Газораспределительный механизм

Введение 

Газораспределительный механизм (ГРМ) — механизм своевременного распределения впуска горючей смеси и выпуска отработавших газов в цилиндрах двигателя внутреннего сгорания. Осуществляется путём перекрытия и открытия поршнями продувочных окон цилиндров в двухтактных двигателях, либо открытия и закрытия впускных и выпускных клапанов (в четырехтактных двигателях), имеющих привод от распределительного вала (распредвала) и кулачкового механизма. Распредвал имеет жёсткую синхронизацию вращения с коленвалом, реализованную с помощью шестерёнчатой, зубчаторемённой или цепной передачи.

Как правило, на высокофорсированных двигателях обрыв или проскальзывание ремня или цепи ГРМ приводит к выходу двигателя из строя по причине удара поршней о не вовремя открытые клапана.

ГРМ

_{1. Шкив на  полипчатом валу  для привода генератора; 2. Зубчатый шкив  на коленчатом  валу для привода  распределительного  вала; 3. Зубчатый  ремень привода  распределительного  вала; 4. Шкив насоса  охлаждающей жидкости; 5. Натяжной ролик; 6. Эксцентриковая ось натяжного ролика; 7. Установочная метка (усик) на задней крышке зубчатого ремня; 8. Установочная метка на шкиве распределительного вала; 9. Шкив распределительного вала; 10. Метка опережения зажигания на 5° на передней крышке зубчатого ремня; 11. Метка опережения зажигания на О'; 12. Метка ВМТ на шкиве привода генератора; 13. Установочная метка на крышке масляного насоса; 14. Метка ВМТ на зубчатом шкиве коленчатого вала; 15. Передний корпус подшипников распределительного вала; 16. Задний корпус подшипников распределительного вала; 17. Эксцентрик на распределительном валу для привода топливного насоса; 18. Распределительный вал; 19. Сухари клапана; 20. Тарелка клапана; 21. Наружная пружина клапана; 22. Внутренняя пружина клапана; 23. Опорная шайба пружин; 24. Впускной клапан; 25. Направляющие втулки клапана; 26. Выпускной клапан; 27. Стопорное кольцо; 28. Маслоотражательный колпачок; 29. Толкатель клапана; 30. Регулировочная шайба; 31. Головка цилиндров; 32. Седло клапана; 33. Дистанционное кольцо; 34. I. Проверка натяжения ремня; 35. II. Порядок затягивания болтов крепления головки цилиндров; 36. III. Порядок затягивания гаек крепления корпусов подшипников распределительного вала.} 
 

Типология ГРМ

По расположению распределительного вала выделяют двигатели:

• С распредвалом, расположенным в блоке цилиндров;
• С распредвалом, расположенным в головке цилиндров.

Эти два типа разделяются на целый ряд подтипов в зависимости от расположения и  конфигурации клапанов.

Газораспределительный механизм состоит  из:

• распределительного вала,
• рычагов,
• впускных и выпускных клапанов с пружинами,
• впускных и выпускных каналов.
• ремень газораспределительного механизма или цепь

Распределительный вал располагается  в верхней части головки блока  цилиндров. Составной частью вала являются его кулачки, количество которых соответствует количеству впускных и выпускных клапанов двигателя. Иными словами, над каждым клапаном расположен свой персональный кулачок. Именно эти кулачки, при вращении распределительного вала, обеспечивают своевременное, согласованное с движением поршней в цилиндрах, открытие и закрытие клапанов. 
Распределительный вал приводится во вращение от коленчатого вала двигателя с помощью цепной передачи или зубчатого ремня. Натяжение цепи привода регулируется специальным натяжителем, а ремня - натяжным роликом.

  Схема ременного  привода распределительного  вала

Ремень ГРМ  и цепь являются весьма важными деталями. Цепь считается более надежной, но и ремень выдерживает пробег в  среднем до 60 000 км. Разрыв ремня ГРМ  чреват катастрофическими последствиями для двигателя (будут погнуты клапаны и др.): придется делать сложный и дорогостоящий капитальный ремонт. Кстати, разрыв ремня ГРМ на водительском сленге называется «встречей поршней с клапанами» (в результате чего ломается и то, и другое).

