Коромысло в двигателе

Устройство автомобилей

Детали механизма газораспределения

Толкатели

Усилия от кулачков распределительного вала передается непосредственно клапанам или штангам через толкатели, которые воспринимают боковые нагрузки от кулачков и разгружают детали ГРМ. При работе толкатели клапанов следуют по контуру или профилю кулачков распределительного вала, тем самым обеспечивая преобразование вращения кулачка в возвратно-поступательное движение клапанного механизма.
Боковая поверхность толкателя изнашивается из-за трения в направляющих, а торцевые поверхности – под действием контактных напряжений, создаваемых кулачком распределительного вала и наконечником штанги либо пяткой стержня клапана.

Для обеспечения подвижного контакта со штангой в толкателях выполняется сферическое гнездо радиусом r₁ на 0,2…0,3 мм больше радиуса головки штанги r₂ (рис. 1, г).

В зависимости от схемы привода применяют толкатели различных конструкций. Наибольшее распространение получили грибковые толкатели с плоской или сферической опорной поверхностью; цилиндрические толкатели со сферической или роликовой опорной поверхностью; рычажные выпуклые или роликовые толкатели.

Для обеспечения равномерного изнашивания опорной поверхности толкателя обеспечивают его вращение вокруг своей оси путем смещения продольной оси толкателя относительно оси симметрии кулачка (рис. 1, б). С этой же целью опорная поверхность толкателя выполняется сферической, а опорная поверхность кулачка – концентрической с углом наклона образующей к оси вала 7’…15′.

Толкатели старых конструкций, в большинстве своем, имеют плоскую или выпуклую контактную поверхность, по которой скользит кулачок. Однако, в ряде конструкций толкателей используется ролик, перекатывающийся по поверхности кулачка (рис. 1, д). Роликовые толкатели используют в двигателях главным образом для снижения потерь на трение в клапанном механизме (эффект от снижения потерь достигает 8%). Снижение затрат на трение увеличивает экономичность двигателей и оправдывает повышение стоимости производства толкателей такой конструкции.

Роликовый цилиндрический толкатель обеспечивает меньшее изнашивание кулачка распределительного вала, чем грибковый или цилиндрический толкатель со сферической опорной поверхностью. Однако изнашивание боковых поверхностей роликового толкателя больше, так как такой толкатель не может вращаться вокруг своей оси, и боковые нагрузки всегда воспринимаются одними и теми же сопрягаемыми поверхностями.

Для предотвращения от поворачивания вокруг оси роликовые толкатели должны быть закреплены с помощью специальных держателей, удерживающих ролики в одной плоскости с кулачками распределительного вала. При поломке держателя роликовый толкатель получает свободу вращения вокруг своей оси, при этом разрушается как сам толкатель, так и распределительный вал.

Рычажные толкатели (рис. 1, ж), установленные на одной общей оси, не имеют направляющих, и, следовательно, трение скольжения в них отсутствует.

Общим недостатком роликовых толкателей является сложность конструкции и большая масса подвижных деталей, которая у рычажно-выпуклого толкателя несколько меньше.

Цилиндрические толкатели устанавливаются в направляющих, которые выполняются обычно в блок-картере.

Наличие зазоров в механизме газораспределения приводит к ударам движущихся деталей и ускорению их изнашивания.
Для устранения этого недостатка могут применяться так называемые гидравлические толкатели (гидрокомпенсаторы) (рис. 1, з), работающие без зазора.
Принцип действия конструкции, показанной на рисунке, заключается в следующем: штанга привода клапана упирается в головку 2 плунжера 3, расположенного внутри корпуса толкателя. Плунжер постоянно прижат пружиной 5 к штанге, а его внутренняя полость сообщается с масляной магистралью, и при открытом пластинчатом клапане 4 давление в ней равно давлению в масляной магистрали, которое создается насосом смазочной системы двигателя.

В начале подъема толкателя давление под плунжером резко увеличивается, что вызывает закрытие клапана 4, и усилие передается на штангу. Такие толкатели требуют для работы только чистое масло с высоким индексом вязкости.

Для изготовления толкателей используются специальные чугуны и стали. В чугунных толкателях опорная поверхность отбеливается, в стальных ее закаливают токами высокой частоты, наплавляют легированным отбеленным чугуном. Боковые и внутренние поверхности толкателей цементируют и закаливают. Ролики в роликовых и качающихся рычажных толкателях выполняются из шарикоподшипниковой стали, а втулки роликов – из бронзы.

При замене распределительного вала толкатели желательно поменять на новые. Если предполагается повторно использовать толкатели, бывшие в употреблении, то, вынимая их из двигателя, нужно обязательно помечать, из каких направляющих они вынимаются и после ремонта устанавливать их в те же направляющие. Такие (бывшие в употреблении) толкатели должны быть тщательно очищены и осмотрены; в случае обнаружения выработки на роликах или (в зависимости от конструкции) вогнутости на поверхности днища – толкатель полежит замене.

Штанги

Штанги передают усилие от толкателей к коромыслам. Штанга должна иметь достаточную жесткость, устойчивость на продольный изгиб, небольшую массу и износоустойчивость рабочих поверхностей.

Для снижения массы стержни штанг чаще всего выполняют трубчатыми. В верхний и нижний концы стержней вставляют наконечники. Как правило, на нижнем наконечнике имеется сферическая головка, а на верхнем – сферическая головка или сферическое гнездо.
Верхний конец штанги, которым она упирается в клапанное коромысло придается сферическая форма, если в клапанном коромысле не предусмотрен регулировочный винт в точке контакта со штангой. Если же винт стоит, то в торце штанги делается лунка под шарообразную головку регулировочного винта, стоящего в клапанном коромысле.

Стержни штанг изготовляют из малоуглеродистой стали или алюминиевого сплава. Опорные поверхности наконечника подвергаются термической обработке и шлифуются. В некоторых двигателях для подачи масла от толкателей к коромыслам в наконечниках имеются осевые каналы.

Поскольку наиболее частой неисправностью штанги является продольный изгиб, при ремонте двигателя все штанги обязательно проверяют на прямолинейность, катая их по плоской поверхности либо вращая вокруг оси в специальном станке.

