Механизм газораспределения MirMarine

Прочие системы газораспределения

Гильзовая система газораспределения

  Газораспределение на Bristol Perseus
Газораспределение на Bristol Perseus
  Устройство ГРМ со скользящими гильзами
Устройство ГРМ со скользящими гильзами

Впервые разработана американским инженером Чарльзом Найтом (Charles Yale Knight), часто по его фамилии называется «системой Найта», хотя Найт разработал лишь один из типов гильзового газораспределения — со скользящими гильзами.

Применялась на дорогих легковых автомобилях — в первую очередь нужно отметить целую серию моделей SS («San-Soupape», фр. «без клапанов») французской фирмы Panhard et Levassor и автомобили фирмы Avions Voisin с двигателями Найта, а также такие модели, как Willys-Knight и Mercedes-Knight. Полный список автомобилей с двигателями Найта включает такие марки и модели, как:

  • Brewster;
  • Columbia;
  • Daimler;
  • Falcon-Knight (1927—1929);
  • Mercedes-Benz;
  • Minerva;
  • Moline-Knight (1914—1919);
  • Panhard et Levassor;
  • Peugeot and Mors;
  • R&V Knight (1920—1924);
  • Silent-Knight (1905—1907);
  • Stoddard-Dayton;
  • Stearns-Knight (1911—1929);
  • Avions Voisin (1919—1938);
  • Willys-Knight (1915—1933);

Также гильзовое газораспределение находило применение на авиадвигателях, в частности, на британских авиационных двигателях разработки тридцатых годов, таких, как Bristol Perseus, Bristol Pegasus, Bristol Hercules. Аналогичные конструкции широко применялись и на паровых двигателях.

Принцип действия — открытие/закрытие окон в стенках цилиндра скользящими гильзами (sleeve valves). На британских авиадвигателях применялась не система Найта, а система МакКаллума, в которой гильзы не скользили вдоль цилиндра, а вращались относительно него, что было проще в реализации. Также существовало небольшое число двигателей, имевших окна не сбоку цилиндра, а в самой головке блока, то есть более близких к традиционной системе с тарельчатыми клапанами.

Главное преимущество — полная бесшумность. Кроме того, — долговечность и улучшение наполнения цилиндров бензовоздушной смесью за счёт большого размера и меньшего сопротивления окон в гильзах по сравнению с каналами клапанов, особенно в нижнеклапанных двигателях.

Основные недостатки — сложность и высокий расход масла.

Преимущества этой системы были особенно заметны по сравнению с нижнеклапанными автомобильными двигателями первой половины XX века, после появления гидрокомпенсаторов клапанного зазора и верхне расположенных клапанов, они практически исчезли. Тем не менее, в настоящее время ряд исследователей считает, что возможен возврат к системе Найта или иному виду гильзового газораспределения в двигателях будущего.

Типы ГРМ

Сразу надо уточнить, что выше мы рассматривали типы привода газораспределительного механизма, а не сами механизмы. Так вот, сейчас посмотрим, например на отличие DOHC от SOHC. Итак, начнем.

Газораспределительный механизм SOHC

Данное название получено не случайно. Изначально такой тип назывался просто OHC. Это значит Overhead Camshaft, что переводится как «верхний распределительный вал». Позже он был переименован в SOHC, после того, как был спроектирован первый двигатель с DOHC, о нем поговорим позже. А если вы хотите начать в казино Х через зеркало (о доступных ссылках мы поговорим позднее), следует обратить внимание на внешний вид. Если ищете проверенную ссылку на зеркало это известного заведения, то вот зеркало Казино Х Когда основной сайт попадает под блокировки, то не теряйтесь, просто переходите по ссылочке и выше и продолжайте свои любимые игры и получайте выигрыши. Также посетители могут обратиться по электронной почте в саппорт казино, чтобы получить ссылку на активное зеркало.

