Механизм газораспределения DOHC или как его еще называют ГРМ DOHC или TwinCam, считается видом газораспределительной системы автомобильных двигателей внутреннего сгорания.
В данной статье размещены ответы на такие довольно распространенные вопросы:
Газораспределительный механизм Dohc
Механизм газораспределения DOHC является одним из типов газораспределительных систем автомобильных двигателей внутреннего сгорания. DOHC расшифровывается DoubleOverHeadCamshaft, что дословно переводится как два верхних распределительных валика. Вначале поговорим об устройстве газораспределительного механизма. Механизм газораспределения имеет такие основные элементы:
Газораспределительный механизм оснащен такими основным элементами:
Схема ГРМ DOHC двигателей автомобиля марки Тойота оснащается четырьмя или пятью клапанами на каждый цилиндр. Каждый распределительный валик заставляет функционировать соответствующую ему пару клапанов, а происходит это благодаря толкателям. Представленный механизм газораспределения является усовершенствованным вариантом механизма SOHC, только на месте одного распредвала в основе блока каждого цилиндра находится 2 распредвала. Такой тип конструкции значительно понижает инерцию всех клапанов, благодаря отсутствию коромысла клапанов, а это дает возможность достижения не меленьких оборотов в сравнении с предыдущим механизмом.
К тому же, представленный механизм дает возможность проектирования немаленького угла между парой клапанов, а это позволяет производить большой поток воздуха во все цилиндры на больших оборотах.
Каждый из распределительных валиков начинает передвигаться при помощи цепки или же зубчатого ремешка. В последнее время автомобиль марки Тойота начал оснащаться однорядной цепкой, а не зубчатым ремнем. Однорядной цепкой называется современное веяние двигателей автомобиля марки Тойота. Большим достоинством данной цепки является ее надежность, потому как она не требует такой частой замены как ремень. Но цепка создает дополнительный шум, а ее замена обойдется вам в кругленькую сумму, так как одновременно придется проводить замену натяжителя и успокоителя.
К достоинствам газораспределительного механизма DOHC относятся:
К недостаткам представленной системы относятся:
Для начала давайте рассмотрим внешние признаки поломок механизма распределения газа. Понизилась компрессия, появились хлопки впускного и выпускного трубопроводов, уменьшение мощности автомобильного двигателя и стуки металла. Все перечисленные признаки являются свидетельством того, что клапаны плохо прилегают к седлам, а это обычно происходит из-за накопления гари на седлах и клапанах. Также данные признаки могут свидетельствовать о поломке пружин клапана, заедании стойки клапанов во втулке или же в случае отсутствия зазоров между стойкой клапана и рычагом.
Еще одной причиной может быть неполное открытие клапана, а это в свою очередь происходит из-за немаленького теплового зазора или же поломки гидрокомпенсаторов.
Также могут износиться шестеренки распределительного или коленчатого валика, направляющие втулки клапана, оси и втулки коромысла, увеличение смещения оси распределительного валика.
В процессе снятия изношенного ремня и установления вместо него нового может легко измениться взаиморасположение коленвала и распредвала. В таком случае сменяются фазы распределения газа автомобильного двигателя, а это может привести к каким-либо нарушениям функционирования, даже доходя до полной поломки. Пометки, которые располагаются на шестеренках механизма привода, выполняют функцию визуального контролирования настроек газораспределительного механизма. Поэтому после снятия старого ремня нужно совместить пометки шестеренок коленвала и распредвала с прорезами, которые находятся в кожухе механизма привода. Представленное действие просто необходимо для установления, так называемого условного нуля, так как именно с него начинается функционирование автомобильного двигателя. После выполнения данного действия необходимо осторожно установить дополнительный ремень, при этом старайтесь не сместить пометки на шестеренках.
Дальше нужно осмотреть и отрегулировать усилия натяжного ролика, а предназначается данный узел для удержания ремня на шестеренках механизма привода. Проверка на правильность проведения регулирования ролика проводится при помощи поворачивания ремешка.
Если вам удастся провернуть ремешок на 90⁰, то механизм отрегулирован правильно. В противном случае есть два варианта либо он перетянут, либо недотянут:
Обратите внимание на то, что ремень ни в коем случае нельзя брать руками в масле, так как это приведет к проскальзыванию механизма привода на шестеренках.
Похожие статьи:
autodont.ru
Очень спорная тема в интернете. Часть людей утверждает, что за этим будущее, а другая часть говорит, что тут нет ничего нового, все это уже давно известно и не делается массово, потому что не надежно, сложно и бессмысленно.
Да, есть еще такое мнение: сколько уже можно улучшать "древний механизм", нужно создавать что то принципиально новое! В любом случае, давайте посмотрим о чем идет речь и сделаем свои выводы.
В 2005 году автомобиль, названный именем Кристиана фон Кёнигсегга, официально стал самым быстрым серийным авто на планете: эксперты Книги рекордов Гиннеcса зафиксировали скорость 388,87 км/ч. Koenigsegg CCXR стал лучшим в мире спорткаром по соотношению массы и мощности. Koenigsegg One:1 лидирует в номинации «лучший разгон», достигая скорости 300 км/ч всего за 11,92 с.
Пока самые эффективные на свете спорткары бьют рекорд за рекордом, их создатель разъезжает на стареньком Saab 9−5, хитро улыбаясь. Под капотом у «старичка» единственный в мире двигатель, у которого нет ни распределительного вала, ни кулачков, ни толкателей клапанов, ни пресловутого ремня ГРМ. И, в отличие от бешеных Koenigsegg, предназначающихся лишь богатым и знаменитым, моторы с индивидуальными приводами клапанов обещают стать первым по-настоящему массовым творением шведского изобретателя.
Меж двух стихий
В головке блока цилиндров испытательного «Сааба», как и положено, трудятся 16 клапанов. Каждый из них приводится отдельным актуатором, и каждый получает команду на открытие или закрытие от компьютера управления двигателем независимо от других.
Актуатор — главное ноу-хау Freevalve, дочерней компании Koenigsegg. Снабдить каждый клапан индивидуальным приводом и управлять ими независимо друг от друга пробовали многие разработчики, среди которых немало автопроизводителей с мировым именем. Наиболее очевидное решение в виде линейных электродвигателей (соленоидов) не приводит к желаемому результату: небольшим моторам не хватает мощности, чтобы разогнать клапаны до нужных скоростей (20 000 открытий и закрытий в минуту), возникают проблемы с охлаждением и надежностью.
Кристиан фон Кёнигсегг не вдается в детали принципа работы своего привода, но с удовольствием объясняет общую концепцию «пневмогидравлоэлектрического актуатора». Открывает клапаны пневматика, а закрывает — гидравлика. И пневматическая, и гидравлическая системы постоянно находятся под давлением и готовы сообщить клапану максимум энергии. Задача электрического привода — лишь вовремя подавать к клапану воздух или масло. Проблема охлаждения и смазки при этом решается сама собой: наиболее нагруженные детали привода обслуживаются соответствующими системами самого ДВС.