Коромысла клапанов и ось коромысла

Коромысло служит для передачи усилия от штанги (кулачка при верхнем распределительном вале) к стержню клапана.
В дизельных двигателях встречается, так называемое, форсуночное коромысло, которое служит не только для преобразования движения штанги толкателя в движение стержня клапана, но и для сжатия насос-форсунки. Кроме того, коромысло предназначено для уменьшения хода толкателя при сохранении необходимой высоты подъема клапана или хода сжатия насос-форсунки.

Коромысло представляет собой неравноплечий рычаг (рис. 4, д, е, ж), качающийся вокруг неподвижной оси (ось коромысел). Для уменьшения высоты подъема толкателей и штанг и уменьшения инерционных нагрузок на эти детали, плечи коромысла выполняются неодинаковыми. Передаточное число коромысла (соотношение между плечом стержня клапана и плечом штанги) составляет примерно 1,5:1. В этом случае высота подъема клапана в полтора раза превышает высоту подъема штанги толкателя клапана.
При таком передаточном числе клапанное коромысло получается достаточно компактным, что позволяет сократить габариты двигателя. Это также приводит к снижению скорости относительного скольжения вершины кулачка по торцу толкателя клапана.

Для регулировки теплового зазора в газораспределительном механизме в один конец коромысла, обычно обращенный к штанге, ввертывается регулировочный винт 3 с контргайкой.
В зависимости от типа наконечника штанги головка винта может быть сферической или с внутренней сферической поверхностью. Сферическая часть головки винта закаливается, цементируется и шлифуется. В теле винта высверливаются осевой и радиальный каналы для подвода смазочного материала к трущимся поверхностям штанги и винта от оси коромысла и наоборот, от штанги к втулке оси коромысла. Иногда в длинном плече коромысла выполняют канал для подвода масла к торцу стержня клапан. Носок коромысла, опирающийся на стержень клапана, тоже подвергается термической обработке.

Для уменьшения силы трения, возникающей при воздействии и проскальзывании носка коромысла по стержню клапана, головку клапанов выполняют сферической. Иногда в носок коромысла ввертывают винт 4 (см. рис. 4, е), в сферическое гнездо которого завальцовывают шарик 5 со срезанным сегментом.

Оси коромысла устанавливаются на бронзовых втулках. При установке на общих осях внутренние коромысла удерживаются от продольных перемещений спиральными пружинами, надеваемыми на ось, а коромысла на концах оси – пластинчатыми или пружинными кольцами, плоскими шайбами и шплинтами.

Оси коромысел перемещаются в специальных кронштейнах, которые крепятся к головке блока цилиндров болтами.

Смазка шарниров коромысел, установленных на оси, поступает по маслопроводным каналам, проходящим из блока цилиндров через головку блока цилиндров и полую ось к клапанным коромыслам.

Как правило, коромысла изготавливаются штамповкой из среднеуглеродистых сталей 40Х, 45, 45Л. Иногда для изготовления коромысел используют ковкие чугуны. В некоторых импортных дизельных моторах (Cummins, Komatsu, CAT, Detroit Diesel, Perkins, Deutz) используются кованые коромысла. Такие коромысла отличаются высокой прочностью, но их производство обходится дорого.

В быстроходных двигателях могут применяться облегченные коромысла, которые штампуются из листовой стали. Они качаются на сферической или полусферической опоре, закрепленной на стойке 6 (см. рис. 4, ж), которая запрессована в головку блока цилиндров. Коромысла в виде рычагов приводятся в движение непосредственно от распределительного вала, который воздействует на их плоские (рис. 4, б) либо сферические (рис. 4, в, г) рабочие поверхности.
Рычаги с плоскими рабочими поверхностями устанавливаются на оси, а со сферическими – на опорах и фиксируются на сферической опоре специальной пружиной. Смазываются такие рычаги через отверстие в кулачках распределительного вала. Особенность смазывания облегченного коромысла (рис 4, ж) заключается в том, что масло подводится к рабочим поверхностям коромысла из масляного канала 7 по осевому и радиальному отверстиям в стойке 6.

При осуществлении ремонта двигателя, связанного с демонтажем коромысел, их необходимо тщательно прочищать и осматривать на следы износа и повреждений; при необходимости неисправные коромысла следует заменять на работоспособные.
Если коромысла не имеют следов износа и повреждений, после очистки их можно повторно установить в двигатель.

Газораспределительный механизм двигателя (ГРМ)

Видео: Принцип работы газораспределительного механизма. Ремень ГРМ. Ресурс, когда менять. Цепь или ремень ГРМ. Что лучше и надежнее. Растянутая цепь ГРМ — симптомы

Что такое газораспределительный механизм (ГРМ)?

Газораспределительный механизм (ГРМ) — это механизм предназначенный для впуска в цилиндры двигателя свежего заряда (горючей смеси в классических бензиновых двигателях или воздуха в дизелях) и выпуска отработавших газов в соответствии с рабочим циклом, а также для обеспечения надежной изоляции камеры сгорания от окружающей среды во время тактов сжатия и рабочего хода.

В зависимости от вида устройств, осуществляющих впуск заряда и выпуск отработавших газов, различают два типа механизмов газораспределения:

Клапанный механизм наиболее широко распространен и используется во всех четырехтактных двигателях. Возможно верхнее и нижнее расположение клапанов. Верхнее расположение в настоящее время применяется чаще, так как в этом случае процесс газообмена протекает эффективнее. Характерные конструкции газораспределительных механизмов с верхним расположением клапанов представлены на рисунке.

Из чего состоит газораспределительный механизм (ГРМ) двигателя?

Основными элементами газораспределительного механизма являются:

• распределительный вал
• впускные и выпускные клапаны с пружинами, крепежными деталями и направляющими втулками
• привод распределительного вала
• также детали (толкатели, штанги, коромысла и др.), обеспечивающие передачу перемещения от распределительного вала к клапанам

У V-образных двигателей основная деталь рассматриваемого механизма — распределительный вал — может иметь как нижнее, так и верхнее расположение. При нижнем расположении (рис. а) распределительный вал 7, размещенный в блок-картере, приводится во вращение от коленчатого вала двигателя с помощью зубчатой передачи, обычно содержащей одну пару цилиндрических или конических шестерен (возможно применение и нескольких пар шестерен).