На видео Показан принцип работы SOHC:

Так вот, такой двигатель отличается установкой одного распределительного вала в головке блока цилиндров. Система газораспределения SOHC, вопреки общим убеждениям, может комплектоваться как двумя, так и четырьмя клапанами на цилиндр.

Посмотрим, какие здесь положительные моменты, а какие отрицательные, их не так много:

  • Относительная тишина работы. В отличие от DOHC, здесь всего 1 вал, а значит двигатель работает тише, хоть и совсем ненамного.
  • Относительная простота. Тот же двигатель DOHC имеет 2 вала, что усложняет конструкцию.
  • Один минус, пожалуй, условный. Если двигатель оснащается двумя клапанами на цилиндр, то последние хуже вентилируются, что приводит к падению мощности.
  • А вот еще один минус, который точно есть во всех двигателях такого типа. Он заключается в том, что у двигателя с 4-мя клапанами на цилиндр все они приводятся в движение одним распредвалом. Это делает делать более хрупкой и подверженной нагрузкам. Кроме того, снижается угол фазы, что способствует худшему наполнению и вентиляции цилиндров.

Система газораспределения DOHC

Такой механизм выглядит почти так, как и вышерассм

Такой механизм выглядит почти так, как и вышерассмотренный, однако, отличается от него наличием второго распределительного вала. Таким образом, один вал приводит в движение только впускные клапана, а второй – только выпускные. У такой системы тоже есть свои недостатки и преимущества, не будем останавливаться на них более подробно. Такая система была изобретена в 80-х годах прошлого столетия и за это время практически не изменилась. Так вот, наличие второго распредвала значительно удорожает, а так же усложняет конструкцию.

На видео показано, как работает ГРМ DOHC:

С другой стороны, газораспределительный механизм DOHC отличается меньшим расходом топлива, поскольку цилиндры лучше наполняются, а затем из них выходят практически все картерные газы. Таким образом, КПД силового агрегата вышел на новый уровень с появлением DOHC.

Система газораспределения OHV

Такой механизм газораспределения был спроектирован еще в 20-х годах прошлого века. В самом начале статьи мы уже немного его затронули. Здесь распредвал в блоке цилиндров, а клапана приводятся я в движение через коромысла и рокера (коромысла). Основным преимуществом данной системы перед верхневальными является отсутствие нагромождений в головке, таких как распредвал и его постели. Особенно это актуально для V-образных двигателей, поскольку значительно уменьшается их ширина. Минусы уже были оговорены – ограниченные обороты, высокая инерционность, низкий крутящий момент и мощность. Кроме того, такая система практически исключает использование 4-х клапанов в одном цилиндре, кроме как в очень дорогих решениях. Конечно, в болидах Nascar это реализовано, но никак не в серийном автомобиле.

Работа двигателя OHV показана на видео:

Типология

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;
  • гильзовые.

Из чего состоит газораспределительный механизм

В состав ГРМ входят следующие детали.

Распредвал

Отвечает за очередность впуска и выпуска. Представляет собой длинный вал с шейками и кулачками на поверхности. Кулачки прижимаются к клапану, то перекрывая его, то наоборот – открывая.

Распредвал отливается из чугуна или стали с высокой прецизионностью.

Привод ГРМ

Связующее звено между коленвалом и распредвалом. Конструкция его может быть разной, но состав один. Это набор шестерней, которые крутятся зубчатым ремешком с натяжителями и «башмаками».

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

Клапаны

Располагаются на ГБЦ (головка блока цилиндров). На вид напоминают гвозди: тонкий стержень со шляпкой, который называется «тарелка».

Клапаны делятся на впускные и выпускные:

  1. Впускные отличаются целиком и их конструкция монолитна. Также тарелка чуть большего диаметра, что упрощает процесс поставки топлива.
  2. Выпускные должны выдерживать большие температуры и не деформироваться. Изготавливаются с полым стержнем, как правило, из жаропрочных марок стали. Полость забита легкоплавким натрием, который отводит большую часть тепла.