Прелесть актуатора Freevalve в том, что он подходит практически для любого автомобильного или мотоциклетного двигателя. Будь то высокооборотный мотор гоночного мотоцикла, раскручивающийся до 16 000 об/мин, или грузовой дизель, тарахтящий на 3500 об/мин, один и тот же привод будет полностью соответствовать их нуждам. Клапан гоночного мотоцикла сделан из легкого сплава, поэтому энергия актуатора с легкостью разгоняет его до больших скоростей. Клапан грузовика крупный и тяжелый, однако и высокие скорости ему не нужны.
Дышать во все клапаны
Красный график демонстрирует кривую открытия впускного клапана, синий — выпускного. Хорошо видно, что клапаны максимально долго пребывают в полностью открытом положении, — графики имеют почти прямоугольный профиль, тогда как с обычным ГРМ они были бы больше похожи на параболы. Необходимые объемы газов проходят через клапаны Freevalve за меньший промежуток времени, чем обычно, поэтому короткие фазы впуска и выпуска не перекрываются. В этом кроется причина почти двукратного улучшения экологических показателей.
На фортепиано коромыслом
«Использовать традиционный распредвал вместо Freevalve — это все равно что играть на фортепиано коромыслом вместо пальцев», — утверждает фон Кёнигсегг. Что за проблемы хочет решить изобретатель, программируя поведение каждого клапана в отдельности? Перечислим их в порядке нарастания интересности.
Самое очевидное: для разных режимов работы двигателя (прежде всего скорости вращения коленвала) существует свой оптимальный состав топливовоздушной смеси, свои правильные моменты открытия и закрытия клапанов. Традиционно эта проблема решается с помощью механизма изменения фаз газораспределения (например, VTEC): весь распределительный вал слегка поворачивается относительно шестерни привода газораспределительного механизма (ГРМ), и все моменты открытия и закрытия клапанов смещаются вперед или назад.
Проблема VTEC заключается в ограниченном количестве режимов, в то время как индивидуально управляемые клапаны позволяют пересматривать оптимальный набор параметров при любом, даже самом малом изменении оборотов. Но главное то, что Freevalve позволяет изменять не только момент, но и продолжительность открытия клапанов.
А что, если нам захочется гибко управлять мощностью двигателя, отключая часть цилиндров? В современных двигателях задача решается с помощью весьма сложного механизма: для каждого клапана предусматривается два кулачка, которые сменяют друг друга, сдвигаясь вдоль распредвала. Один кулачок обеспечивает штатную работу клапана, второй отвечает за работу цилиндра в «режиме ожидания». Клапаны Freevalve позволяют в любой момент включать любую программу для любого цилиндра без каких-либо механических ухищрений.
И все же главная проблема традиционного ГРМ кроется в эллиптической форме кулачка, благодаря которой клапан практически никогда не бывает открыт или закрыт полностью. Вместо этого он всегда или плавно открывается, или плавно закрывается, что снижает его пропускную способность. Мало того, эта особенность приводит к тому, что в определенные моменты впускные и выпускные клапаны оказываются открытыми одновременно, и это отрицательно сказывается на экологических характеристиках двигателя.
Кристиан фон Кёнигсегг демонстрирует кривую открытия клапанов на мониторе специального прибора. Она напоминает прямоугольник: клапан резко открывается, удерживается в открытом состоянии, а затем резко закрывается. Это вам не вечный грустный эллипс традиционного клапана. Особенно интересно, что кривая сохраняет свою угловатость даже на высоких оборотах (до 10 000 об/мин) — актуатору хватает мощности, чтобы открывать и закрывать клапан действительно быстро.
Пожалуй, именно последнее свойство в наибольшей степени поспособствовало тому, что тестовый двигатель со свободными клапанами показал впечатляющие результаты на испытаниях: он выдает на 30% больше крутящего момента, потребляет на 30% меньше топлива и дает 50%-ное сокращение вредных выбросов.
Три цилиндра, восемнадцать клапанов
Клапаны Freevalve позволяют сделать головку блока цилиндров и сам двигатель намного компактнее. Но это далеко не единственное компоновочное преимущество. Можно увеличить количество клапанов на один цилиндр, разделив функции между ними. К примеру, направлять одну часть выхлопа к турбине нагнетателя, а другую — напрямую к катализатору, из экологических соображений. Специальные клапаны пригодятся и для того, чтобы превратить автомобиль в пневматический гибрид.
Долой каноны!
Freevalve — это больше, чем кажется. Во-первых, система может в значительной мере изменить облик автомобиля. Распределительный вал и толкатели клапанов занимают много места в головке блока цилиндров, да и весят немало. Четырехцилиндровый двигатель с Freevalve размерами и весом напоминает трехцилиндровый. Если же учесть, что независимые клапаны дают значительный прирост крутящего момента, то можно и вовсе обойтись двумя цилиндрами. И тогда крохотный моторчик можно будет спрятать хоть под сиденьем.
Система позволяет в любой момент перевести двигатель на экзотический цикл работы, хоть Миллера, как на Mazda, хоть Аткинсона, как на Prius. Чего уж скромничать: при желании мотор может в мгновение ока стать двухтактным, почти двукратно нарастив мощность! Фон Кёнигсегг мечтает об автомобилях с двумя топливными баками и системами питания: для бензина и дизеля. Для перехода на биотопливо гибкость настроек также актуальна.
Но самая интересная фантазия изобретателя — это пневматический гибрид. Используя специальную конфигурацию клапанов, можно превратить ДВС в компрессор, который при торможении будет закачивать воздух в баллон, аккумулируя давление. Затем сжатый воздух можно нагнетать в цилиндры, разгоняя автомобиль, или использовать в качестве мощного аналога турбонаддува, кратковременно увеличивая мощность двигателя.
Пожалуй, самое неожиданное свойство двигателя с независимыми клапанами — надежность. Каждый водитель боится обрыва ремня ГРМ: если поршень «догонит» клапаны, то же самое произойдет и во всех остальных цилиндрах. Дорогостоящая головка блока цилиндров, а вместе с ней и поршни, и, возможно, шатуны с коленчатым валом окажутся серьезно повреждены.
А с Freevalve все просто: нет ГРМ — нет и проблем! Если же один цилиндр вдруг «стуканет» — все остальные останутся целы и невредимы.
Волк в овечьей шкуре
Старенький Saab, которому досталась опытная версия ГРМ с независимыми клапанами, проехал с ней 60 000 км, повидав и летний зной, и 20-градусные морозы. Головку блока цилиндров сделали из оригинальной «саабовской», выбросив из нее все лишнее и проточив новые каналы для гидравлики и пневматики. Наши коллеги из Jalopnik.com прокатились на «старичке» и отметили, что на оборотах до 3000 об/мин он проявляет дизельные повадки — характерно постукивает клапанами и выдает бешеный крутящий момент.
[источники]источникиhttp://www.popmech.ru/vehicles/237446-kak-rabotaet-dvigatel-bez-grm/
А вот еще вам Самый странный двигатель, который вы когда-либо видели и вот еще интересный Двигатель Ванкеля и вот этот двигатель называют "убийцей дизеля". Вот вам еще Механическая эротика (часть 2).
masterok.livejournal.com
Газораспределительные механизмы
Описаны газораспределительные механизмы (ГРМ) современных двигателей внутреннего сгорания (ДВС), позволяющих изменять ход клапанов ГРМ и фазы газораспределения в зависимости от скоростного и погру-занные режимов работы двигателя.