У четырехтактного двигателя передаточное отношение привода равно двум, т.е. распределительный вал вращается вдвое медленнее коленчатого. При вращении распределительный вал с помощью кулачков перемещает толкатели 2 и штанги 3. Последние поворачивают коромысла 5 относительно оси 4. В то же время противоположные концы коромысел воздействуют на клапаны 7, перемещая их вниз и преодолевая при этом сопротивление пружин 6. Расположение кулачков на распределительном валу и их форму выбирают так, чтобы впускные и выпускные клапаны открывались и закрывались в строго определенные моменты согласно рабочему циклу двигателя.

Рис. Газораспределительные механизмы с верхним расположением клапанов:
а — с нижним расположением распределительного вала: 1 — распределительный вал; 2 — толкатель; 3 — штанга; 4 — ось коромысел; 5 — коромысло; 6 — пружина; 7 — клапан; б — с верхним расположением распределительного вала: 1 — винт; 2 — контргайка; 3 — коромысла; 4 — распределительный вал

У рядных верхнеклапанных двигателей и V-образных двигателей с четырьмя клапанами на цилиндр распределительный вал (валы) находится в головке блока, в непосредственной близости от клапанов (рис. б). Поскольку при верхнем расположении распределительного вала расстояние между его осью и осью коленчатого вала оказывается значительным, для приведения распределительного вала во вращение обычно используют цепную передачу. У двигателей сравнительно малой мощности можно также применять зубчатый ремень.

Распределительные валы мощных V-образных дизелей приводятся во вращение с помощью зубчатой передачи, у которой число пар конических шестерен может составлять две и более. При верхнем расположении распределительного вала уменьшается число передаточных деталей. Например, в механизме, представленном на рис. б, отсутствуют толкатели и штанги. Распределительный вал 4 непосредственно воздействует на коромысла 3, которые, в свою очередь, перемещают клапаны.

При работе двигателя детали газораспределительного механизма нагреваются (наиболее сильно — клапаны) и, следовательно, расширяются и удлиняются. Чтобы обеспечить возможность удлинения стержня клапана при его нагреве без нарушения плотности посадки головки клапана в седле, между отдельными деталями газораспределительного механизма у непрогретого двигателя должен быть зазор (например, между стержнем клапана и концом коромысла). Регулировать этот зазор можно различными способами, например с помощью винта 1 (см. рис. б), самоотвинчивание которого предотвращает контргайка 2. Чтобы исключить необходимость в регулировке зазора и уменьшить шумность двигателя в газораспределительных механизмах многих современных двигателей используются гидравлические толкатели. В эти толкатели встроены гидрокомпенсаторы, изменяющие их длину под действием давления масла, которое специально подается из смазочной системы двигателя. Клапан, его направляющая втулка, пружина и опорная шайба с деталями ее крепления образуют клапанную группу газораспределительного механизма.

Клапан состоит из головки и стержня, между которыми для уменьшения сопротивления движению газов выполнен плавный переход. Головка клапана имеет шлифованную конусную рабочую поверхность — фаску, по которой клапан плотно прилегает к седлу. Для крепления опорной шайбы пружины конец стержня клапана снабжен канавкой. В некоторых случаях для улучшения отвода теплоты от головки выпускного клапана стержень со стороны головки выполняют полым и вводят в него жидкий металлический натрий.

Клапаны изготавливают высадкой из стального прутка с последующей механической и термической обработкой. Материалом для них служит износо- и жаростойкая сталь. Иногда головку и стержень выпускного клапана выполняют из разных марок стали, а затем соединяют сваркой. Торец стержня клапана дополнительно закаливают для повышения твердости и износостойкости. В некоторых случаях на фаску выпускного клапана для увеличения его долговечности наплавляют особо жаростойкий сплав.

Каждый цилиндр двигателя имеет, как минимум, два клапана — впускной и выпускной. Однако в настоящее время наметилась тенденция к увеличению числа клапанов на цилиндр. Все шире применяются двигатели с тремя (два впускных и один выпускной) и четырьмя (два впускных и два выпускных) клапанами. При наличии одного впускного и одного выпускного клапанов первый имеет большую головку. Это необходимо для лучшего наполнения цилиндра свежим зарядом.

Направляющая втулка, через которую проходит стержень клапана, обеспечивает его точную посадку в седло. Стержень имеет высокоточное сопряжение с втулкой (зазор составляет 0,05… 0,12 мм). Направляющие втулки изготавливают из чугуна или спеченного пористого материала, который может быть пропитан смазочным маслом.

Клапанная пружина удерживает клапан в закрытом положении, обеспечивая его плотную посадку в седле. Пружины изготавливают методом холодной навивки из специальной стальной, термически обработанной проволоки с последующей дробеструйной обработкой, что увеличивает их долговечность. Иногда для предотвращения появления резонансных колебаний используют пружины с переменным шагом витков.

Опорная шайба удерживает пружину в сжатом состоянии. Крепление стержня клапана к опорной шайбе осуществляется с помощью конических разрезных сухарей, входящих в выточку на стержне.

Седло клапана, в которое он садится фаской головки, у верхнеклапанного двигателя расположено в головке цилиндров. Обычно седла выпускных, а иногда и впусковых клапанов, выполняют в виде вставных колец и наглухо запрессовывают в выточки головки цилиндров. Вставные кольца изготавливают из жаростойкой стали, специального чугуна или спеченного материала.

Передаточные детали газораспределительного механизма обеспечивают передачу усилия от распределительного вала к стержням клапанов. К таким деталям относятся:

Толкатели передают осевое усилие от кулачков распределительного вала на штанги или стержни клапанов. Они могут быть плоскими, грибовидными, цилиндрическими или рычажными. Их изготавливают из стали или чугуна. Для повышения твердости и износостойкости рабочие поверхности толкателей упрочняют, а затем шлифуют.

Штанги служат для передачи усилий от толкателей к коромыслам при нижнем расположении распределительного вала в верхнеклапанном двигателе (см. рис. а). Штанги изготавливают из стали или алюминиевого сплава, придавая им форму трубки. На концах штанг крепят стальные наконечники со сферическими поверхностями, имеющими высокую твердость. Нижними концами штанги упираются в гнезда толкателей, а верхними — в регулировочные винты коромысел.