. Замена ремня  обойдется намного дешевле капитального  ремонта двигателя. Тем более  что лопнуть ремень может в  самое неподходящее время (например, в дороге).

Иногда одновременно с ремнем следует заменить и его  ролики, которые со временем заметно изнашиваются. Развалившийся ролик приводит к таким же фатальным для двигателя последствиям, как и лопнувший ремень ГРМ.

Иногда из газораспределительного механизма  доносится характерный металлический  стук. Причиной могут быть износ  кулачков распределительного вала, слишком большие зазоры клапанного механизма, поломка клапанных пружин либо износ рычагов. При наличии больших зазоров клапанного механизма их следует отрегулировать, в остальных случаях неисправные запчасти подлежат замене.

Главным критерием, по которому определяют чрезмерное увеличение зазоров у клапанов, является частый металлический стук, хорошо слышимый при работе двигателя на холостых оборотах с малой частотой вращения коленчатого вала. Данная неисправность приводит к повышенному износу торцов стержней клапанов, наконечников стержней или регулировочных шайб, а также потере мощности двигателя, поскольку время пребывания клапанов в открытом положении уменьшается и, как следствие, ухудшается наполняемость цилиндров горючей смесью и полнота их очистки на четвертом такте работы. 

  Детали клапанного механизма

Если появляются характерные хлопки из карбюратора  или из глушителя -- значит, зазор  у клапанов чересчур маленький и  его также необходимо отрегулировать. Такая неисправность является причиной неплотного прилегания клапанов к своим седлам, в результате чего снижается компрессия в цилиндрах и двигатель теряет мощность.

При сильном  износе клапанов следует выполнить  их притирку к седлам либо вообще заменить.

В некоторых  случаях цепь газораспределительного механизма работает очень шумно, что, как правило, обусловлено ее удлинением за счет износа шарнирных соединений звеньев. Цепь необходимо натянуть или просто заменить. 

Устройство  газораспределительного механизма

В двигателях автомобилей применяют газораспределительные механизмы с нижним (ГАЗ-51А, ЗИЛ-164А, и др.) и верхним (ГАЗ-24, ГАЗ-53, ЗИЛ-130, ЯМЗ и др.) расположением клапанов. Верхнее расположение клапанов имеет ряд преимуществ, способствующих повышению мощности и экономичности двигателя:

компактная  камера сгорания с более коротким путём горения рабочей смеси  препятствует возникновению детонации  и позволяет повысить степень  сжатия;

отношение поверхности  камеры сгорания к её объёму на 30-35% меньше по сравнению с Г-образной камерой, что сокращает потери тепла в охлаждающую жидкость и повышает КПД двигателя;

возможность увеличения размеров и высоты подъёма  впускных клапанов, а, следовательно, повышение  коэффициента наполнения;

доступность регулировки клапанного механизма.

Распределительный вал

Распределительный вал - стальной кованый; имеет пять опорных  шеек. Для удобства сборки шейки  имеют разные диаметры: первая - 52 мм, вторая - 51 мм, третья - 50 мм, четвертая - 49 мм, пятая - 48 мм. Шейки опираются  на втулки, свернутые из сталебаббитовой ленты и запрессованные в отверстия в перегородках блока цилиндров. Поверхности шеек распределительного вала, кулачков, эксцентрика и зубьев шестерни привода масляного насоса закалены до высокой твердости. Профили впускного и выпускного кулачков одинаковы. Кулачки по ширине шлифованы на конус. Коническая поверхность кулачка в сочетании со сферическим торцом толкателя при работе двигателя сообщает толкателю вращательное движение. Вследствие этого износ направляющей толкателя и его торца делается равномерным и небольшим.