Турбулентность, нагрузки, дросселирования, топливная экономичность, клапаны ГРМ.
Поскольку распространение пламени в двигателе происходит по законам турбулентного горения, то одним из факторов совершенствования рабочего процесса, в первую очередь, является интенсификация турбулентности заряда в цилиндре двигателя, которая определяет скорость сгорания и экономические показатели работы двигателя.
Регулирования нагрузки в двигателях с искровым зажиганием дросселированием свежего заряда дроссельной заслонкой приводит к увеличению гидравлического сопротивления впускного тракта двигателя. В результате на половинной нагрузке доля насосных потерь составляет 5%, а на малой нагрузке до 15-20%%. Это ухудшает экономичности двигателя в среднем на 5-15%.
В случае дросселирования самым клапаном (т.е. изменением его хода при отсутствии дроссельной заслонки) вследствие резкого расширения потока при попадании его в камеру сгорания нарушается упорядочен струйный движение газа и появляется турбулентность в цилиндре при всасывании. Наличие интенсивной турбулентности вблизи ВМТ обеспечивает интенсификацию турбулентности в фазе сгорания. Результат — улучшение топливной экономичности ДВС [1].
Сейчас разработкой конструкций газораспределительных механизмов с регулируемым ходом впускных клапанов занимаются специалисты фирм FEV Motorentechnik, Siemens, Meta, концерна Daimler Chrysler, компаний BMW, Volkswagen, Alfa-Romeo, Fiat, Honda, Toyota и др..
В большинстве конструкций, обеспечивающих переменный ход клапанов, одновременно решается вопрос регулирования фаз газораспределения (в зависимости от скоростного и нагрузочного режимов работы двигателя). Поэтому целесообразно рассмотреть конструкционные решения, направленные на решение этих задач. При этом регулирование фаз газораспределения является также одним из эффективных мер для улучшения экологических и экономических показателей работы ДВС.
Экспериментально доказано, что фазы газораспределения, оптимальные для номинального режима работы двигателя, не являются оптимальными для других скоростных и нагрузочных режимов. Это вызвано тем, что кинетическая энергия свежего заряда во впускной системе и отработанных газов (ВГ) в выпускной системе, а также волновые процессы в них существенно меняются с изменением частоты вращения коленчатого вала двигателя и нагрузки. Поэтому, устанавливая углы открытия и закрытия впускного и выпускного клапанов на каждом рабочем и холостом режимах, можно улучшить рабочий процесс, уменьшить токсичность ОГ, повысить топливную экономичность.
Впервые система газораспределения с регулируемыми фазами впуска и выпуска была запатентована в 1902г. основателем известной французской автомобилестроительной фирмы «Renault» Луи Рено. Позже аналогичные системы были разработаны фирмами «МауЬасЫ» (Германия) и «Fiat» (Италия). Однако через конструкционную сложность механизмов эти системы на серийных двигателях не применялись.
В связи с введением в США и Западной Европе более жестких норм на токсичность ОГ за последние годы достигнут значительный прогресс в разработке серийных газораспределительных механизмов, которые позволяют изменять фазы газораспределения, подъем клапана и длительность его открытия. Расход топлива при этом уменьшается на 5 — 10%, а в городском цикле — до 20% (удельный расход топлива уменьшается соответственно на 20 и 40%). Уменьшаются выбросы токсических веществ на холостом ходу и средних нагрузках [3, 4].
В апреле 1989 г. на рынке в Японии появился автомобиль Honda Integra второго поколения с двигателем B16A, оборудованным газораспределительным механизмом DOHC VTEC (Variable Valve Timing and Lift Electronic Control — электронной системой управления временем открытия и высотой подъема клапанов).
Системы VTEC изменяют характеристики двигателя не плавно, а ступенчато, потому клапаны могут приводиться в действие не от одного кулачка на распределительном валу, а от нескольких (в некоторых модификациях на два клапана устанавливается пять кулачков распределительного вала, один из них — почти круглый). К тому же профили кулачков разные как по высоте, так и по форме. Каждому кулачке соответствует свой рычаг привода (рокер). С помощью гидравлических плунжеров, управляемых электроникой, рокеры могут соединяться в различных комбинациях, обеспечивая привод пары клапанов от одного из кулачков или каждого клапана отдельно.
Рис. 1. Конструкция системы VTEC двигателя автомобиля Honda Civic: 1 — впускной клапан 2 — кулачки распределительного вала 3 — рычаги (рокеры) привода клапанов
Двигатель D15B, оборудован системой 3-stage SOHC VTEC, при работе на экономичном режиме расходует в среднем 3,5 л топлива на 100 км.
Системы i-VTEC дополнены механизмом, регулирующим угол поворота распределительного вала впускных клапанов относительно угла поворота распределительного вала выпускных клапанов [8].
Система VVT-i (Variable Valve Timing intelligent) изменения фаз газовоз-деления, применяется сейчас на большинстве двигателей Toyota, позволяет плавно изменять фазы газораспределения в соответствии с условиями работы двигателя. Это достигается путем поворота распределительного вала впускных клапанов относительно вала выпускных в диапазоне 40 — 60 град. В результате изменяется момент начала открытия впускных клапанов и время «перекрытия» (то есть время, когда выпускной клапан еще не закрыт, а впускной — уже открыт).
Рис. 2. Исполнительный механизм VVT-i двигателей Toyota: а — схема механизма изменения фаз газораспределения б — клапан OCV
(Oil Control Valve)
Исполнительный механизм УУИ-и размещен в шкиве распределительного вала — корпус привода соединен со звездочкой или зубчатым шкивом, ротор — с распределительным валом (см. рис. 2, а).
Масло подводится с одной или другой стороны каждого из лепестков ротора, заставляя его и сам вал возвращаться. Если двигатель остановлен, то устанавливается максимальный угол задержки (то есть угол, соответствующий наиболее позднем открытию и закрытию впускных клапанов). Чтобы сразу после запуска, когда давления в масляной магистрали еще недостаточно для эффективного управления VVT-i, не возникало ударов в механизме, ротор соединяется с корпусом стопорным штифтом (затем штифт отжимается давлением масла). Управление VVT-i осуществляется с помощью электромагнитного клапана OCV (Oil Control Valve) (см. рис. 2, б) с электронным управлением.
В 2001 г. на Женевском автосалоне дебютировал легковой автомобиль BMW 316ti Compact. Его 1,6-литровый двигатель имел систему газораспределения Valvetronic, которую специалисты сразу же назвали революционной (рис. 3) [3, 8].
