Автомобиля - один из самых сложных механизмов в конструкции двигателя. Управление впускными и выпускными клапанами ДВС полностью лежит на ГРМ. Механизм контролирует процесс наполнения цилиндров топливно-воздушной смесью посредством своевременного открытия впускного клапана на такте впуска. Также ГРМ контролирует удаление уже отработанных газов из внутренней камеры сгорания - для этого открывается выпускной клапан на такте выпуска.
Условия, которые преобладают в двигателях, особенно с турбонаддувом, являются самыми экстремальными. Слишком высокая температура, вызванная, например, тем, что слишком теплый воздух увеличивает риск детонации. В свою очередь, слишком много топливно-воздушной смеси может способствовать сгоранию отверстий в поршнях. Поэтому чрезвычайно важно термостойкость в двигателях с высокой мощностью.
Для снижения температуры выпускного клапана используется для охлаждения клапана натрием. Это вещество характеризуется высоким коэффициентом теплопроводности и низкой температурой плавления. И здесь приходит удивление некоторых людей. Почему клапаны подвергаются температурному повреждению, заполненному содой, которые чрезвычайно чувствительны к высоким температурам?
Устройство газораспределительного механизма
Детали газораспределительного механизма выполняют разные функции:
- Распределительный вал открывает и закрывает клапаны.
- Механизм привода приводит распределительный вал в движение с определенной скоростью.
- Клапаны закрывают и открывают впускные и выпускные каналы.
Главными частями ГРМ являются распределительный вал и клапаны. Кулачковый, или распределительный, вал представляет собой элемент, на котором располагаются кулачки. Он приводится в движение и вращается на подшипниках. В момент такта впуска или выпуска кулачки, расположенные на вале, при вращении надавливают на толкатели клапанов.
Во время работы силовой установки металлический натрий меняет свое состояние концентрации, и твердое вещество становится жидким. Движение клапана заставляет жидкий натрий постоянно перемещаться по внутренней части клапана, так что тепло, аккумулируемое у основания штока или пластины, сливается вдоль штока.
Металлы и температура клапана
Сколько металлического натрия может снизить температуру клапана? Вы можете не верить этому, но его эффективность достигает 100 градусов по Цельсию! Вы уже понимаете, что клапаны с заполненной газировкой не являются маркетинговым захватом и измеримым преимуществом для состояния двигателя. Конечно, как и любое решение, оно тоже не идеально. Клапан может стать незанятым с течением времени, и любая замена такого клапана опасна для здоровья механика.
Располагается механизм ГРМ на головке блока цилиндров. В ГБЦ имеются распределительный вал и подшипники от него, коромысла, клапаны и толкатели клапанов. Верхняя часть головки закрыта установка которой осуществляется с использованием специальной уплотнительной прокладки.
Функционирование газораспределительного механизма
Работа ГРМ полностью синхронна с зажиганием и топливным впрыском. Проще говоря, в момент нажатия педали газа открывается впускающая поток воздуха во впускной коллектор. В результате образуется топливно-воздушная смесь. После этого начинает работать увеличивает пропускную способность и выпускает отработанные газы из камеры сгорания. Для корректного выполнения данной функции необходимо, чтобы частота, с которой открывается впускной и выпускной клапан ГРМ, была высокой.
Обычно он узнает об этом, когда перестает работать. Последствия его неудачи четко ощущаются в ходе поездки. Резкое падение мощности и производительности двигателя, медленный ход двигателя и увеличение расхода топлива - лишь некоторые из них. Он используется как в дизельных, так и в бензиновых двигателях. Сам клапан расположен в байпасе потока выхлопных газов, между выпускным коллектором и впускным коллектором. Из-за его повышенной эффективности он часто оснащен дополнительным сифоном для снижения температуры выхлопных газов.
Это решение особенно популярно в американских автомобилях, оснащенных огромными двигателями с большим объемом перемещения, которые производят огромное количество выхлопных газов. Но какой двигатель выхлопа, от которого он просто должен был избавиться?
Клапаны приводятся в действие распределительным валом двигателя. Когда повышается частота вращения коленвала, начинает быстрее вращаться и распредвал, что и повышает частоту открытия и закрытия клапанов. В результате возрастают обороты двигателя и отдача от него.