Коромысла предназначены для изменения направления и величины усилий, передаваемых на стержни клапанов. Коромысла шарнирно устанавливают на осях, которые крепятся к головке цилиндров. На одном конце коромысла может быть установлен регулировочный винт, который позволяет изменять зазор в газораспределительном механизме. Материалом для коромысла служит сталь или ковкий чугун. Рабочие поверхности коромысла закаливают, а затем шлифуют.

Распределительный вал служит для своевременного открытия и закрытия клапанов при помощи кулачков. Конструкция распределительного вала зависит от типа двигателя, числа цилиндров и клапанов, а также типа привода. Характерные конструкции распределительных валов представлены на рисунке. Любой распределительный вал имеет кулачки впускных 2 и выпускных 4 клапанов, а также опорные шейки 2. Распределительный вал бензинового карбюраторного двигателя снабжен также винтовой шестерней 5 привода масляного насоса и распределителя зажигания и эксцентриком 3, приводящим в действие топливный насос. Число кулачков соответствует общему числу клапанов, которые обслуживаются данным валом. Число опорных шеек чаще всего равно числу коренных шеек коленчатого вала. В рядном четырех- цилиндровом двигателе вершины одноименных кулачков располагаются под углом 90° (рис. а), в рядном шестицилиндровом — под углом 60° (рис. б), а в V-образном восьмицилиндровом — под углом 45° (рис. в). Угол установки разноименных кулачков зависит от фаз газораспределения. Вершины кулачков располагают в соответствии с принятым для двигателя порядком работы с учетом направления вращения вала. В качестве подшипников для распределительного вала чаще всего применяют запрессованные в картер (при нижнем расположении) или головку цилиндров (при верхнем расположении) тонкостенные биметалические или триметаллические втулки. Одна из опорных шеек вала (обычно передняя) снабжена фиксирующим устройством для предотвращения его осевых перемещений. Для смазывания опорных шеек к ним подается масло под давлением из общей смазочной системы двигателя. При верхнем расположении распределительного вала в его теле сверлят осевое отверстие, по которому масло поступает ко всем опорным шейкам и кулачкам.

Рис. Распределительные валы рядного четырехцилиндрового (а), рядного шестицилиндрового (б) и V-образного восьмицилиндрового (в) двигателей со схемами расположения кулачков:
1 — опорная шейка; 2, 4 — кулачки впускных и выпускных клапанов; 3 — эксцентрик привода топливного насоса; 5 — винтовая шестерня привода масляного насоса

Классификация, устройство и принцип работы ГРМ двигателя

Газораспределительный механизм (ГРМ) представляет собой совокупность деталей и узлов, обеспечивающих открытие и закрытие впускных и выпускных клапанов двигателя в определенный момент времени. Основная задача ГРМ заключается в своевременной подаче топливовоздушной смеси или топлива (это зависит от типа мотора) в камеру сгорания и выпуск отработавших газов. Для реализации этой задачи слажено работает целый комплекс механизмов, часть из которых управляется при помощи электроники.

Устройство газораспределительного механизма

В современных моторах газораспределительный механизм располагается в головке блока цилиндров двигателя. В его состав входят следующие основные элементы:

Распределительный вал. Это сложная по конструкции деталь, которая изготавливается из прочной стали или чугуна с высокой точностью обработки. В зависимости от конструкции ГРМ распредвал может устанавливаться в головке блока цилиндров или в картере двигателя (такая компоновка сейчас не применяется). Это основная деталь, которая отвечает за последовательное открытие и закрытие клапанов. Распределительный вал

На валу имеются опорные шейки и кулачки, которые и толкают стержень клапана или коромысло. Форма кулачка имеет строго определенную геометрию, поскольку от этого зависит длительность и степень открытия клапана. Также кулачки выполнены разнонаправленными, чтобы обеспечивать попеременную работу цилиндров.

Привод. Крутящий момент от коленчатого вала передается через привод на распределительный вал. Привод бывает разным в зависимости от конструктивного решения. Шестерня коленвала в два раза меньше шестерни распредвала. Таким образом, коленчатый вал вращается в два раза быстрее. В зависимости от типа привода в его состав входят:

• цепь или ремень;
• шестерни валов;
• натяжитель (натяжной ролик);
• успокоитель и башмак.

Впускные и выпускные клапаны. Они расположены в головке блока цилиндров и представляют собой стержни с плоской головкой на одном конце, которая называется тарелкой. Впускные и выпускные клапаны отличаются по конструкции. Впускной изготавливается цельной деталью. Также он имеет больший диаметр тарелки для обеспечения лучшего наполнения цилиндра свежим зарядом. Выпускной часто изготавливают из жаропрочной стали и с полым стержнем для лучшего охлаждения, так как в работе он подвергается более высоким температурам. Внутри полости находится натриевый наполнитель, который легко плавится и отводит часть тепла от тарелки к стержню. Впускные и выпускные клапаны с пружинами

На тарелках клапанов сделаны специальные фаски, которые обеспечивают более плотное прилегание к отверстиям в головке блока цилиндров. Это место называется седлом. Кроме самих клапанов, в механизме предусмотрены дополнительные элементы, обеспечивающие его правильную работу:

• Пружины. Возвращают клапаны в исходное положение после нажатия.
• Маслосъемные колпачки. Представляют собой специальные уплотнители, которые не допускают попадания масла в камеру сгорания по стержню клапана.
• Направляющая втулка. Устанавливается в корпус ГБЦ и обеспечивает точное движение клапана.
• Сухари. С их помощью пружина крепится на стержне клапана.

Толкатели. Через толкатели передается усилие от кулачка распредвала на стержень. Изготавливаются из высокопрочной стали. Они бывают разных видов (механические (стаканы), роликовые, гидрокомпенсаторы). Тепловой зазор между механическими толкателями и кулачками распредвала регулируется вручную. Гидрокомпенсаторы или гидротолкатели автоматически поддерживают нужный тепловой зазор и не требуют регулировки.