Рис. 3. Система газораспределения Уаиуеигопис: а — механическая часть Уаиуеигопис б — головка цилиндров с ГРМ
Уаиуеигопис: 1 — электропривод 2 — прижимная пружина 3 — эксцентрик 4 — коленчатый рычаг, 5 — распределительный вал;
6 — толкатель клапана, 7 — впускной клапан
Эта система представляет собой механизм регулирования степени открытия впускных клапанов в зависимости от режима работы двигателя. Уаиуеигопис обеспечивает перемещение впускного клапана от 0,1 мм до максимальной величины всего за 0,1 с. Функцию открытия клапанов выполняет распределительный вал ГРМ 5, кулачки которого действуют на клапан 7 через коленчатый рычаг 4 и толкатель клапана 6. Бесступенчатое регулирование степени открытия
■ V / ч V ■
клапана осуществляется эксцентриком 3, якиы меняет геометрическое положение оси коленчатого рычага 4. Эксцентрик перемещается электроприводом 1, руководствуется бортовым компьютером.
Использование системы Уаиуеигопис позволяет снизить расход топлива в среднем на 10%. К тому же, она может устанавливаться на двигатели вместе с системой ОоиМе-УапоБ-ЗуБИет (ОУБ), которая изменяет фазы газораспределения впускных и выпускных клапанов также путем поворота рас-делящегося вала относительно шестерни его привода.
В 1986 г. в Киевском автодорожном институте был разработан и успешно опробован гидравлическое устройство управления клапанами ГРМ для двигателя ГАЗ-24, который давал возможность автоматически изменять фазы газораспределения и высоту подъема клапанов. На усовершенствованный вариант устройства был получен патент Украины на изобретение № 79144 от 25.05.2007р. [6]. Схема устройства приведена на рис. 4.
Рис. 4. Схема устройства управления клапаном ГРМ ДВС: 1 — распределительный вал, 2 — головка блока цилиндров, 3 — верхний поршень 4 — нижний поршень, 5 — обратный клапан, 6 — разжимной пружина, 7 — механизм привода, 8 — клапан ГРМ, 9, 10 — верхний и нижний отсечные каналы, 11 — подающий канал, 12 — радиальные отверстия;
13 — осевой канал, 14 — канал в головке блока, 15 — трубопровод подачи масла, 16 — электромагнитный клапан;
17 — гидроаккумулятор
Устройство работает следующим образом. Во время работы двигателя масло из системы смазки поступает по каналам 15, 14, 11, 9 в мижпоршневий пространство. При вращении распределительного вала 1 его кулачок набегает на верхней поршень 3, который начинает двигаться вниз, перекрывая косой кромкой верхней отсечной канал 9. В мижпоршневий полости создается избыточное давление, под действием которого начинает двигаться нижней поршень 4, открывая клапан ГРМ 8. Перемещение нижнего поршня продолжается до тех пор, пока его коса кромка не сумиститься с нижним отсечным каналом 10. В момент совмещения давления мижпоршневий полости резко падает, и открытие клапана прекращается.
Поворачивая верхний поршень относительно своей оси механизмом привода 7, можно изменить момент перекрытия ним верхнего отсечного канала. Это изменит момент начала открытия клапана ГРМ. Поворачивая нижний поршень относительно своей оси, можно изменить величину открытия клапана.
Гидроаккумулятор 17 и электромагнитный клапан 16 обеспечивают быстрое заполнение гидросистемы привода клапанов при запуске двигателя.
В результате испытаний было установлено, что при 30% — ном использовании мощности устройство обеспечивал до 30% экономии топлива. На режимах глубокого дросселирования уменьшение выбросов СО и СпНт составляло в среднем 55 и 40% по сравнению с дросселированием заслонкой [2].
Кроме электромеханических и гидравлических устройств управления клапанами ГРМ, разрабатываются и электрогидравлические системы.
На рис. 5 приведены газораспределительный механизм ДВС с электрогидравлическим приводом (патент Украины на полезную модель № 27448 от 25.10.2007 г.) [7].
Привод работает следующим образом. При работе двигателя масло из системы смазки через обратный клапан 5 поступает в пидплунжер-ный пространство. При набегании кулачка вала 1 на плунжер 2 Последний, двигаясь вниз, вытесняет масло через нагнетательный клапан 6 в гидроаккумулятор 7. В обратном направлении плунжер движется под действием пружины 4. Соответствии с порядком работы цилиндров электрические сигналы с блока управления поступают в соответствующие электромагнитов 17 золотников 13 (см. рис. 5).
При перемещении золотника его проточка А соединяет надпоршневом полость рабочего поршня 10 с каналом 9 и масло из гидроаккумулятора 7 под давлением поступает в эту полость. Рабочий поршень, перемещаясь, открывает клапан 12 механизма газораспределения. Количество масла, которое подается в надпоршневом полость рабочего поршня и соответственно регулирует величину открытия клапана, зависит от длительности электрического сигнала, который подается в электромагнита золотника. Момент открытия клапана зависит от момента подачи электрического сигнала на электромагнит золотника.
Длительность и момент подачи электросигналы регулируется про-стыд управления открытия клапанов в зависимости от скоростного и нагрузочного режимов работы двигателя.
Рис. 5. ГРМ с электрогидравлическим приводом: 1 — кулачковый вал, 2 — плунжер 3 — корпус 4 — пружина, 5 — обратный клапан, 6 — нагнетательный клапан; 7 — гидроаккумулятор, 8 — предохранительный клапан, 9 — соединительные каналы, 10 — рабочий поршень;
11 — корпус рабочего поршня, 12 — клапан ГРМ;
13 — золотник, 14 — сливной клапан, 15 — корпусзолотника;
16 — возвратная пружина золотника, 17 — электромагнит
При обесточивании катушки электромагнита золотник 13 пружины 16 устанавливается в нейтральное положение, при котором надпоршневом полость рабочего поршня 10 через проточку Б, радиальный В, осевой Г каналы и клапан 14 соединяется со сливом. Давление в надпоршневом полости снижается. Пружина закрывает клапан ГРМ 12, перемещая рабочий поршень 10 в верхнее положение.
Рассматривая перспективы развития ГРМ ДВС, нельзя не уделить увагудеяким примерам электромагнитного привода клапанов ГРМ.
В конце 2000 г. фирма FEV-MT опубликовала результаты своих достижений в разработке электромагнитных клапанов. В 2003 г. фирма BMW представила исследовательский зразокдвигуна этой разработкой (рис. 6).
Такой электромагнитный клапан отличается от прототипов более рациональным конструктивным исполнением электромагнитов: применены прямоугольные магнитопроводы вместо круглых, что позволило установить четыре клапана в камере сгорания одного цилиндра. Якорь в этой системе влияет на стержень клапана опосредованно — через стержневой толкатель, что исключает их тепловой контакт.
Рис. 6. Внешний вид, компоновка (а) и конструктивное исполнение (б) двигателя фирмы BMW с электромагнитным приводом клапанов ГРМ: 1 — шайбы 2 — электромагнит 3 — пластина, 4 — клапан, 5 — пружины, 6 — сжатия, 7 — растяжение
Электромагнитный привод с регулируемым ходом клапанов показано на рис. 7 (патент Украины на изобретение № 79982 от 10.08.2007 г. [8]).