Для улучшения контакта клапана с ГБЦ, на тарелку нанесено седло – это фаска с обратной стороны.

Также клапанный механизм состоит из:

  1. Пружины. Обеспечивает автоматическое возвращение тарелки на прежнее место.
  2. Маслосъемника. Колпачки, предотвращающие попадания масла в камеру сгорания (жарг. прокладки).
  3. Направляющих. Гильза, благодаря которой клапан двигается четко по оси.
  4. Сухарей. Крепеж пружины к телу клапана.

Толкатели

Промежуточная деталь между клапаном и кулачком распредвала.

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

Первым необходимо вручную выставлять тепловой зазор. Вторые делают это автоматически.

Коромысло

Двухплечевой рычаг, создающий колебательные движения. Фактически в разных ГРМ они могут выполнять разные функции.

Система смены фазы газораспределения

Есть не во всех автомобилях. Ее задача – контролировать работу открытия/закрытия клапанов по ситуации, т.е. фазы ГРМ.

Классификация или типы ГРМ

Виды ГРМ зависят от типа двигателя. Основное их отличие – это компоновка, поэтому их тоже нужно знать. Всего классификация ГРМ включает 4 класса.

По расположению распределительного вала

Бывает нижним и верхним. Первый тип сейчас практически не встречается, так как удаление газов происходит менее интенсивно, но и свои плюсы у него есть. Например, так лучше согласуется работа ГРМ и коленвала, так как газораспределитель располагается прямо возле него.

При верхнем расположении ГРМ находится прямо у блока ГБЦ. Так работа может осуществляться через толкатели и коромысла. Хоть согласование и надежность соединения ниже, зато конструкция получается более простой, лёгкой и компактной.

По количеству распределительных валов

Устройство газораспределительного механизма может быть с:

  • Одним валом (SOHC). В таком случае единственный распредвал отвечает и за впуск топлива, и за выпуск газов.

  • Двумя валами (DOHC). Один вал отвечает за впуск, другой предназначен для выпуска.

В V-образных движках 4 вала, где каждый отвечает за свой ряд цилиндров.

По количеству клапанов

Всего их может быть от 2 до 16 (чаще всего встречаются двигатели с 4 клапанами). Чем их больше, тем выше мощность и динамические способности мотора.

По типу привода

Схема газораспределительного механизма может включать один из 2,5 типов привода:

  • На шестеренках. Используется только при нижнем расположении ГРМ (т.е. сейчас почти не встречается). Обладает длительным ресурсом и повышенной износостойкостью. Передача происходит через звездочки или шестерки, которые соединены друг с другом.

  • Цепной. В этом случае движущее движение создает цепь, которая фиксируется на шестернях. Она является расходным материалом и должна меняться каждые 200 000 км.

  • Ременной. Устроен аналогично цепи, но не требует смазки. Намного дешевле и проще в эксплуатации, но его полный износ происходит всего за 80 000 км.

Общее устройство клапанного ГРМ

Все основные узлы ГРМ уже обозначили, соберем эту информацию вместе. Итак, ключевые компоненты газораспределительного механизма, начиная от коленвала:

  • привод, обеспечивающий механическую связь между коленвалом и сопряженным распредвалом (порой их несколько);
  • распредвал (порой ряд валов, в полной зависимости от компоновки ДВС и общего количество клапанов);
  • клапанная группа (состоит из клапанов (одного или нескольких впускных, а еще выпускных), зачастую специальных устройств, обеспечивающих взаимодействие непосредственно с распредвалом, прямая связь между распредвалом и группой впускных, выпускных клапанов почти не применяется, только через промежуточные механизмы);
  • корпус (это та часть двигателя, где располагаются распредвал (несколько валов), а также еще клапанная группа ГРМ, компоненты иных систем, например, смазки).

