При вращении распределительный вал воздействует на рычаг, который, в свою очередь, воздействует на шток клапана, открывая нужный клапан.
Газораспределительный механизм (ГРМ): устройство, назначение и принцип работы
Сердцем всех силовых установок и ключевым компонентом двигателя внутреннего сгорания является сложный механизм синхронизации (ГРМ). Функция механизма ГРМ заключается в управлении впускными и выпускными клапанами двигателя. В такте впуска открывается впускной клапан, и смесь воздуха и топлива или воздуха (в случае дизельных двигателей) поступает в камеру сгорания. На стороне выхлопа открывается выпускной клапан для вентиляции камеры сгорания.
Механизм синхронизации состоит из следующих элементов
- Распределительный вал, изготовленный из чугуна или стали, отвечает за открытие и закрытие клапана ГРМ во время работы цилиндра. Он крепится к картеру, который закрыт крышкой ГРМ, или к головке блока цилиндров. При вращении вала на цилиндрическом валу приводятся в действие клапаны. Кулачки распределительного вала воздействуют на клапаны. Каждый клапан приводится в действие отдельным кулачком.
- Заглушки также изготавливаются из чугуна или стали. Их задача — передавать энергию от распределительного вала к клапану.
- Впускные и выпускные клапаны. Их задача — подавать в камеру сгорания воздушную смесь и удалять отработавшие газы. Клапаны имеют стержни с плоской головкой. Основное различие между впускными и выпускными клапанами заключается в диаметре головки клапана. Входное отверстие изготовлено из хромированной стали, а выходное — из жаропрочной стали. Шток клапана выполнен в виде цилиндра с необходимыми пазами для удержания пружины. Клапан перемещается только в направлении гильзы. Для предотвращения попадания масла в камеру сгорания цилиндра установлены уплотнения. Он изготовлен из маслостойкой резины. Каждый клапан оснащен внутренней и внешней пружиной и снабжен шайбой и диском.
- Стержни. Необходим для передачи энергии от движителя к рычагу ножниц.
- Движение зубчатой передачи. Передает и перемещает вращение коленчатого вала на распределительный вал, который движется с половинной скоростью коленчатого вала. Распределительный вал делает один оборот на каждые два оборота коленчатого вала. Это рабочий цикл, и клапаны открываются одновременно.
Это общая схема конструкции системы синхронизации и механизма синхронизации. Следующий шаг — понять внутреннее функционирование системы синхронизации.
Работа газораспределительного механизма
Система хронометража разделена на четыре фазы.
- Впрыск топлива в камеру сгорания цилиндра.
- Сжатие.
- Мощность.
- Удаление выхлопных газов из камеры сгорания цилиндра.
Более подробно рассмотрим принцип работы газораспределительного механизма.
- Подача топлива в камеру сгорания цилиндра происходит за счет движения коленчатого вала, который передает усилие на поршень, который начинает свое движение от так называемого TDC (дальше которого поршень не поднимается) до NFT (это точка, дальше которой поршень не опускается, соответственно). Во время этого движения поршня одновременно открываются впускные клапаны, и воздушная смесь заполняет камеру сгорания цилиндра. После впрыска нужного количества топливно-воздушной смеси клапаны закрываются. Коленчатый вал поворачивается на 180° от своего исходного положения.
- Сжатие. Когда поршень достигает точки TDC, он продолжает свое движение. Когда воздушная смесь сжимается в цилиндре, она меняет направление на TDC. Когда поршень достигает наивысшей точки, фаза сжатия заканчивается. Коленчатый вал продолжает движение и вращается на 360°. На этом фаза сжатия завершена.
- Инсульт. Когда поршень находится в высшей точке цилиндра, воздушно-каучуковая смесь воспламеняется свечой зажигания. В этот момент достигается максимальный момент сжатия. Затем плунжер начинает двигаться вниз. Газы, образующиеся при сгорании смеси воздуха и топлива, начинают оказывать большее давление на поршень. Это движение — удар. Когда поршень достигает пробивного отверстия, фаза корня завершается.
- Плунжер перемещается в верхнюю часть цилиндра. Поршень перемещается в высшую точку цилиндра, и все это достигается за счет усилия вала синхронизации коленчатого вала. В результате открывается выпускной клапан, и поршень начинает освобождать камеру сгорания цилиндра от газов, образующихся после сгорания воздушной горючей смеси в камере сгорания цилиндра. После достижения наивысшей точки и освобождения от газа. Поршень начинает движение вниз. Когда поршень достигает своей высшей точки, рабочая фаза удаления газов из камеры сгорания завершается, и коленчатый вал совершает поворот на 720° от своего исходного положения.
Клапаны в системе ГРМ синхронизированы с коленчатым валом двигателя для точной работы клапанов.
Неисправности ГРМ
Основными ошибками в системе хронометража являются
- Снижение компрессии и разрыв трубопроводов. Обычно это происходит после загрязнения, коррозии или прогорания поверхностей клапанов из-за несоответствия импортных и выпускных клапанов. На это могут влиять и другие факторы, например, деформация головки цилиндра, поломка пружин, износ пружин, задевание вала клапана за втулку клапана или полное отсутствие пространства между запирающим рычагом и клапаном.
- Снижение мощности, удары двигателя и металлические удары. Эти симптомы возникают из-за того, что впускные и выпускные клапаны открываются не полностью, не позволяя части воздушно-каучуковой смеси попасть в камеру сгорания цилиндра. В результате возникает большой тепловой зазор или повреждение противовеса, что приводит к сбоям и неправильной работе клапана.