Рис. 7. Электромагнитный привод клапанов ГРМ: 1 — головка цилиндров двигателя; 2 — клапан ГРМ;
3 — магнитопровод 4 — катушка, 5 — якорь, 6 — резьба, 7 — зубчатое колесо, 8 — червячная шестерня, 9 — вал шагового двигателя;
10 — шаговый двигатель, 11 — стойка, 12 — конус, 13 — дисковая пружина
Привод работает так. Для изменения величины хода клапанов в зависимости от загрузки и оборотов коленчатого вала достаточно подать электрический сигнал из системы управления на шаговые двигатели 10 (см. рис. 7). При этом приводятся в движение червячные шестерни 8, которые, вращаясь, обращают зубчатые колеса 7. Последние двигаясь по резьбовых частях 6 направляющих втулок, меняют свое пространственное положение относительно плоскости головки цилиндров 1.
После этого система управления подает команду на электромагнит привода соответствующего клапана. Последний срабатывает и втягивает якорь 5 в маг-нитопровид 3. Якорь, перемещаясь, нажимает на стержень клапана 2, который открывается. Перемещение якоря, а соответственно и клапана, продлится до тех пор, пока коническая часть 12 якоря 5 не прижмется к ступице зубчатого колеса 7. Таким образом величина перемещения клапана будет определяться положением ступицы зубчатого колеса относительно плоскости головки цилиндров, а фазы газораспределения будут зависеть от момента подачи сигнала на электромагниты клапанов.
Следует отметить, что электронные системы автоматического управления электромагнитными клапанами, помимо основных задач улучшения рабочих параметров и характеристик поршневого двигателя, обеспечивают его совершенно новыми свойствами: отключение цилиндров, изменение порядка и Тактность работы и даже реверс (вращение КВ в противоположную сторону).
Выводы
Одним из эффективных способов улучшения экономических и экологических показателей работы двигателя является регулирование мощности путем дросселирования свежего заряда впускным клапаном. Благодаря этому обеспечивается рост турбулентности во впускном тракте и цилиндре двигателя, что улучшает процессы смесеобразования и сгорания топливо-воздушной смеси.
Сейчас существует большое количество серийных и опытных образцов ГРМ, которые, используя принцип дросселирования впускным клапаном, обеспечивают современным двигателям высокие эксплуатационные, экономические и экологические показатели.
Для лабораторий ДВС учебных и исследовательских учреждений конструктивные разработки и исследования ГРМ с качественно новыми характеристиками является одним из перспективных направлений работы.
note2auto.ru
В легковом автомобиле двигатель не сможет функционировать должным образом без четкой и слаженной работы ГРМ. Он отвечает за своевременный впрыск горючего в цилиндры, а также выводит из системы отработанный газ. Еще одна важная особенность - метки ГРМ. Нужно четко соблюдать их, в противном случае впрыск и выпуск газов собьются.
Это устройство обладает сложной конструкцией. ГРМ состоит из таких деталей и механизмов: приводные элементы, распределительный вал и распределительная шестерня, элементы привода клапана, непосредственно клапан и пружины, а также направляющие втулки. Работа газораспределительного механизма синхронизируется с зажиганием и впрыском.
Работа распределительного вала заключается в том, чтобы открывать клапаны в том порядке, который необходим для правильного функционирования двигателя. Для производства этих деталей используют чугун либо же специальную сталь. Чтобы уменьшить износ детали, ее поверхности закаляются при помощи тока высокой частоты, при этом они нагреваются.
Есть два места, в которых может располагаться распредвал. Это либо картер двигателя, либо головка блока цилиндров. Также есть варианты двигателей, когда в головке находятся сразу два распредвала (многоклапанные ДВС). Вращается распредвал на специальных опорных шейках.
В зависимости от количества распредвалов двигатели подразделяют на двойные (DOHC - Double Overhead Camshaft) и одинарные (SOHC - Single Overhead Camshaft). Если рассматривать двигатель типа DOHC, то там один распредвал управляет впускными, а другой - выпускными клапанами. В SOHC эти функции выполняет один распредвал.
Привод клапанов выполняется с помощью кулачков, которые закреплены на распредвале. Их число напрямую зависит от количества клапанов. В зависимости от конструкции двигателя оно может колебаться от двух до пяти на один цилиндр. Есть различные конфигурации клапанов: два впускных и один выпускной, по два каждого типа, три впускных и два выпускных. Форма же кулачков отвечает за то, как именно будет открываться и закрываться клапан, время его открытия и высоту подъема.
Привод распредвала от коленвала может осуществляться тремя различными способами: с помощью ремня (ременная передача), цепи (цепная передача), а если конфигурация двигателя предусматривает нижнее расположение распредвала, то с помощью зубчатых шестеренок. Самым надежным по праву считается именно цепной привод, но он отличается сложностью конструкции и высокой ценой. Ременной же привод гораздо проще, но и ресурс работы у его ремня ниже, а если тот порвется, последствия могут быть плачевными.
Если ремень обрывается, то работа распредвала останавливается, а коленвал продолжает работать. Чем же это грозит? Если двигатель многоклапанный, то при работе поршни будут ударяться о клапаны, которые остаются в открытом состоянии. Это может не только повредить стержни, но и направляющие втулки. Может даже разрушиться сам поршень. В простых двуклапанных двигателях такой проблемы нет, поэтому там ремонт ограничивается всего лишь заменой ремня.
Если обрывается ремень газораспределительного механизма на дизельном двигателе, то последствия будут еще тяжелее, чем на бензиновом. Поскольку камера сгорания находится в поршнях, у клапанов очень мало места. Так что если клапан зависает в открытом положении, то разрушаются на только стержни и втулки, но и распредвал, подшипники, толкатели, есть высокий шанс деформации шатунов. А если ремень обрывается на высоких оборотах, то можно даже повредить блок цилиндров.
В зависимости от расположения распредвала существует несколько видов привода ГРМ. Если распредвал имеет нижнее расположение, то усилие на клапаны передается с помощью толкателей, штанг и коромысел. Если же распредвал находится вверху, есть три варианта работы привода: коромыслами, толкателями и рычагами.
Коромысла также называют рокерами или роликовыми рычагами, они изготавливаются из стали, крепятся на ось, которая установлена в головке цилиндра на стойки. Коромысла упираются в кулачки распредвала, а также воздействуют на торец стрежня клапана. Для того чтобы уменьшить трение во время их работы, в отверстие запрессовывают специальную втулку.
Если распредвал располагается над клапанами, то они приводятся в движение посредством рычагов. Кулачки распредвала воздействуют на стержень клапана. Есть разновидности ГРМ, в которых ставится гидрокомпенсатор между рычагом и клапаном. Такие экземпляры не требуют регулировки зазора.
В третьем варианте распредвал воздействует непосредственно на сам толкатель клапана. Толкатели бывают механическими, гидро- и роликовыми. Первые практически не используют, так как они слишком шумные, а также требуют регулировки зазора. Самым популярным является второй тип, поскольку гидротолкатели не требуют такой регулировки и работают на порядок тише. Они действуют на основе моторного масла, оно постоянно заполняет внутренние полости и таким образом смещает поршень при появлении зазора.
Часто роликовые толкатели используют в форсированных двигателях, так как они улучшают динамику за счет снижения трения. Все дело в том, что при взаимодействии кулачок катится по толкателю, а не трется, так как в том месте расположен ролик.