Коромысло или рычаги. Простое коромысло представляет собой двуплечный рычаг, который совершает качательные движения. В различной компоновке коромысла могут работать по-разному.

Читать еще:  Коренные шейки коленчатого вала

Коромысло

Системы изменения фаз газораспределения. Данные системы устанавливаются не на все двигатели. Более подробно про устройство и принцип работы CVVT можно прочитать в отдельной статье на нашем сайте.

Принцип работы

Работу газораспределительного механизма сложно рассматривать отдельно, в отрыве от рабочего цикла двигателя. Ведь его основная задача — это вовремя открыть и закрыть клапана на определенный промежуток времени. Соответственно на такте впуска открываются впускные, а на такте выпуска — выпускные. То есть фактически механизм должен реализовывать рассчитанные фазы газораспределения.

Технически это происходит следующим образом:

1. Коленчатый вал передает крутящий момент посредством привода на распределительный.
2. Кулачок на распределительном валу нажимает на толкатель или коромысло.
3. Клапан перемещается внутрь камеры сгорания, открывая доступ свежему заряду или отработавшим газам.
4. После того как кулачок проходит активную фазу воздействия, клапан возвращается на место под действием пружины.

Стоит также отметить, что за полный рабочий цикл распредвал совершает 2 оборота, попеременно открывая клапана в каждом цилиндре, в зависимости от порядка их работы. То есть, например, при схеме работы 1-3-4-2 в один и тот же момент времени в первом цилиндре будут открыты впускные клапаны, а в четвертом выпускные. Во втором и третьем клапаны будут закрыты.

Классификация или типы ГРМ

Двигатели могут иметь различную компоновку газораспределительного механизма. Рассмотрим следующую классификацию.

По расположению распределительного вала

Существуют два типа положения распредвала:

При нижнем расположении распредвал находится в блоке цилиндров рядом с коленчатым валом. Усилие от кулачков передается через толкатели на коромысла, при этом применяются специальные штанги. Они представляют собой длинные стержни и связывают толкатели внизу с коромыслами наверху. Нижнее расположение считается не самым удачным, но имеет и свои плюсы. В частности, более надежное соединение распредвала с коленвалом. Данный тип расположения на современных моторах не применяется.

Нижнее расположение распредвала и устройство ГРМ

При верхнем положении распредвал находится в головке блока цилиндров (ГБЦ) непосредственно над клапанами. При таком положении могут быть реализованы различные варианты воздействия на клапаны: через толкатели, коромысла или рычаги. Такая конструкция более простая, надежная и компактная. Верхнее положение распредвала получило более широкое распространение.

По количеству распределительных валов

На рядных двигателях могут быть установлены один или два распределительных вала. Моторы с одним распредвалом имеют аббревиатуру SOHC (Single Overhead Camshaft), а с двумя — DOHC (Double Overhead Camshaft). Один вал отвечает за открытие впускных, а другой за открытие выпускных клапанов. В двигателях c V-образной компоновкой используются четыре распредвала, по два на каждый ряд цилиндров.

По количеству клапанов

От количества клапанов на один цилиндр будет зависеть форма распредвала и количество кулачков на нем. Клапанов может быть два, три, четыре или пять.

Самый простой вариант с двумя клапанами: один работает на впуск, другой на выпуск. В трехклапаном двигателе два работают на впуск и один на выпуск. При четырех клапанах: два на впуск и два на выпуск. Пять клапанов: три на впуск и два на выпуск. Чем больше клапанов на впуске, тем больше объем поступающей топливовоздушной смеси в камеру сгорания. Повышается мощность и динамика двигателя. Сделать больше пяти не позволят размер камеры сгорания и форма распредвала. Наиболее часто встречается схема с четырьмя клапанами на цилиндр.

По типу привода

Различают три типа привода распределительного вала:

1. Шестеренчатый. Данный привод возможен только при нижнем положении распредвала в блоке цилиндров. Коленвал и распредвал имеют зубчатый привод через шестерни (звездочки). Главное преимущество такого привода – надежность. При верхнем положении распредвала в ГБЦ применяется цепной и ременный привод.
2. Цепной. Этот привод считается более надежным. Но использование цепи требует особых условий. Для гашения колебаний устанавливаются успокоители, а натяжение цепи регулируется натяжителями. В зависимости от количества валов могут применяться несколько цепей.

Ресурса цепи хватает в среднем на 150-200 тысяч километров пробега.

Главной проблемой цепного привода считается поломка натяжителей, успокоителей или разрыв самой цепи. При плохом натяжении цепь может перескакивать между зубьев в ходе работы, что приводит к нарушению фаз газораспределения.

Ременный и цепной приводы ГРМ

Автоматически регулировать натяжение цепи помогают гидронатяжители. Они представляют собой поршни, которые давят на так называемый башмак. Башмак прилегает непосредственно к цепи. Он представляет собой изогнутую дугой деталь со специальным покрытием. Внутри гидронатяжителя находится плунжер, пружина и рабочая полость для масла. Масло поступает в натяжитель и выталкивает цилиндр до нужного уровня. Клапан закрывает масляный канал, и поршень постоянно поддерживает нужное натяжение цепи. По похожему принципу работают гидрокомпенсаторы в ГРМ. Успокоитель цепи гасит остаточные колебания, которые не погасил башмак. Так достигается оптимальная и точная работа цепного привода.

Самые большие неприятности может принести разрыв цепи.

Распредвал прекращает вращение, а коленвал продолжает крутиться и двигать поршни. Днища поршней ударяются о тарелки клапанов, что приводит к их деформации. В самых тяжелых случаях может быть поврежден и блок цилиндров. Чтобы такого не произошло, иногда применяются двухрядные цепи. При обрыве одной другая продолжит работу. Водитель без последствий исправит ситуацию.
Ременный. Ременный привод не требует смазки, в отличие от цепного.

Ресурс ремня также ограничен и в среднем он равен 60-80 тысячам километров пробега.

Для лучшего сцепления и надежности используются зубчатые ремни. Такой привод более прост. Разрыв ремня при работающем двигателе приведет к тем же последствиям, что и при разрыве цепи. Главными преимуществами ременного привода является простота эксплуатации и замены, дешевизна и бесшумная работа.