Помимо этого современные двигатели, их ГРМ, как правило, оборудуются дополнительными узлами. То есть они на одних силовых агрегатах присутствуют, на других нет, не являются обязательными. Таких компонентов много, назовем те, которые встречаются практически всегда или очень часто. Это, прежде всего, датчики положения распределительного вала (ДПРВ, они же датчики Холла, определяют угловое положение механизма газораспределения, ставятся в том случае если двигатель оборудован ЭБУ, электронным блоком управления, из современных моторов таких 99,9 %). Помимо этого могут устанавливаться компоненты разных систем. Например, есть системы, обеспечивающие изменение фаз газораспределения, другие отключают цилиндры. Выделим и устройства, которые регулируют тепловые зазоры клапанов, сейчас это гидрокомпенсаторы (иногда гидроопоры), ранее использовались и другие.

 Следует понимать что это основные варианты, охватить все в рамках одной статьи практически невозможно, конструкционные решения используются различные, даже в рамках одной схемы. То есть лучше рассматривать каждый отдельно взятый двигатель обособленно. Расскажем обо всех компонентах в общем.

Клапанная группа ГРМ

Следующая важная составляющая ГРМ – клапанная группа. Начнем с главного. Кулачки распредвала в современных двигателях практически никогда напрямую не взаимодействуют с клапанами. Все это связано с температурным расширением штока клапана при нагревании, из-за этого он увеличивается в размерах, а когда охлаждается – уменьшается. Оттого между штоком клапана и устройством, которое передает усилие от распредвала, всегда есть определенное расстояние, оно называется температурным зазором. Очень сложно отрегулировать температурный зазор если есть прямая связь между кулачном и штоком, надо менять положение либо распредвала, либо клапана. Чтобы с этим не заморачиваться и используют специальные устройства. Они бывают различными по конструкции. В одних случаях ставятся коромысла (иногда два на один кулачок), причем коромысла бывают и с четырьмя опорными поверхностями, и с регулировочным эксцентриком, и в форме специальных рычагов. В других случаях проводится установка специальных толкателей (цилиндрических, их еще называют стаканчиками, роликовых, очень редко можно встретить и тарельчатые). Бывают очень сложные схемы, не будем на них подробно останавливаться, например, отметим использование гидроцилиндров вместо коромысел. Задача этого компонента опосредованно передать усилие от кулачка распредвала непосредственно на торец штока (стержня клапана).

И остались сами клапаны. Уже отмечали что они ставятся двух видов – впускные, а также выпускные, как минимум один впускной и один выпускной на цилиндр, порой по два (то есть в сумме четыре), иногда три (2 впускных, 1 выпускной) или пять (3 впускных, 2 выпускных). Были прототипы и с шестью клапанами на каждый цилиндр, но это уже перебор, такие в серию не пошли.

Клапан включает шток (стержень), на нем вверху торец, а сбоку специальная выточка под сухари, а также тарелки с фаской (оттого клапаны и называются порой тарельчатыми). Принцип работы прост. Кулачок распределительного вала воздействует непосредственно на коромысло, гидроцилиндр или толкатель, тот на торец штока и клапан начинает движение. Когда кулачок вместе с распредвалом делает оборот усилие прекращается и возвратная пружина возвращает клапан в исходное положение, фаска на тарелке плотно прилегает прямо к седлу, обеспечивая герметичность впускного или выпускного канала. Помимо обозначенных компонентов в клапанной группе еще используются направляющие, обеспечивающие правильное положение клапанов, и маслосъемные колпачки.

Все эти компоненты могут ломаться по самым различным причинам. В итоге, как минимум, изменятся фазы газораспределения, а это приводит к понижению эксплуатационных характеристик силового агрегата. В худшем случае происходит рассинхронизация работы клапанов и поршней, об этом неоднократно говорили. Из-за этих проблем и возможны поломки элементов связанных систем.

Почти все компоненты клапанной группы неремонтопригодные, меняют при износе, деформации, поломках, иногда можно что-то сделать с клапанами. В случае необходимости выберите в каталоге, размещенном на нашем сайте, моторный центр, СТО в столице Татарстана, где выполнят ремонт клапанной группы, а также магазин, где можно приобрести необходимые для выполнения работ запчасти.