Клапанное распределение получило наибольшее распространение в силу своей простоты и высокой надежности. Оно позволяет наиболее эффективно воплощать в жизнь назначение газораспределительного механизма.
Задача клапанов - это открытие впускных и выпускных каналов в определенное время. Сам клапан имеет довольно простое строение - головка и стержень. Для впускных и выпускных клапанов головки имеют разные диаметры. Поскольку выпускные при работе нагреваются гораздо больше (так как они контактируют с отработанными нагретыми газами), их делают из теплоустойчивой стали.
На стержнях в верхней части есть выточка для крепления деталей клапанной пружины. Сами они изготовлены полыми, с наполнением из натрия (обеспечивается лучшее охлаждение). Стержни закреплены во втулках, которые делаются из металлокерамики или чугуна. Втулки, в свою очередь, запрессовываются в головки цилиндра.
Так как газораспределительный механизм состоит из большого количества деталей, логично будет предположить, что существует большой риск его поломки. Среди самых распространенных причин можно выделить следующие:
- износ подшипников или толкателей клапана - можно определить по повышенному шуму мотора;
- неполадки с гидрокомпенсаторами - проявляются в виде стука при работе двигателя;
- прогорание клапанов или образование нагара в системе;
- износ сальников клапана - масло попадает в систему и начинает сгорать в цилиндрах;
- износ ремня или цепи ГРМ - падает мощность двигателя, он шумит, происходят сбои в фазах работы.
Стоит сказать, что на современных авто ГРМ выполнен достаточно качественно, это значительно повышает его эксплуатационный срок. Ведь если, например, взять газораспределительный механизм ВАЗ 2106, то можно увидеть, что он нуждался в постоянном уходе, регулировке клапанов и замене тех или иных деталей.
Признаки, по которым можно определить, что газораспределительный механизм неисправен, - это посторонние звуки в выпускном и впускном трубопроводах (хлопки или шум), уменьшение компрессии, металлический стук или падение мощности двигателя. Появление этих признаков сигнализирует о том, что ГРМ неисправен и необходим его ремонт.
По стандарту рабочий цикл ДВС осуществляется за 2 поворота коленвала. В этот промежуток времени должны открыться и закрыться в определенной последовательности клапаны каждого цилиндра. Поэтому распредвал всегда вращается медленнее, чем коленвал. Соответственно, размеры шестерен у этих валов разные (у распредвала больше). Клапаны же открываются в зависимости от направления и движения цилиндров в двигателе. То есть во время такта впуска впускные клапаны открыты, и наоборот - при выпуске они закрыты. Именно с этой целью на шестерни наносятся метки ГРМ.
Теория говорит, что клапаны должны открываться в моменты прохождения цилиндров через мертвые точки. Но поскольку процесс инерционен, а также при учете повышенных оборотов коленвала, этого времени явно недостаточно для впрыска смеси и выпуска отработанных газов. Поэтому впускной клапан открывается еще до того как цилиндр займет положение в верхней мертвой точке (с упреждением примерно 9-24 градуса поворота коленвала), а закрытие происходит во время прохождения цилиндром нижней мертвой точки (упреждение 51-64 градуса).
Выпускной клапан открывается примерно за 44-57 градусов до того как цилиндр займет положение в нижней мертвой точке. Закрывается он примерно на 13-27 градусах прохождения ее цилиндром.
В процессе работы двигателя бывают моменты, когда открыты оба клапана. Это положение предназначено для продувки цилиндров свежей горючей смесью с целью их очистки от излишних продуктов сгорания. Оно называется перекрытием клапанов.
Моменты, когда происходит открытие или закрытие клапана относительно мертвых точек, называются фазами газораспределения, они рассчитываются в градусах поворота коленвала.
Естественно, что такая важная часть автомобиля, как ГРМ, просто не потерпит небрежного обращения. Конечно, газораспределительный механизм двигателя - достаточно надежный узел, но даже его можно сломать полностью. Одной из причин поломок может стать некачественный ремонт. Поэтому стоит внимательно относиться к этому.
Первое, что нужно знать, перед тем как проводить ремонт газораспределительного механизма своими руками, - то, что его выполнить очень трудно. Для этого нужны технические навыки, которые вряд ли есть у обычного автомобилиста. Также будут необходимы определенные инструменты, которые можно найти далеко не в каждом гараже. Да и любое неосторожное движение может вызвать последствия, которые окажутся гораздо хуже, чем первоначальная поломка. Поэтому всегда стоит доверять ремонт ГРМ своего автомобиля только проверенным специалистам.
Устройство газораспределительного механизма таково, что чаще всего в процессе его эксплуатации выходят из строя движущиеся части: клапаны, кулачки, распредвал. Ели повреждения или неисправности не критические, вполне можно обойтись и без замены каких-либо деталей. Но если они будут серьезными, нужно быть готовым тратить деньги на покупку и установку новых запчастей. Определенную сумму придется также выложить и за саму процедуру ремонта.
Как и любая другая техника, автомобиль может работать долго и безотказно, если его правильно эксплуатировать. И наоборот, небрежное обращение с ним только увеличит шанс поломок.
Газораспределительный механизм - это одна из важнейших частей, без которых двигатель не сможет функционировать. Поэтому забота о нем - фактор, который не стоит упускать из виду.
Во-первых, всегда нужно использовать только качественное топливо. Если оно будет с посторонними примесями, могут засориться выходы клапанов, будет давать перебои двигатель. То же самое касается и комплектующих - бракованные запчасти долго не проработают и нанесут только вред. Так что всегда стоит выбирать для своего авто только лучшие детали и расходные материалы.
Не менее важный фактор - правильная эксплуатация. Не стоит подвергать автомобиль перегрузкам, которые будут вредными для него. Перегрев двигателя, работа с неисправными узлами, длительная эксплуатация без техобслуживания снижают срок работы машины и разрушают ее узлы и детали. Поэтому правилами эксплуатации авто также не стоит пренебрегать.
www.syl.ru
Сегодня классический принцип работы газораспределительного механизма двигателя внутреннего сгорания сложно представить без основных узлов ГРМ: распределительных валов, приводных ремней и цепей ГРМ, приводных шестеренок, а также кулачков и толкателей.
Несомненно, многие ведущие производители ДВС и этот простой на первый взгляд механизм подвергли сложной модернизации. Взять к примеру систему изменения фаз газораспределения (VTEC) и прочих наворотов в ГРМ, позволяющих отключать работу отдельных поршней для экономии топлива.
И, казалось, как можно избавиться от этой гармонично слаженной работы механических элементов газораспределительного механизма. Если подходить кардинально, можно просто поменяв двигатель внутреннего сгорания на электромотор. Но речь все-таки о том как избавиться от классической схемы ГРМ именно в ДВС?
Оказывается уже с 2005 года такое решение есть, но только его применяют на мелкосерийном спорткаре Koenigsegg CCXR. Максимальная скорость спорткара 388,87 км/ч, а время набора скорости в 300 км/ч всего 11,92 с. Назван этот спорткар в честь самого создателя Кристиана фон Кенигсегга. А вот система, заменившая традиционную ГРМ, получила названия Freevalve, что в переводе означает «свободный клапан».