Объединение коленчатого и распределительного валов дает возможность ДВС сжигать именно то количество воздушно-топливной смеси, которое необходимо для функционирования двигателя в том или ином режиме.
Обращаясь к воздушным цилиндрам, смешанным с выхлопными газами, предназначено для ограничения содержания кислорода в топливно-воздушной смеси. Чем ниже его концентрация, тем меньше происходит процесс горения. С экологической точки зрения, эта смесь достигает более низкой температуры горения, тем самым ограничивая склонность кислорода к азоту. В результате концентрация вредных оксидов азота в выхлопных газах.
Кроме того, в дизельных двигателях клапан рециркуляции отработавших газов не открывается в диапазоне высоких и максимальных нагрузок. И это не просто возможная потеря мощности двигателя. Чем ниже температура горения, тем выше концентрация канцерогенных веществ в выхлопных газах. Вот почему современный дизель должен быть оснащен передовыми каталитическими нейтрализаторами, снижающими количество частиц.
Особенности привода ГРМ, цепь и ремень
Шкив привода распределительного вала находится за пределами ГБЦ. Для того чтобы не происходили утечки масла, на шейке вала расположен сальник. приводит весь механизм газораспределения в действие и надевается с одной стороны на ведомую звездочку или шкив, а с другой передает усилие от коленчатого вала.
Существует три основных типа рециркуляционных клапанов выхлопных газов. Вакуумный, электромагнитный и электрический с помощью электронно управляемого двигателя постоянного тока. Принцип работы системы рециркуляции отработавших газов относительно прост. В зависимости от нагрузки на двигатель, то есть более сильная или более легкая обработка газа, частота вращения двигателя или температура охлаждающей жидкости, он закрывается или открывается, проходя или ограничивая выхлопные газы от выпускного коллектора до впускного коллектора.
В отличие от пневматических клапанов количество выхлопных газов, возвращающихся во впускной коллектор, не зависит от способности впускного коллектора, а от реальных потребностей. Этот соленоид управляет работой клапана в соответствии с инструкциями, данными контроллером двигателя.
От ременного привода клапанов зависит корректное и неизменное расположение коленчатого и распределительного валов относительно друг друга. Даже небольшие отклонения в положении могут стать причиной того, что ГРМ, двигатель выйдут из строя.
Наиболее надежной считается цепная передача, использующая ролик ГРМ, однако существуют некоторые проблемы с обеспечением необходимого уровня натяжения ремня. Главной проблемой, с которой сталкиваются водители и которая характерна для цепи механизма, становится ее обрыв, нередко являющийся причиной загиба клапанов.
Достаточно представить себе, как должен выглядеть клапан, который, как известно, работает в среде с преобладанием огромного количества углерода. Его производство зависит, в частности. от температуры горения. Двигатель, который не достигает рабочей температуры, производит большое количество углерода. Двигатель не сможет достичь своей номинальной мощности, и в конечном итоге это может повредить чувствительные части автомобиля, включая каталитический нейтрализатор.
Даже если это эффективно, это может вызвать проблемы. Чем чаще он открыт, тем сложнее накапливаться во впускном коллекторе. Это, в свою очередь, ограничивает поток топливной смеси на двигатель. Копирование изображений и содержимого без ведома редактора запрещено. Затем вы сможете связаться с нами по проблеме с автомобилем, и мы постараемся найти решение для вас! Производители автомобилей постоянно стремятся улучшить работу двигателя. Они должны быть более прочными и экономичными и экологически чистыми.
К числу дополнительных элементов механизма можно отнести ролик ГРМ, используемый для натяжения ремня. К минусам цепного привода газораспределительного механизма, помимо риска обрыва, относят еще и высокий уровень шума во время работы и необходимость его смены каждые 50-60 тысяч километров пробега.
Клапанный механизм
Конструкция клапанного механизма включает в себя седла клапанов, направляющие втулки, механизм вращения клапана и другие элементы. Усилие от распределительного вала передается на шток либо на промежуточное звено - коромысло клапана, или рокер.
В последние годы были достигнуты значительные улучшения в существующих технологиях, но сейчас настало время для реальной революции, которая укрепит спортивный автомобиль, а в популярных моделях значительно снизит расход топлива. С самого начала существования двигателей внутреннего сгорания клапаны для топливных и воздушных и дымоотводящих клапанов действуют по аналогичному принципу - они механически связаны с рабочими поршнями. Однако этот метод не является ни самым эффективным, ни самым простым.