В статье постоянно говорим о необходимости ремонта в случае поломок, но не упомянули важную деталь. Надежная работа ГРМ во многом зависит от правильной его настройки и регулировки, это может предупредить появление неисправностей. Критериев масса. Это и правильность установки цепи или ремня, регулировка их степени натяжения, температурного зазора клапанов, правильная установка фаз газораспределения, вплоть до правильной степени затяжки бугелей и клапанной крышки. Опытные мотористы все это прекрасно знают, что нужно ГРМ обслуживать, проверять его рабочие параметры и вовремя регулировать, иначе быть беде.

Корпус

В этом разделе подведем итог под тем, что отмечено выше. Итак, привод ГРМ внешний, он располагается на блоке цилиндров, прикрывается кожухом. Распредвал находится либо внизу, тогда корпус это блок цилиндров, либо вверху, тогда корпус это либо ГБЦ, которые накрывает клапанная крышка, препятствующая вытеканию моторного масла (традиционная схема), либо отдельный блок (как в ряде современных двигателей). Кстати, клапанной крышке характерны свои поломки, а ее прокладку надо менять всегда когда она снимается. Например, если требуется регулировка температурного зазора, то сняли крышку, отрегулировали, поставили новую прокладку и крышку на место, также и при ремонте, других видах обслуживания.

Далее. Клапанная группа либо в блок-картере (сейчас такой вариант не используется), либо в ГБЦ, тот же вариант что и с распредвалом (наиболее частая схема), а если распредвал в другом месте, то часть клапанной группы наружная, это касается штанг и рокеров (верхнее расположение клапанов и нижнее распредвала).

Привод ГРМ

Чтобы обеспечить связь между распределительным и коленчатым валом активно используется три основных решения – цепь, ремень, шестерня, либо применяется их комбинация. Других вариантов пока не придумали. Выбор привода зависит от размещения распредвала и коленвала по отношению друг к другу, а также конструкционных особенностей самого силового агрегата. Акцентируем свое внимание на трех основных типах привода, а затем кратко о комбинированных схемах.

Комбинированный привод

Есть автопроизводители, которые разрабатывают настолько мудреные схемы, используя несколько типов привода ГРМ одновременно, что порой разобраться трудно и возникает вопрос зачем и с какой целью.

Есть двигатели, у которых привод ГРМ состоит из шестерен и цепи, то есть шестерня коленвала работает в паре с промежуточной шестернью, а она в свою очередь при помощи цепи объединена с шестернью распредвала. Подобных схем десятки, но используются крайне редко и на отдельных ДВС. Доходит до того что используется комбинация ремня и цепи, например, цепь отвечает за связь одного распредвала и коленвала, а ремень обеспечивает связь между двумя распредвалами или наоборот. Порой устанавливается несколько цепей или ремней ГРМ (два-три). Покупая автомобиль поинтересуйтесь не стоит ли на нем двигатель с такими экзотическими схемами привода ГРМ. Обычно они очень сложны в обслуживании, эксплуатации и ремонте, их «очень любят» мотористы. Встречаются такие моторы и у японских, и у корейских автопроизводителей, особенно дизельные.

Что такое распредвал?

Этот вал нужен для того, чтобы в определенный момент клапана открывали, после чего в цилиндр поступала рабочая смесь, выходили выхлопные газы. Это делается благодаря эксцентрикам, которые имеются на валу. Он жестко связан с коленчатым валом, поэтому, например, впускной клапан открывается только перед началом такта впуска, когда цилиндр находится в нижней мертвой точке.

Распределительный вал может находиться в головке блока, такие двигатели называются верхенвальные, неважно, сколько валов здесь установлено. Так же он может быть в блоке цилиндров, как упоминалось выше. Это называется нижневальный двигатель. В таком случае привод на клапан передается через штанги, которые проходят через весь двигатель в головку блока. Основным минусом такого механизма является медлительность и большая инерционность. Нижневальные двигатели довольно тяжело крутятся, у них высокий расход масла, в отличие от верхневальных, где практически нет недостатков.