Создатель данной технологии передвигается не на спорткаре, а на скромном Saab 9-5, который на первый взгляд ничем не отличается от своих собратьев. Но если крышку капота отсека двигателя откроет даже не самый опытный автолюбитель, он невооруженным глазом увидит непривычную для себя картинку. Нет, приводных шестерней, ремня ГРМ, «постели» распределительных валом. А что приводит в действие клапана?
Так вот обеспечивает движением кланов так называемый актуатор системы Freevalve принцип которого основан на комплексном применении энергии электричесткого, гидравлического и пневматического характера. На вход блока Freevalve подается электрический ток, который приводит в действие пневматический механизм отдельно взятого актуатора для открытия клапана, и гидравлический для закрытия. Иными словами электрические приводы подают воздух и масло, тем самым обеспечивая движение клапана.
Каждый актуатор полностью независим от других и управляется вынесенным блоком управления. Создатель не раскрывает подробностей инновационной системы, но следуя логике данный блок управления должен работать в связке с системой подачи топлива для обеспечения синхронизации открытия клапанов и моментом впрыска топлива.
Демонстрационный график работы системы управления клапанами Freevalve позволяет увидеть очевидные плюсы.
Красная линия отображает характеристику работы впускных клапанов, синий — выпускных. В отличие от классической схемы ГРМ, где как впускные так и выпускные клапана открываются плавно с помощью распредвала по траектории эллипса, в системе Freevalve они открываются фактически мгновенно под действием электрического импульса.
Соответственно график движения клапанов с системой Freevalve имеют форму трапеции с почти прямыми углами, а график традиционной системы ГРМ — форму параболы. Таким образом время для попадания газов во выпускные и выпускные отверстия значительно сократилось улучшив при этом мощностные и экологические характеристики при равном объеме двигателя. На тестовом стенде двигатель с системой Freevalve показал 30-ти процентный прирост мощности и 50-ти процентное снижение вредных выбросов.
С помощью Freevalve гораздо проще решается механизм изменения фаз газораспределения. В таких известных системах как VTEC это достигается сложной конструкцией распределительных валов, которые умеют смешаться относительно оси приводных шестерен. Японский производитель Honda c 2003 года представил технологию Variable Cylinder Management (VCM), позволяющую отключать цилиндры и работать только части поршневой группы для экономии топлива в режиме круиз контроля без нагрузок. Конструктивно это выполнено сложным размещением кулачков, которые могли двигаться вдоль распределительного вала обеспечивая рабочий и ожидающий режим работы поршня.
В случае с Freevalve обеспечения подобного функционала не требует дополнительные механические внедрения и модернизации. Все это достигается прошивкой блока управления актуаторов.
Дополнительно увеличить мощность и уменьшить выброс вредных веществ в атмосферу можно с помощью установки дополнительных клапанов на выхлопе. Часть выхлопных газов можно направлять в турбокомпрессор, а часть в катализатор.
Со слов изобретателя система Freevalve может быть установлена на любой двигатель внутреннего сгорания. Но это только теоретически. На практике пока что не совсем ясны эти варианты адаптации. Во-первых при установке на старый авто необходимо будет обеспечить уникальном для каждого корпусом вместо клапанной крышки, куда в свою очередь будут монтироваться актуаторы. Во-вторых не совсем понятно как будет налажена взаимосвязь с топливной системой, которой управляет штатные мозги авто.
Также при снятии тех же распределительных валов, приводных шестерен необходимо будет избавится от всяческих датчиков, при отсутствии которых мозг авто будет испытывать судорогу. Конечно, для новых авто плюсы несомненно на лицо, но в плане адаптации уже существующих авто вопрос пока еще остается открытым.
Итак, давайте подведен итоги и подобъем плюсы системы Freevalve с электронными актуатарами:
www.sciencedebate2008.com
«Механизм газораспределения двигателя»
Цель работы: изучить назначение, устройство, принцип действия, конструкцию газораспределительного механизма (ГРМ) двигателя.
Ход работы:
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.
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 при 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
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.
Таблица 1. Сравнение технических параметров двигателей.
| № | Показатели | Марки двигателей | |||
| ВАЗ 2112 | Toyota Corolla Combi 2.0 D XL | КАМАЗ-43114 | КАМАЗ-54115 | ||
| 1. | Тип ГРМ | Зубчато-ременной | Зубчато-ременной | ||
| 2. | Величина теплового зазора (впускного/выпускного клапанов), мм | ||||
| 3. | Распределительный вал (число кулачков/число опорных шеек) | ||||
| 4. | Толкатель (тип/форма тарелки) | ||||
| 5. | Углы фаски головки клапана (впускного/выпускного), о | ||||
| 6. | Количество распределительных шестерен | ||||
studfiles.net
ГРМ - это один из наиболее ответственных и сложных узлов в автомобиле. Газораспределительный механизм управляет впускными и выпускными клапанами двигателя внутреннего сгорания. На такте впуска ГРМ выполняет открытие впускного клапана, благодаря чему воздух и бензин попадают в камеру сгорания. На такте выпуска открывается выпускной клапан и удаляются отработанные газы. Давайте подробно рассмотрим устройство, принцип действия, типичные поломки и многое другое.
Основным элементом газораспределительного механизма является распредвал. Их может быть несколько или же один в зависимости от конструктивных особенностей ДВС. Распределительный вал выполняет своевременное открытие и закрытие клапанов. Изготавливается из стали или чугуна, а устанавливается в блоке цилиндров или картере. Отсюда можно сделать вывод, что есть несколько конструкций двигателей - с верхним и нижним расположением распределительного вала. На валу имеются кулачки, которые при вращении распредвала оказывают действие через толкатели на клапан. Для каждого клапана предусмотрен свой толкатель и кулачок.
Впускные и выпускные клапаны необходимы для подачи топливно-воздушной смеси в камеру сгорания и удаления отработанных газов. Впускные клапаны выполняют из стали с хромированным покрытием, а выпускные - из жаропрочной стали. Клапан имеет стержень, на котором крепится тарелка. Обычно впускные и выпускные клапаны отличаются между собой диаметром тарелки. Также к ГРМ стоит отнести штанги и привод.
Стоит еще несколько слов сказать об устройстве впускных и выпускных клапанов. Стержень клапана имеет цилиндрическую форму и канавку для установки пружины. Движение клапанов возможно только в одном направлении - к втулкам. Для того чтобы моторное масло не попадало в камеру сгорания, ставят уплотнительные колпачки из маслостойкой резины.
Есть еще такой узел, как привод ГРМ. Это передача вращения с коленчатого на распределительный вал. Примечательно то, что на два оборота коленвала приходится один распределительного. Собственно, это является рабочим циклом, при котором происходит открытие клапанов. Стоит заметить, что мотор с двумя распределительными валами более мощный и имеет выше КПД. Особенно это заметно на высоких оборотах. К примеру, когда ДВС оснащается одним распредвалом, то маркировка выглядит так: 1,6 литра и 8 клапанов. А вот два вала - это уже всегда в два раза большее количество клапанов, то есть 16. Ну а сейчас пойдем дальше.