  Клапаны и толкатели

Толкатели - стальные, поршневого типа. Торец толкателя  направлен отбеленным чугуном и  шлифован по сфере радиусом 750 мм (выпуклость середины торца равна 0,11 мм). Внутри толкателя имеется сферическое  углубление радиусом 8,73 для нижнего конца штанги. Вблизи нижнего торца сделаны два отверстия для стока масла из внутренней полости толкателя. Штанги толкателей изготовлены из дюралюминиевого прутка. На концы напрессованы стальные закаленные наконечники со сферическими торцами. Нижний наконечник, сопрягающийся с толкателем, имеет торец с радиусом сферы 8,73 мм, а верхний, входящий в углубление в регулировочном винте коромысла - 3,5 мм. Длина штанги двигателя 24Д - 283 мм, двигателя 24-01 - 287 мм. 

Принцип работы газораспределительного механизма

При вращении распределительного вала, кулачок набегает на рычаг, который, в свою очередь, нажимает на стержень соответствующего клапана (впускного или выпускного) и открывает  его. Продолжая вращаться, кулачок  сбегает с рычага, и под воздействием сильной пружины клапан закрывается. 
Ну, а дальше поршень, через открытый впускной или выпускной клапан, соответственно засасывает горючую смесь или выталкивает отработавшие газы. Когда же оба клапана в одном цилиндре закрыты – происходит такт сжатия или рабочий ход поршня. 
 

Основные  неисправности газораспределительного механизма двигателя. 
 

Стуки в газораспределительном  механизме появляются по причине увеличенных зазоров в клапанном механизм, износе подшипников или кулачков распределительного вала, рычагов, а также из-за поломки пружин клапанов. 
Для устранения стуков необходимо отрегулировать тепловой зазор, а изношенные детали и узлы следует заменить. 
Повышенный шум цепи привода распределительного вала появляется вследствие износа шарнирных соединений звеньев цепи и ее удлинения. 
Следует отрегулировать натяжение цепи, а при чрезмерном ее износе - заменить на новую. 
Потеря мощности двигателя и повышенная дымность выхлопных газов происходят при нарушении теплового зазора в клапанном механизме, неплотном закрытии клапанов, износе маслоотражательных колпачков. 
Зазор следует отрегулировать, изношенные колпачки поменять, а клапаны «притереть» к седлам. 
 
Эксплуатация газораспределительного механизма двигателя.  
 
Обратите внимание на тепловой зазор между рычагом и кулачком распределительного вала. Немного знаний физики и можно понять, что этот зазор должен быть строго определенного размера. Ведь при нагревании все детали двигателя расширяются, в том числе и детали газораспределительного механизма. 
Если тепловой зазор меньше нормального, то клапан будет открываться больше, чем ему положено и не будет успевать вовремя закрываться. А это нарушит рабочий цикл двигателя и, плюс ко всему, в скором времени придется менять «подгоревшие» клапаны. 
 
Если же зазор между рычагом и кулачком распределительного вала будет очень большим, то клапан не сможет открываться полностью, что естественно не лучшим образом отразится на процессе заполнения цилиндров горючей смесью или выпуска отработавших газов.При нарушении теплового зазора получается целый   набор неприятностей!

 
Однако разговор идет о десятых  долях миллиметра! Например, для  двигателей ВАЗ, в зависимости от модели, тепловой зазор должен быть в пределах 0,15 – 0,35 мм. Если у вас есть соответствующие инструменты и решимость «залезть в двигатель», то после нескольких попыток можно научиться «регулировать клапана». 
При эксплуатации двигателя необходимо следить за натяжением цепи или зубчатого ремня привода распределительного вала и при необходимости его регулировать. Владельцам ВАЗ 2108 и 2109 с рабочим объемом двигателя 1,3 литра, следует быть особенно внимательными к состоянию ремня привода распределительного вала и вовремя его менять, не допуская обрыва изношенного ремня при движении. У этих двигателей, при выходе ремня из строя, возможна «встреча поршней с клапанами», что влечет к серьезным взаимным повреждениям. Это отнюдь не та встреча, на которую стремишься со сладостным ожиданием, а совсем другая, за которой последует дорогостоящий ремонт с заменой деталей газораспределительного и кривошипно-шатунного механизмов двигателя.