Благодаря этому их можно контролировать любым способом, регулируя его до температуры двигателя или текущей скорости. Таким образом, топливо может дозироваться в соответствии с мгновенными потребностями, а сжигание более эффективно. Кроме того, без необходимости в сложных механических устройствах отдельные цилиндры могут быть отключены каким-либо образом. Важно отметить, что новый тип клапана не только менее горючий, но и намного проще, легче и занимает меньше места. Это не требует сложного времени вентиляции, которое стоит больших денег.
Нередко можно встретить модели ГРМ, требующие постоянной регулировки. Такие конструкции имеют специальные шайбы и болты, вращением которых выставляются необходимые зазоры. Иногда зазоры поддерживаются в автоматическом режиме: регулировка их положения производится гидрокомпенсаторами.
Управление этапами газораспределения
Современные модели двигателей претерпели значительные изменения, получив новые управляющие системы, в основе которых лежат микропроцессоры - так называемые ЭБУ. В сфере моторостроения основной задачей стало не только увеличение мощности, но и экономичность выпускаемых силовых агрегатов.
Кристиан фон Кенигсегг подтвердил, что работа над новым двигателем была почти завершена. Вероятно, шведская марка скоро представит первую модель, оснащённую таким решением, которое в ближайшие годы пойдет по дороге. Но для нас, обычных водителей, самое главное, что управляемые компьютером независимые клапаны принесут пользу каждому двигателю внутреннего сгорания, а это означает, что через несколько лет они должны поразить популярные модели, которые мы едем каждый день. Клапаны являются важной частью приводного устройства, которое обычно устанавливается в головке двигателя или стороне двигателя.
Повысить эксплуатационные показатели двигателей, снизив при этом расход топлива, удалось только с использованием систем контроля ГРМ. Двигатель с такими системами не только потребляет меньше топлива, но и не теряет в мощности, благодаря чему их стали использовать повсеместно при производстве автомобилей.
Их надлежащая работа зависит от запуск двигателя, питание и расход топлива. Поэтому их роль в двигателе имеет решающее значение. Из-за специфики и сложной рабочей среды как выпускные клапаны, так и всасывающие клапаны подвержены преждевременному износу и повреждению. Даже малейшая ошибка - это сигнал водительу, что клапан подходит для замены. Какие отказы клапанов являются одними из самых распространенных?
Клапаны двигателей в большинстве случаев изготавливаются из специальной легированной стали в промышленности, известной как сталь клапана. Хотя материал характеризуется высокой устойчивостью, из-за высоких температур и многочисленных ударных сил, уязвимость клапанов к повреждениям относительно высока. Пробой чаще всего возникает из-за поршня с открытым клапаном при разрыве зубчатого ремня.
Принцип работы таких систем заключается в том, что они контролируют скорость вращения распределительного вала ГРМ. По сути, клапаны открываются немного раньше за счет того, что распредвал проворачивается в направлении вращения. Собственно, в современных двигателях распределительный вал больше не вращается относительно коленчатого вала с неизменной скоростью.
Сбой уплотнения клапана
Уплотнения или де-факто небольшие прокладки, встроенные в головку двигателя, включают шток клапана для обеспечения высокого уровня герметизации. Это позволяет избежать ситуации, когда смазочное масло механизма управления клапаном может войти в цилиндры. Даже незначительный урон приводит к утечке уплотнений клапанов, которые заставляют масло гореть, масляные свечи, дым в синем и образование масла в камере.
Это компоненты, которые отвечают за работу клапанов в более старых типах приводных устройств. Небольшие отверстия толкателя со временем забивают клапан так, чтобы клапаны работали без необходимого зазора. В дополнение к тревожным помехам это обычно приводит к выгоранию клапанных пробок и седел клапанов. Другой причиной отказа клапана является износ поршней или поршневых колец.
Основной задачей остается максимально эффективное наполнение цилиндров двигателя в зависимости от выбранного режима его работы. Такие системы отслеживают состояние двигателя и корректируют подачу топливной смеси: к примеру, при холостом ходе ее объемы сводятся практически к минимуму, поскольку топливо в больших количествах не требуется.