От правильной работы всего газораспределительного механизма зависит работа двигателя, его динамика и мощность. Чем больше количество и объем цилиндров, тем сложнее будет устройство ГРМ. Каждому водителю важно понимать устройство механизма, чтобы вовремя заметить неисправность.

Устройство современного двигателя

Устройство газораспределительного механизма двигателя внутреннего сгорания: назначение, принцип работы

Основное назначение газораспределительного механизма (ГРМ ) – своевременная подача горючей смеси из топлива и воздуха (топливо-воздушной смеси) в камеру сгорания и вывода газов из цилиндров двигателя.

Работа ГРМ заключается в своевременном открытии-закрытии впускных и выпускных клапанов за что отвечает клапанный механизм.

Принцип действия газораспределительного механизма

Работа газораспределительного механизма заключается в синхронном движении двух валов – коленчатого вала и распределительного вала. Параллельное вращение валов обеспечивает своевременное открытие и закрытие впускных и выпускных клапанов цилиндров двигателя.

Во время вращения распределительного вала его кулачки воздействуют на рычаги, которые в свою очередь передают усилие на клапанные стержни, что и приводит к открытию клапанов.

При дальнейшем вращении распределительного вала клапаны закрываются, благодаря занятию кулачками начальной позиции.

Классификация ГРМ

Современные автомобильные двигатели получили различные типы газораспределительных механизмов, разработка которых была основана на опыте эксплуатации более ранних моделей.

Классификация ГРМ по четырем основным различиям:

1. По расположению распределительного вала :

2. По количеству распределительных валов :

– один распредвал (SOHC – Single OverHead Camshaft)

– два распредвала (DOHC – Double OverHead Camshaft);

3. По числу клапанов – 2, 3, 4, 5;

4. По приводу распределительного вала :

– цепной привод от коленчатого вала;

– шестеренчатый привод от коленчатого вала;

– ременной привод коленчатого вала.

Чаще всего встречается верхнее расположение распределительного вала в головке двигателя – это объясняется простотой конструкции и эффективностью работы, уменьшением массы механизма. Открытие и закрытие клапанов в газораспределительном механизме такого типа осуществляется с помощью толкателей.

Устройство газораспределительного механизма

Газораспределительный механизм состоит из:

1. распределительного вала ;
2. толкателей ;
3. клапанов ;
4. коромысла ;
5. штанги ;
6. привода.

1. Распределительный вал. Вращение распределительного вала приводит к своевременному открытию и закрытию клапанов газораспределительного механизма в зависимости от последовательности работы цилиндров двигателя, учитывая фазы газораспределения газов в механизме. Изготавливают распределительный вал из высокопрочной закаленной стали или чугуна. На валу ГРМ имеются опорные шейки и кулачки. Форма кулачков влияет на рабочие процессы распределения горючей смеси и газов, частоту и время открытия, закрытия клапанов. В торце распределительного вала ГРМ крепится звездочка (на которую устанавливается цепь) или шкив привода вала (на которую одевается ремень). Вал устанавливается в корпусе на подшипниках. В целях предотвращения осевых смещений распределительный вал имеет упорный фланец.

2. Толкатели. Толкатели – это детали газораспределительного механизма, которые служат для передачи усилий от кулачков распределительного вала к штангам коромысел. Толкатели изготавливают из высокопрочной стали или чугуна.

Виды толкателей: роликовые, цилиндрические, грибовидные.

Движение толкателей происходит в корпусах, закрепленных на блоке цилиндров или по направляющим.

3. Клапаны. Клапаны служат для подачи горючей смеси в цилиндры двигателя и вывода отработанных газов. Различают впускные и выпускные клапаны. Впускные служат для впуска горючей смеси, а выпускные клапаны служат для выпуска отработавших газов.

Конструкция клапана. Клапан состоит из стержня и головки. НА клапанной головке имеется кромка под 45 градусов для лучшего прилегания клапана. Впускной клапан отличается от выпускного диаметром. Выпускной клапан значительно больше по диаметру, чем впускной, так как объем отработавших газов превышает объем подающейся горючей смеси. Клапаны ГРМ установлены в головке блока цилиндров. Место их соединения называется седлом и имеет конусную форму. Для герметизации цилиндра предназначен клапанный механизм. Для улучшения герметизации цилиндра проводят процесс под названием притирка клапанов.

Впускные клапаны изготавливают из стали с хромистым покрытием, а выпускные клапаны из жаропрочной стали. Седла клапанов изготавливают из жаропрочного чугуна.

Движение стержней клапанов осуществляется по направляющим втулкам, которые изготавливаются из чугуна или стали. Направляющие соединены с головкой блока цилиндров . Клапаны оснащены внутренней и наружной пружинами. Пружины же крепятся с помощью тарелок, сухарей и шайб.

Открытие клапанов осуществляется через усилие, которое передается от распределительного вала на клапан.

Газораспределительный механизм современных двигателей устроен таким образом, что на каждый цилиндр двигателя имеется по два клапана впуска и два клапана выпуска. Для снятия клапанов используют рассухариватели клапанов.

4. Штанги

Штанги служат для передачи усилия от толкателей к коромыслам. Штанги толкателей могут иметь форму полых цилиндрических стержней со стальными наконечниками.

Штанги изготавливают из износостойкого алюминиевого сплава, крепятся с одной стороны к коромыслу, а с другой – к толкателю.

5. Коромысло

Коромысло служит для передачи усилия от штанги к клапанам. Коромысло выполнено в виде рычага с двумя плечами, который крепится на оси. При этом одно плечо длиннее, чем другое (возле штанги).

Коромысла изготавливают из прочной стали. Устанавливают коромысло на оси, которая крепится к головке цилиндров, на специальных втулках. Втулки предназначены для уменьшения трения между осью и коромыслом.

6. Привод распределительного вала

Распределительный вал приводится в движение от коленчатого вала при помощи привода, который может быть, как мы говорили цепной, шестеренчатый, ременной.

Скорость вращения распределительного вала в 2 раза меньше, чем скорость вращения коленчатого вала, что обеспечивается передаточным числом звездочки, либо размером шкива.

Таким образом, за два вращения коленчатого вала, распределительный вал совершит только одно вращение, что необходимо для осуществления одного рабочего цикла.

