перемещается за счет приложения давления масла к соответствующей стороне поршня.

Альтернативой системе, приводимой в действие давлением масла (OPA), является система, приводимая в действие крутящим моментом кулачка (CTA), разработанная BorgWarner. Вместо того, чтобы использовать давление масла, подаваемое на кулачковый фазовращатель, система CTA полагается на реакцию силы пружины клапана во время открытия или закрытия клапана. Во время открытия клапана тормозящий момент создается силой пружины клапана, которая используется для замедления синхронизации распределительного вала относительно коленчатого вала.