Когда вы заметите первые симптомы любого из этих сбоев, обратитесь к механику, который как можно скорее проведет тщательную проверку двигателя и оценит, нужно ли заменять предметы. Только такое лечение успешно эксплуатирует двигатель и предотвращает дорогостоящий ремонт.
При замене изношенных, изогнутых или сожженных клапанов состояние направляющих клапанов часто не является удовлетворительным. Это важно, потому что дефекты клапана часто вызваны изношенными направляющими. Изношенная направляющая клапана может привести к следующим дефектам клапана и утечкам.
Приводы ГРМ
В зависимости от конструктивных особенностей двигателя автомобиля и газораспределительного механизма в частности количество приводов и их тип могут меняться.
- Цепной привод. Нескольким ранее данный привод был самым распространенным, однако и сейчас используется в ГРМ дизеля. При такой конструкции распределительный вал располагается в головке блока цилиндров, а в движение приводится посредством цепи, ведущей от шестерни. Минус такого привода - сложный процесс замены ремня, поскольку находится он внутри двигателя с целью обеспечения постоянной смазки.
- Шестеренчатый привод. Устанавливался на двигатели тракторов и некоторых автомобилей. Очень надежный, но при этом крайне сложен в обслуживании. Распределительный вал такого механизма находится ниже блока цилиндров, благодаря чему шестерня распредвала цепляется за шестерню коленчатого вала. Если привод ГРМ такого типа приходил в негодность, двигатель меняли практически полностью.
- Ременной привод. Самый популярный тип, устанавливается на бензиновые силовые агрегаты в легковых автомобилях.
Плюсы и минусы ременного привода
Ременной привод получил свою популярность за счет своих преимуществ по сравнению с аналогичными видами приводов.
Выдувная вентильная плита Кронштейны клапанов коленчатого вала Пломбы клапанов коленчатого вала Чрезмерное износ штока клапана Наконечник клапана изношен с одной стороны Ножи рычага клапана изношены Увеличенный расход масла из-за изношенных уплотнений штока клапана Изношено или изношено кольцо седла клапана изношено. Производители автомобилей часто не обеспечивают возможность ремонта головки блока цилиндров. Каталоги запчастей для новых направляющих клапанов не могут быть найдены в каталогах запасных частей.
Также в технической литературе, особенно в отношении легковых автомобилей, нет информации о том, что нужно искать при замене клапанов. Также нет известных параметров износа, необходимых для оценки состояния клапанного механизма. Стандартные значения для зазора направляющих клапанов приведены ниже. Эти данные могут использоваться в качестве эталонных значений только тогда, когда производитель не предоставляет никаких параметров или не предоставляет запасные части для клапанных механизмов.
- Несмотря на то что производство таких конструкций сложнее, чем цепных, стоит она значительно дешевле.
- Не требует постоянной смазки, благодаря чему привод был вынесен на внешнюю сторону силового агрегата. Замена и диагностика ГРМ в результате этого значительно облегчились.
- Поскольку в ременном приводе металлические части не взаимодействуют друг с другом, как в цепном, то уровень шума в процессе его работы снизился в разы.
Несмотря на большое количество плюсов, есть у ременного привода и свои минусы. Срок эксплуатации ремня в несколько раз ниже, чем цепи, что становится причиной частой его замены. В случае обрыва ремня с большой вероятностью придется делать ремонт всего двигателя.
В случае головок цилиндров с воздушным охлаждением и двигателей большой мощности из-за более высокой тепловой нагрузки следует добиваться более высоких допусков на разгрузку. Если требуется замена клапана, зазор между штоком клапана и внутренней окружностью направляющей не должен превышать указанные значения. Если зазор слишком велик или если направляющие клапана имеют овальную, конусообразную или воронкообразную форму из-за износа, они должны быть заменены.
Направляющие клапанов особенно сильно влияют на клапаны диаметром менее 8 мм. Когда направляющая отсутствует, плита клапана центробежная, с одной стороны седла клапана, и в результате усилия пружины клапана она втягивается в сиденье. В течение более длительного периода времени это может привести к разрыву клапана. В результате постоянных изменений нагрузки клапан разрывается при переходе между рукояткой и пластиной. В рычажных клапанах направляющие направляющие приводят к усилению поперечной силы на штоке клапана.