Часто встречается в обиходе автомобилистов такой термин, как тепловой зазор.

Рокер (коромысло) клапана

Рокер (рычаг привода клапана) — конструктивный элемент механизма привода клапанов. Встречается также название роликовый рычаг или коромысло. Задачей рокера становится передача усилия от кулачка распредвала на шток (стержень) клапана при верхнем расположении распредвала. Данное решение в устройстве привода клапанов обеспечивает ГРМ меньшую массу и снижает трение.

Коромысло (рокер клапана) принимает на себя поступательное движение штанги толкателя и передает это движение на шток клапана. Начальное усилие передается от кулачка распределительного вала. Рокеры находятся в верхней части ГБЦ. В центральную часть рокера впрессована ось, положение которой зафиксировано при помощи двух опорных штифтов коромысла. Опорные штифты вставлены в специальные стойки, которые в отдельных вариантах конструкции изготовлены в корпусе головки блока цилиндров.

Коромысло с одной стороны опирается на шток клапана, а с другой может опираться на гидрокомпенсатор. Некоторые конструкции механизма привода клапанов предусматривают то, что рокер опирается на специальную шаровую опору. Место контакта рокера и кулачка распределительного выполняется в виде ролика.

Коромысла клапанов в современных двигателях постепенно исключаются из устройства ГРМ благодаря активному применению конструкции с верхним расположением распределительного вала. Главной целью использования рокеров сегодня становится задача по уменьшению габаритов мотора. Это может быть необходимо для размещения ДВС в подкапотном пространстве малогабаритного автомобиля.

Рокер является рычагом, который имеет два «плеча» (двухплечевой рычаг). Коромысло клапана изготавливают при помощи формовки стали, методом литья или ковки. Последний вариант является более предпочтительным, так как кованые элементы имеют повышенную прочность. Кованые рокеры устанавливаются на мощные силовые агрегаты.

Гидрокомпенсатор (гидротолкатель) представляет собой цилиндр, который имеет в основе поршень с пружиной, обратный клапан и специальные каналы для реализации подвода моторного масла из системы смазки ДВС. Если гидравлический компенсатор расположен на толкателе клапана, такое устройство называется гидравлический толкатель (гидротолкатель).

Дополнительно в коротком плече имеется отверстие, которое обеспечивает доступ моторному маслу для смазки элементов. Для предотвращения перемещения рокера по оси коромысло удерживается при помощи спиральной пружины. Коромысло работает по следующему принципу, когда кулачок распредвала оказывает усилие на короткое плечо рокера, тем самым происходит подъем. Длинное плечо опускается вниз, осуществляя нажатие на шток клапана. Дополнительными элементами в конструкции рокера являются втулки для снижения трения.

В процессе работы боек рокера, подшипники и само коромысло подвержены механическим и тепловым нагрузкам, что приводит к износу и повреждениям. Коромысло может разламываться, что означает прекращение работы клапана. Если рокер сломался, тогда неисправность проявляется в виде характерного стука в ГБЦ и снижения отдачи от ДВС на различных режимах работы.

Назначение газораспределительного механизма. Составные элементы ГРМ на четырехтактном поршневом двигателе, отличительные особенности конструкции механизма.

Для чего необходимо регулировать тепловой зазор клапанов, ручная и автоматическая подстройка. Особенности эксплуатации двигателя с гидрокомпенсаторами.

Для чего и когда нужно регулировать клапана. Самостоятельная регулировка зазоров клапанного механизма при помощи щупа и регулировочных шайб. Рекомендации.

Назначение клапана ГРМ. Впускной и выпускной клапаны, устройство и особенности детали. Схемы компоновки и привод клапанов двигателя внутреннего сгорания.

Назначение гидрокомпенсатора. Виды, устройство гидрокомпенсаторов, принципы работы и основные неисправности.

Что такое рассухариватель клапанов и для чего он нужен. Существующие готовые разновидности специнструмента. Как сделать рассухариватель клапанов самому.

Газораспределительный механизм двигателя

Случается, что при ремонте автомобиля необходима замена или ремонт рокера. Очень многие, встретившись с этой проблемой впервые, не знают, что это значит.Рокеры (или, как их еще называют, коромысла клапанов) – это механизм, который используется для передачи энергии кулачка распределительного вала на стержень впускного клапана.Коромысла клапанов являются частью деталей газораспределительного механизма (ГРМ) двигателя авто «классической» структуры. Сейчас рокеры в двигателях встречаются достаточно редко.

• Устройство рокеров.
• Принцип работы коромысла клапанов.
• Распространенные поломки.

Причиной этого является тот факт, что современные двигатели полностью перешли к верхнему расположению распредвала. И, как правило, основной причиной использования рокеров в современных двигателях является желание уменьшить размеры последнего. Причин для принятия такого решения может быть несколько, но первое место занимает необходимость поместить двигатель внутреннего сгорания (ДВС) под капотом малогабаритного авто.

Устройство рокеров.

Рокеры расположены на оси, которая крепится на 4-х стойках на ГБЦ (головка блока цилиндров). Каждый рокер расположен на отдельной оси и прикреплен к поверхности головки одним болтом, а положение оси рокеров, в свою очередь, фиксируется двумя штифтами, впрессованными в стойку. Стойка изготовлена как одно целое с осью рокеров.

Рокер является рычагом с двумя «плечами», и изготавливают его с помощью формовки стали, используя технологию ковки либо литья. Если выбирать, то метод ковки намного лучше, ведь кованые детали несравнимо прочнее. Оба «плеча» рокера имеют Т-образное сечение.

Традиционно выделяют длинное и короткое плечо коромысла. На конце длинного плеча расположена закаленная цилиндрическая плоскость – боёк рокера. Бойком коромысло упирается в торцевой конец штока клапана.

На конце короткого плеча находится болт, при помощи которого регулируется глубина зазора между самим клапаном и рычагом привода клапана. В случае, когда имеется гидрокомпенсатор, регулировка такого зазора происходит автоматически. При этом значительно снижается шум, а работа ГРМ становится более плавной и мягкой. Также в коротком плече есть специальное отверстие, с помощью которого обеспечивается доступ моторного масла для смазки деталей.