- Механический износ компонентов, таких как водила коленчатого вала, зубья распределительного вала и плохая центровка распределительного вала. Механический износ компонентов обычно происходит, когда двигатель работает в критических пределах в течение длительного времени.
- Зубчатые ремни с собственным гарантийным сроком, цепи, которые отключаются после длительного использования и постоянного воздействия нагрузки, водители цепей и зубчатые ремни также могут привести к повреждению двигателя.
В таких случаях нередко требуется замена цепи ГРМ, но поврежденные компоненты ГРМ также могут быть отремонтированы.
Головки клапанов специально не приглаживаются, чтобы обеспечить более плотное прилегание к отверстию головки цилиндра. Это известно как сидение. Помимо самих клапанов, механизм имеет дополнительные компоненты, которые обеспечивают правильную работу.
Принцип действия газораспределительного механизма
Весь процесс синхронизации основан на синхронном движении двух осей (коленчатого и распределительного валов). Это синхронизированное движение обеспечивает открытие впускных/выпускных клапанов цилиндров двигателя в нужное время.
При вращении распределительный вал воздействует на рычаг, который, в свою очередь, воздействует на шток клапана, открывая нужный клапан.
При следующем повороте распределительного вала он снимается с рычага, и рычаг возвращается в исходное положение, закрывая клапан.
Классификация ГРМ
Современные автомобильные двигатели могут быть оснащены различными типами механизмов синхронизации.
Зубчатые передачи делятся на четыре категории
- От положения распределительного вала — верхнее или нижнее положение, и
- От количества распредвалов — одинарный (SOHC — single overhead camshaft) или двойной (DOHC — double overhead camshaft), и
- Количество клапанов — 2, 3, 4, 5,.
- С приводом распределительного вала — цепь, шестерня, синхронизация
Расположение верхнего вала в головке цилиндра является наиболее распространенным и эффективным. Клапаны открываются и закрываются от распределительного вала через приводной рычаг (плунжер). Расположение распределительного вала упрощает общую конструкцию двигателя, снижает его вес и минимизирует инерцию.
Устройство газораспределительного механизма
Распределительные валы, плунжеры, клапаны, коромысла, приводы и исполнительные механизмы — основные компоненты системы ГРМ.
Данная схема основана на © Volkswagen
Распределительные валы обеспечивают синхронность закрытия или открытия клапанов в клапанной системе в соответствии с порядком работы цилиндров двигателя и синхронизацией движения газов в механизме. Распределительные валы изготавливаются из высокопрочной стали (с дополнительной закалкой) или чугуна. Валы оснащены подшипниками и кулачками. Геометрия распределительного вала влияет на рабочую фазу газораспределения, частоту работы клапана и фазы газораспределения.
На конце распределительного вала установлена шестерня цепной передачи. Вал установлен в корпусе подшипника, прикрепленного к головке цилиндра. Упорный фланец, установленный на конце корпуса подшипника, предотвращает осевое перемещение распределительного вала.
Плунжер является компонентом системы ГРМ, и его основная функция заключается в передаче усилия от кулачка распределительного вала к шатуну. Заглушки изготавливаются из высокопрочной стали или чугуна.
Существует три типа заглушек: грибовидные, цилиндрические и цилиндрического типа. Присоска может перемещаться в небольшом корпусе, прикрепленном к направляющей блока роликов или блоку роликов.
Клапаны предназначены для подачи топлива в цилиндры двигателя и отвода выхлопных газов.
Конструкция клапана состоит из стержня клапана и плоской головки клапана. Головка клапана имеет плоскую скошенную кромку под углом 45°. Диаметр головки впускного клапана намного больше диаметра выпускного клапана, так как количество газа, выходящего из камеры сгорания, превышает количество топлива.
Клапан ГРМ расположен в головке цилиндра, и место его соединения также имеет коническую форму и называется седлом.
Впускные клапаны изготовлены из хромированной стали, а выпускные — из стали с высокой температурой плавления. Седла клапанов изготовлены из жаропрочного чугуна.
Стержень клапана имеет цилиндрическую форму и специальную выемку в верхней части для крепления пружины клапана.
Клапаны приводятся в движение только чугунными или стальными кольцами. Сам привод установлен на головке цилиндра.
Чтобы предотвратить попадание масла в камеру, между штоком клапана и втулкой привода устанавливается резиновый уплотнительный колпачок.
Каждый клапан имеет внутренние и внешние пружины. Пружины удерживаются на месте шайбами, поддонами и бамперами.
Клапан открывается приводом, который передает энергию от распределительного вала к клапану.
Современные автомобильные двигатели, чаще всего используемые в серийных автомобилях, имеют два впускных и два выпускных клапана в каждом цилиндре.
Для передачи действия на руки используются вилки. Эти компоненты могут быть в виде полых цилиндрических стержней со стальными выступами.
Стержни изготовлены из износостойкого алюминиевого сплава и крепятся с одной стороны к стопорному рычагу, а с другой — к перкуссии.
Москитный рычаг передает усилие от рычага к впускному/выпускному клапану. Рычаги могут быть выполнены в виде двуплечих рычагов, установленных на валу. Один рычаг (в клапане) немного длиннее другого (на рычаге распределительного вала).