Последствия обрыва или ослабления ремня ГРМ
В случае если цепь ГРМ рвется, повышается уровень шума во время работы двигателя. В целом такая неприятность не становится причиной чего-то невыполнимого в плане ремонта, в отличие от ремня газораспределительного механизма. При ослаблении ремня и его перескакивании через один зуб шестерни происходит небольшое нарушение нормального функционирования всех систем и механизмов. В результате это может спровоцировать снижение мощности двигателя, увеличения вибрации при работе, затрудненный запуск. В случае если ремень перескочил сразу через несколько зубов или вовсе порвался, последствия могут быть самыми непредсказуемыми.
Самый безобидный вариант - это столкновение поршня и клапана. Силы удара будет достаточно для изгиба клапана. Иногда ее хватает для изгиба шатуна или полного разрушения поршня.
Одной из самых серьезных поломок автомобиля является обрыв ремня ГРМ. Двигатель в таком случае придется либо подвергать капитальному ремонту, либо полностью менять.
Обслуживание ремня ГРМ
Уровень натяжения ремня и его общее состояние - один из самых часто проверяемых при техническом обслуживании автомобиля факторов. Периодичность проверки зависит от конкретной марки и модели машины. Процедура контроля натяжения ремня ГРМ: двигатель осматривается, снимается защитный чехол с ремня, после чего последний проверяется на скручивание. Во время этой манипуляции он не должен проворачиваться более чем на 90 градусов. В противном случае ремень натягивается при помощи специального оборудования.
Как часто проводится замена ремня ГРМ?
Полная замена ремня производится каждые 50-70 тысяч километров пробега автомобиля. Ее могут проводить и чаще в случае повреждения или появления следов расслоения и трещин.
В зависимости от типа ГРМ меняется и сложность процедуры замены ремня. На сегодняшний день в автомобилях используются два типа механизма газораспределения - с двумя (DOHC) или одним (SOHC) распределительными валами.
Замена газораспределительного механизма
Для того чтобы провести замену ремня ГРМ типа SOHC, достаточно иметь под рукой новую деталь и набор отверток и ключей.
Сперва снимается защитный чехол с ремня. Крепится он либо на защелки, либо на болты. После снятия чехла открывается доступ к ремню.
Прежде чем ослаблять ремень, выставляются метки ГРМ на шестерне распредвала и коленвале. На коленчатом вале метки размещаются на маховике. Вал проворачивают до тех пор, пока метки ГРМ на корпусе и на маховике не совпадут друг с другом. Если все метки совпали друг с другом, приступают к ослаблению и снятию ремня.
Для того чтобы снять ремень с шестерни коленчатного вала, необходимо демонтировать шкив привода ГРМ. С этой целью автомобиль поднимается домкратом и с него снимается правое колесо что дает доступ к болту шкива. На некоторых из них находятся специальные отверстия, через которые можно зафиксировать коленвал. Если их нет, то вал фиксируют на одном месте, устанавливая в венец маховика отвертку и упирая ее в корпус. После этого снимается шкив.
Доступ к ремню ГРМ полностью открывается, и можно приступать к его снятию и замене. Новый одевается на шестерни коленвала, затем цепляется за водяной насос и одевается на шестерни распредвала. За натяжной ролик ремень заводят в самую последнюю очередь. После можно возвращать все элементы на место в обратном порядке. Останется только натянуть ремень при помощи натяжителя.
Прежде чем запускать двигатель, желательно провернуть несколько раз коленчатый вал. Делают это для проверки совпадения меток и после проворачивания вала. Только после этого запускается двигатель.
Особенности процедуры замены ремня ГРМ
На автомобиле с системой DOHC ремень ГРМ заменяется немного по-другому. Сам принцип смены детали аналогичен вышеописанному, однако доступ к ней у таких машин сложнее, поскольку имеются закрепленные на болтах защитные чехлы.
В процессе совмещения меток стоит помнить о том, что распределительных валов в механизме два, соответственно, метки на обоих должны полностью совпасть.
У таких автомобилей, помимо направляющего ролика, имеется и опорный ролик. Однако, несмотря на наличие второго ролика, ремень заводится за направляющий ролик с натяжителем в самую последнюю очередь.