Коромысло сдерживается с помощью спиральной пружины. Нужно это для того, чтобы предотвратить перемещение рокера по оси. Сама ось, которая служит для крепления рокеров – полая, а внешняя сторона оси закалена, что способствует увеличению износостойкости.

Принцип работы коромысла клапанов.

Принцип работы коромысла состоит в следующем: когда кулачок распределительного вала оказывает давление на короткое плечо – происходит подъем. Длинное плечо опускается, при этом происходит нажатие на шток клапана. Вспомогательными элементами в строении рокера являются втулки, которые снижают трение.

Распространенные поломки.

Так как во время работы боёк рокера и само коромысло подвергаются различным тепловым и механическим нагрузкам, то это, в свою очередь, приводит к их повреждению и износу.

Если вы замечаете, что снижается отдача от ДВС в разных режимах работы, или же слышите характерное постукивание в головке блока цилиндров, то это значит, что рокер сломался. Также очень часто разламывается само коромысло, а это значит, что вышел из строя клапан. Внешние признаки разлома рокера точно такие же, как и при неисправности любой детали ГРМ.

Подписывайтесь на наши ленты в таких социальных сетях как, Facebook, Вконтакте, Instagram, Pinterest, Yandex Zen, Twitter и Telegram: все самые интересные автомобильные события собранные в одном месте.

Что такое газораспределительный механизм (ГРМ)?

Газораспределительный механизм (ГРМ) — это механизм предназначенный для впуска в цилиндры двигателя свежего заряда (горючей смеси в классических бензиновых двигателях или воздуха в дизелях) и выпуска отработавших газов в соответствии с рабочим циклом, а также для обеспечения надежной изоляции камеры сгорания от окружающей среды во время тактов сжатия и рабочего хода.

В зависимости от вида устройств, осуществляющих впуск заряда и выпуск отработавших газов, различают два типа механизмов газораспределения:

Клапанный механизм наиболее широко распространен и используется во всех четырехтактных двигателях. Возможно верхнее и нижнее расположение клапанов. Верхнее расположение в настоящее время применяется чаще, так как в этом случае процесс газообмена протекает эффективнее. Характерные конструкции газораспределительных механизмов с верхним расположением клапанов представлены на рисунке.

Назначение и принцип действия ГРМ

Газораспределительный механизм в двигателе внутреннего сгорания предназначается для своевременной подачи воздушно-топливной смеси или воздуха в цилиндры и выпуска оттуда отработанных газов. Работа механизма осуществляется за счет своевременного открытия и закрытия впускных и выпускных клапанов.

Рабочий процесс ГРМ основывается на синхронном движении распределительного и коленчатого вала, что обуславливает открытие и закрытие клапанов в нужный момент моторного цикла. Во время вращательного движения распредвала, кулачки надавливают на рычаги, а те на стержни клапанов, открывая их. Следующий поворот распредвала поворачивает кулачек, который занимает исходную позицию и закрывает клапан.

Схема газораспределительного механизма

Устройство ГРМ

Газораспределительный механизм имеет следующие основные элементы:

1. Распределительный вал. Открывает клапаны в определенной последовательности в зависимости от порядка работы цилиндров. Его изготавливают из чугуна или стали, и подвергают закалке токами высокой частоты трущиеся поверхности. Он может быть смонтирован в головке блока цилиндров или в картере. В многоклапанных двигателях расположено два распределительных вала, один из которых управляет впускными клапанами, а другой выпускными. Вращение вала происходит на цилиндрических опорных шейках. Прямое или непрямое воздействие на клапана осуществляется кулачками, расположенными на валу. Каждый кулачек соответствует одному клапану.

2. Привод клапанов. Клапаны приводятся в движение различными способами: при расположении распредвала в картере, усилие от кулачков передается на толкатели, штанги и коромысла.

Коромысло (рокер или роликовый рычаг) выполнено из стали, его устанавливают на полую ось, зафиксированную в стойках головки цилиндров. Одна его сторона упирается в кулачек вала, а другая давит на торец стержня клапана. При работе двигателя клапаны нагреваются и удлиняются, что грозит им неполной посадкой в седло. Поэтому между клапаном и коромыслом обязательно соблюдают тепловой зазор.

Также кулачек может воздействовать на клапан через рычаг или непосредственно на его толкатель. Толкатели могут быть выполнены в механическом (жестком), роликовом варианте или в виде гидрокомпенсатора. Первый вид из-за шумности почти не используется, а последний отличается мягкостью и отсутствием необходимости осуществления регулировок. Роликовые толкатели используют в форсированных и спортивных двигателях.

3. Механизм привода распределительного вала. Осуществляется цепной, ременной или шестеренной передачей. Цепная отличается надежностью, до сложна в устройстве и дорога, ременная дешевле, но менее надежна, и в случае порыва ремня может повлечь за собой повреждение двигателя за счет удара клапанов о поршни.

4. Клапаны. Предназначены для открытия и закрытия впускного и выпускного канала. Состоят из стержня и головки, на которой имеется узкая, скошенная под углом фаска, плотно прилегающая к фаске седла, для чего их взаимно притирают. Головки впускных клапанов делают большими, чем выпускных. Но выпускные сильнее нагреваются, поэтому изготавливаются из жаропрочной стали и внутри наполнены натрием для лучшего охлаждения.

Цилиндрический стержень клапана сверху выточен для крепления пружины, не дающей ему оторваться от коромысла, которая упирается в шайбу на головке, и фиксируется упорной тарелкой. Стержень помещается в направляющую втулку, запрессованную в головку цилиндров, чтобы масло не попадало в камеру сгорания, на него надевают маслоотражающий колпачок.

Автомобили с цепным приводом ГРМ

Список современных автомобилей некоторых марок с цепной передачей газораспределительного механизма:

1. Мазда 6.
2. Шкода Рапид.
3. Тойота Авенсис.
4. Ниссан. Например, двигатель SR20det имеет цепь, но, если цепь вовремя не заменить, то клапана погнутся о поршни или клапан сломается, перевернется в цилиндре и пробьет поршень.
5. Хонда.
6. Мерседес-Бенц.
7. Ауди.
8. БМВ.
9. Волга, Москвич, классические модели Ваз.