Принцип работы

Теперь можно рассмотреть и принцип работы устройства ГРМ двигателя. Коленвал приводит в движение распредвал. Его кулачки через толкатели воздействуют на коромысла или рычаги. Они в свою очередь давят на тарелки клапанов с определенным интервалом. Этим и обеспечивается впуск топлива и выход отработанного газа.

Шестеренчатый привод

Шестеренчатый привод используется редко, но это тот случай, когда повреждаться практически нечему. На распределительный и коленчатый валы устанавливаются зубчатые шестерни, между ними располагаются промежуточные шестерни, они обеспечивают устойчивую связь между валами, а также приводят в действие различное дополнительное оборудование. Принцип работы как в часовом механизме. Зубья одной шестерни зацепляются непосредственно с зубьями другой и заставляют ее вращаться и так далее по цепочке от шестерни коленвала, до шестерни распредвала.

Это в настоящее время. Еще позволим себе одно маленькое отступление. Все дело в том, что сама актуальность использования привода ГРМ обусловлена тем, что коленвал находится на значительном удалении от распредвала. Если брать классический двигатель (о горизонтально-оппозитных моторах поговорим ниже), с вертикальным расположением цилиндров (под определенным углом), то коленвал находится в блоке цилиндров, внизу, а распредвал вверху, в ГБЦ (есть и другие решения, их еще рассмотрим). Такая схема называется OHC или проще верхневальной. Вот из-за этого и приходится использовать цепной, ременной или шестеренчатый с промежуточными шестернями привод. Но так было не всегда, «до развода и раздела имущества» распредвал и коленвал жили как нормальная семейная пара в блоке цилиндров, рядышком, две шестерни, непосредственная связь между друг другом. Такая схема называется OHV или нижневальной.

То есть шестеренчатый привод использовался изначально, очень надежный, ломаться практически нечему, в верхневальной компоновке появились промежуточные шестерни, но и тут по сравнению с цепным и ременным приводом надежность в разы выше. Недостатки такой схемы, в концепции рабочих параметров современных автомобильных двигателей, свели ее использование на нет. Она все еще встречается. Например, Nissan используют такую схему на силовых агрегатах линейки TD, у Toyota есть свой 3В, а Volkswagen до недавнего времени использовал моторы BLJ, AXE и AXD. То есть единичные случаи, редкие. В такой схеме поломаться могут шестерни, речь об износе и механических повреждениях зубьев, а также дополнительные узлы в зависимости от схемы конструкции, которые гасят крутильные колебания.

С золотниковым управлением газораспределением

Газораспределительный механизм двухтактного двигателя с вращающимся дисковым золотником, установленным в задней части картера, под золотником видно частично открытое впускное окно.
Управление газораспределением поршневым золотником на четырёхтактном двигателе.
Золотниковое газораспределение со вращающимся золотником на четырёхтактном двигателе, каждый золотник обслуживал по два соседних цилиндра (Itala, 1910-е годы).

Основные неисправности ГРМ

С ремонтом ГРМ можно справиться и самостоятельно, так как основная часть – замена изношенных деталей.

Вот основные неисправности ГРМ:

  1. Неправильно выставленные тепловые зазоры в механических толкателях.
  2. Поломки гидрокомпенсатора. Автоматические толкатели обладают меньшим сроком службы.
  3. Износ распредвала (встречается редко).
  4. Износ пружин по причине уставания металла.
  5. Неполное открытие/закрытие клапанов.
  6. Растяжение или повреждение цепи/ремня.
  7. Износ маслосборников. Как правило, это замечается по характерному запаху паленого масла.
  8. Появление нагара на клапанах, что приводит к неполному прилеганию.

Рекомендуется перед ремонтом найти схему вашего ГРМ.