Принцип действия на всех моторах, если речь идет о таких типах, как ДВС, практически одинаков. Всю работу можно условно разделить на 4 этапа:
Подача горючего в камеру сгорания осуществляется за счет движения коленчатого вала из верхней мертвой точки (ВМТ) в нижнюю мертвую точку (НМТ). При начале движения поршня открываются впускные клапаны, и топливно-воздушная смесь подается в камеру сгорания. После этого клапан закрывается, коленвал за это время проворачивается на 180 градусов от исходного положения.
После того как поршень доходит до НМТ, он поднимается вверх. Следовательно, начинается фаза сжатия. Когда достигается ВМТ, фаза считается законченной. Коленвал в это время проворачивается на 360 градусов от своего начального положения.
Когда поршень достигает ВМТ, происходит воспламенение рабочей смеси от свечей зажигания. В это время достигается максимальный момент сжатия и оказывается высокое давление на поршень, который начинает движение к нижней мертвой точке. Когда поршень опустится, то рабочий ход можно считать законченным.
Заключительная фаза - удаление отработанных газов из камеры сгорания. Когда поршень достиг НМТ и начинает свое движение к ВМТ, происходит открытие выпускного клапана и избавление камеры сгорания от газов, которые образовались в результате горения топливно-воздушной смеси. При достижении поршня НМТ фазу удаления газов принято считать законченной. При этом коленчатый вал от своего начального положения проворачивается на 720 градусов. Для достижения максимальной точности необходима синхронизация газораспределительного механизма двигателя с коленчатым валом.
От того, насколько своевременно и качественно будет проводиться техническое обслуживание мотора, зависит его техническое состояние. В процессе эксплуатации все элементы подвергаются износу. Это касается и ГРМ. Основные неисправности механизма выглядят следующим образом:
Газораспределительный механизм ВАЗ или любой другой машины работает по одному принципу. Следовательно, способы диагностики и основные неисправности, как правило, одни и те же. Основные поломки - неполное открытие клапанов и неплотное прилегание к гнездам.
Если клапан не закрывается, то появляются хлопки во впускном и выпускном коллекторах, а также снижается тяга и мощность мотора. Происходит это из-за нагара на гнездах и клапанах, а также по причине потери упругости пружин.
Диагностика проводится довольно просто. Первым делом проверяют фазы газораспределения. Дальше замеряют тепловые зазоры между коромыслом и клапаном. Помимо этого проверяется зазор между седлом и клапаном. Если говорить о механическом износе деталей, то больше всего поломок связано с критическим износом шестеренок, в результате чего ремень или цепь неплотно прилегают к зубу и возможно проскальзывание.
Самостоятельно продиагностировать состояние фаз газораспределительного механизма довольно сложно. Для этого необходим набор таких инструментов, как малка-угломер, моментоскоп, указатель и др. Процедура выполняется на заглушенном двигателе. Малка-угломер устанавливается на шкив коленчатого вала. Проверяется период открытия клапана всегда в 1-м цилиндре. Для этого вручную проворачивают коленчатый вал до появления зазора между клапаном и коромыслом. С помощью малки-угломера на шкиве определяют зазор и делают выводы.
Самый простой, но наименее точный метод замера теплового зазора выполняется с помощью набора пластин длиной 100 мм и максимальной толщиной 0,5 мм. Выбирается один из цилиндров, на котором будут проводиться замеры. Его необходимо довести до ВМТ с помощью ручного поворота коленчатого вала. В сформировавшийся зазор вставляются пластины. Метод не дает 100%-й точности и результата. Ведь допустимая погрешность зачастую слишком велика. Кроме того, если имеется неравномерный износ бойка коромысла и штока, то полученные данные вообще можно во внимание не брать.
Как показывает практика, большая часть поломок газораспределительного механизма связана с несвоевременным ТО. К примеру, производитель рекомендует менять ремень каждые 120 тысяч километров. Владелец же не берет во внимание эти данные и использует ремень по 200 тысяч. В результате последний рвется, сбиваются метки ГРМ, клапаны сталкиваются с поршнями и требуется капитальный ремонт. Это же касается и такого элемента механизма, как водяной насос. Он создает необходимое давление охлаждающей жидкости для ее циркуляции по системе. Разрушение крыльчатки или выход из строя уплотнительной прокладки приводят к серьезным проблемам с двигателем. Ролики и натяжитель тоже подлежат замене. Любой подшипник рано или поздно выходит из строя. Если своевременно менять ролики и сам натяжитель, то шанс столкнуться с такой проблемой минимален. Заклинивание ролика очень часто приводит к обрыву ремня. Именно поэтому необходимо выполнять своевременное техническое обслуживание газораспределительного механизма.
В большинстве случаев при обрыве ГРМ на средних и высоких оборотах требуется капитальный ремонт двигателя. Практически всегда замене подлежит цилиндро-поршневая группа. Но даже при нормальной эксплуатации детали подвергаются износу. Первым делом страдают шейки, кулачки, а также существенно увеличиваются зазоры в подшипниках коленвала. Выполняются все работы только специалистами при помощи высокоточного оборудования. Все проточки делаются под ремонтные размеры, которые закладываются заводом-изготовителем. Обычно предусмотрено 2 капитальных ремонта, после чего двигатель необходимо менять на аналогичный.
Как уже было отмечено выше, ГРМ - узел сложный и крайне ответственный. Если привод газораспределительного механизма не синхронизирован, то завести автомобиль не выйдет. Основная причина рассинхронизации - сбитые метки. Ремень или цепь могут ослабиться из-за выхода из строя натяжителя или естественного износа. Метки выставляются относительно коленчатого вала. Для этого снимается шкив, что позволит нам увидеть шестеренку, на ней есть метка, которая должна совпадать с отметкой на масляном насосе или блоке. Соответствующие метки имеются и на распределительных валах. Используя инструкцию по эксплуатации, выставляют метки ГРМ. Очень важно понимать, что от правильности выполнения работ зависит результат. Перепрыгнувший на один зуб ремень - это не страшно, мотор будет работать, но с отклонениями. Если же метка уйдет на несколько делений, то завести авто будет невозможно.
Мы разобрались с тем, каково назначение газораспределительного механизма. Вы уже знаете, что это очень ответственный узел, который должен регулярно обслуживаться. Но важно учитывать еще и качество запасных частей. Ведь именно от них зачастую зависит срок службы ГРМ. Квалифицированная установка оригинальных комплектующих системы газораспределительного механизма практически полностью гарантирует бесперебойную работу узла в течение срока до планового обслуживания. Что касается сторонних производителей, то тут нет никаких гарантий, особенно если речь идет о комплектующих из Китая посредственного качества.
Чтобы узел работал исправно, его необходимо вовремя обслуживать. Стоит понимать, что чем сложнее мотор, тем дороже обойдется комплект ГРМ. Но экономить однозначно не стоит. Ведь скупой платит дважды. Поэтому лучше один раз купить дорогие запасные части и спать спокойно. Замену водяной помпы при ее неисправности можно приравнять к полной замене механизма. Далеко не любая конструкция двигателя позволяет допускать такие ошибки, ведь это будет стоить приличных денег. На некоторых силовых агрегатах обрыв ремня не приводит к капиталке, но на это рассчитывать не стоит.
fb.ru