После того как новый ремень будет установлен, проверяется соответствие меток.
Одновременно с заменой ремня меняются и ролики, поскольку их срок эксплуатации совпадает. Также желательно проверить состояние подшипников жидкостного насоса, чтобы после проведения процедуры установки новых деталей ГРМ выход из строя помпы не стал неприятной неожиданностью.
Клапан, который пропускает в цилиндр смесь воздуха и топлива, называется впускным. Клапан, через который отработанные газы покидают двигатель, называется выпускным. Для эффективной работы двигателя при любой скорости эти клапаны должны открываться в определенные моменты.
За этот процесс отвечают грушевидные детали (кулачки), которые крепятся к распределительному валу, вращающемуся под действием цепи, ремня или набора шестерен.
Распределительный вал может находиться в верхней части блока. В этом случае над каждым кулачком вала располагаются небольшие металлические цилиндры (толкатели). Когда конец толкателя упирается в коромысло, кулачок воздействует на ножку клапана, который удерживается в поднятом (закрытом) состоянии с помощью сильной пружины.
Двигатель с верхним расположением распределительного вала
В подобной конструкции вал, расположенный в верхней части двигателя, работает под управлением ремня с внутренними зубьями, и контуры кулачков напрямую взаимодействует с толкателями, расположенными над клапанами.
Когда толкатель давит на кулачок, он задействует коромысло, которое ослабляет пружину и открывает клапан. При дальнейшем вращении контура пружина возвращается в первоначальное положение, и клапан закрывается. Такая конструкция характерна для двигателя с верхним расположением клапанов в головке цилиндра.
В некоторых двигателях отсутствуют толкатели, и клапаны открываются и закрываются с помощью двойных или одинарных распределительных валов.
Такая конструкция носит название двигателя с одним распределительным валом и клапанами в головке. В ней меньше подвижных частей, поэтому она является более мощной и может работать на высоких скоростях. В любом случае, между деталями присутствует зазор, чтобы клапан мог свободно закрываться и открываться, когда те расширяются при нагревании.
Зазоры между ножкой клапана и коромыслом или кулачком необходимы для нормальной работы системы, а их отсутствие может вызвать серьезные повреждения составных частей.
При слишком большом зазоре клапаны будут открываться слишком рано, а закрываться слишком поздно, что снизит мощность двигателя и увеличит уровень производимого им шума.
При малом зазоре клапаны не будут нормально закрываться, что приведет к ослаблению компрессии.
В некоторых двигателях зазоры регулируются автоматически под давлением смазочной жидкости.
Распределительный вал с толкателями
При конструкции, согласно которой распределительный вал находится в блоке цилиндров, длинные штанги толкателей воздействуют на коромысла, открывающие клапаны. Двигатели с верхним расположением клапанов в головке цилиндра считаются менее эффективными, чем двигатели с одним распределительным валом и клапанами в головке, т.к. большое количество подвижных частей ограничивает скорость, при которой двигатель может безопасно работать.
В двигателе с верхним расположением распределительного вала и штангами коленчатый вал находится в головке цилиндров.
При вращении вала каждый клапан открывается с помощью толкателя, штанги и коромысла. Клапан удерживается в закрытом состоянии пружиной.
Количество зубьев на звездочке ведущей цепи в два раза превышает количество зубьев на шестерне распределительного вала, поэтому вал вращается в два раза медленнее, чем двигатель.
Двигатель с одним распределительным валом и клапанами в головке
В некоторых моделях кулачки напрямую воздействуют на короткие рычаги, именуемые пальцами.
Двигатель с одним распределительным валом и клапанами в головке содержит меньше деталей для управления клапанами. Кулачки напрямую взаимодействуют с толкателями или короткими рычагами (пальцами), которые, в свою очередь, открывают и закрывают клапаны.
Такая система обладает меньшим весом и технической сложностью, т.к. в ней отсутствуют штанги толкателей и коромысла.
Для управления распределительным валом с помощью звездочки на коленчатом вале часто используется длинная цепь, которая иногда провисает. Эта проблема решается добавлением промежуточных звездочек и нескольких коротких цепей с большим натяжением.
Кроме того, могут быть использованы нерастягиваемые резиновые маслоупорные ремни с зубьями, которые цепляются к звездочкам на распределительном и коленчатом валах.