Что такое ремень ГРМ и для чего он нужен в автомобиле

По числу распределительных валов:

• с одним распредвалом на головку (обычно для двухклапанных цилиндров) SOHC;
• с двумя распредвалами, (для многоклапанных, отдельно для впускных и выпускных) DOHC.

По управлению газораспределением:

• с постоянными фазами;
• с управляемыми фазами.

По этим признакам клапанные механизмы четырёхтактных двигателей внутреннего сгорания разделяются на целый ряд подтипов.

Нижнеклапанные[править | править код]

Ford Flathead V8, 1941 год.

Схематический разрез нижнеклапанного двигателя.

Нижнеклапанный двигатель Cadillac Model 51 1915 года с демонтированной головкой цилиндров.

Путь бензовоздушной смеси в верхнеклапанном (слева) и нижнеклапанном (справа) двигателях. В нижнеклапанном моторе бензовоздушной смеси по пути в цилиндр приходится совершать поворот на 180°, что значительно ухудшает наполнение.

Блок и головка цилиндров нижнеклапанного мотора. Сёдла клапанов выполнены непосредственно в верхней плоскости блока цилиндров и заглублены относительно неё; головка цилиндров имеет вид чугунной плиты с выполненными в ней камерами сгорания и каналами для охлаждающей жидкости.

Нижнеклапанный двигатель (с боковым расположением клапанов, англ. L-Head, Flathead, SV — Side-Valve) — двигатель, у которого клапаны расположены в блоке цилиндров, тарелками вверх, и имеют привод от расположенного под ними распредвала посредством толкателей. В V-образных нижнеклапанных двигателях распредвал обычно расположен в развале блока цилиндров, клапана расходятся от него в виде буквы V.

Все детали ГРМ этого типа находятся внутри блока, что позволяет получить очень компактный двигатель. Распределительный вал находится в общем картере с коленвалом, что упрощает систему смазки и повышает безотказность, отсутствуют промежуточные передаточные звенья между кулачками распредвала и клапанами (коромысла, рокеры, рычаги и т. п.), нет необходимости в сложных уплотнениях стержней клапанов (маслосъёмные колпачки).

Головка блока нижнеклапанного мотора представляет собой простую чугунную или алюминиевую плиту с каналами для охлаждающей жидкости, она легко демонтируется, открывая удобный доступ к клапанам и поршням, что было весьма актуально в годы, когда поршни требовалось регулярно очищать от нагара, а клапаны — периодически притирать к сёдлам, для чего в их тарелках делались специальные шлицы для притирочной машинки.

Главный минус нижнеклапанной компоновки — обусловленная перевёрнутым расположением клапанов специфическая компоновка впускного и выпускного трактов, приводящая к снижению удельных характеристик двигателя. Из-за связанного с ней сложного пути бензовоздушной смеси, поток которой при входе в цилиндр резко меняет направление движения, повышается сопротивление на впуске и значительно ухудшается наполнение цилиндров, в особенности на высоких оборотах. Как следствие — в большинстве случаев нижнеклапанный двигатель получается тихоходным и неэкономичным, с низкой удельной мощностью.^[5]

Кроме того, конструктивные особенности нижнеклапанного двигателя резко ограничивают возможность повышения степени сжатия за счёт уменьшения объёма камеры сгорания, что обычно является наиболее простым и эффективным способом повышения удельной мощности двигателя внутреннего сгорания.^[5]

Уменьшение высоты свода камеры сгорания с целью уменьшению её объёма в нижнеклапанном двигателе приводит к уменьшению проходных сечений впускного и выпускного трактов, причём в их наиболее критичной части, непосредственно прилегающей к камере сгорания, причиной чего является уменьшение зазора между стенкой камеры сгорания и тарелкой клапана. В результате по мере уменьшения объёма камеры сгорания и, соответственно, повышения степени сжатия, происходит ухудшение наполнения цилиндров, что значительно снижает эффективность данной меры форсировки двигателя. Отчасти устранить этот недостаток помогает использование поршней с выступающим в камеру сгорания вытеснителем, расположение сёдел клапанов в углублениях на поверхности блока и применение обращённой к клапанам лунки в днище поршня. Однако, даже с учётом этих мер, при степени сжатия порядка 8:1 и выше наполнение цилиндров нижнеклапанного двигателя ухудшается из-за эффекта дросселирования до такой степени, что делает дальнейшее повышение степени сжатия бессмысленным — полученное за счёт неё повышение эффективности рабочего процесса двигателя нивелируется ухудшением наполнения цилиндров. Кроме того, сама по себе форма камеры сгорания нижнеклапанного мотора препятствует увеличению диаметра тарелок и подъёма клапанов из-за их тесного расположения в камере сгорания, причём тем больше, чем выше степень сжатия двигателя, и, следовательно, тем компактнее камера сгорания его цилиндров.^[9][11]

По той же причине не имеет смысла создание нижнеклапанного дизеля, поскольку в дизель-моторах для обеспечения эффективного рабочего процесса необходимы степени сжатия порядка 16:1 и выше.

Необходимость обеспечить, с одной стороны, минимальное конструктивно обусловленное расстояние между осями цилиндра и распределительного вала, а с другой — необходимый зазор между тарелкой клапана и стенками камеры сгорания, вынуждает конструкторов придавать камере сгорания нижнеклапанного двигателя сильно вытянутую форму. Поэтому не достигает значительного эффекта и уменьшение объёма камеры сгорания путём уменьшения её длины. Неоптимальная форма камеры сгорания, в свою очередь, значительно увеличивает теплоотдачу через стенки, вызывая потерю тепла и снижение КПД, увеличивает время горения смеси, что ограничивает быстроходность двигателя, а также способствует развитию детонации, из-за чего нижнеклапанный двигатель при той же степени сжатия требует более высокооктанового топлива, чем верхнеклапанный.

В незначительной степени эти недостатки могут быть устранёны наклоном осей клапанов относительно оси цилиндров, что уменьшает длину камеры сгорания, тем самым улучшая условия сгорания смеси и снижая склонность двигателя к детонации, а также снижает сопротивление потоку рабочей смеси, всасываемой в цилиндр (например, в двигателе автомобиля «Москвич-400» угол наклона клапанов составлял чуть более 8°), однако при этом быстро растут габариты двигателя, ограничивая возможности данного подхода в рядных двигателях.^[12]

В V-образном нижнеклапанном двигателе увеличивать угол наклона клапанов без чрезмерного роста наружных габаритов можно в значительно больших пределах, чем в рядном. Пытаясь преодолеть недостатки нижнеклапанной схемы, конструкторы иногда располагали клапана в блоке цилиндров V-образного нижнеклапанного мотора под очень большим углом к оси цилиндра, горизонтально или практически горизонтально, для чего распределительный вал приходилось размещать высоко в развале блока, а в привод клапанов вводить дополнительные звенья — длинные качающиеся толкатели (одноплечие рычаги) или коромысла (двуплечие рычаги). В частности, такую конструкцию ГРМ имел V-образный 8-цилиндровый двигатель Lycoming FB 1930-х годов, у которого клапана устанавливались под углом в 35° к оси цилиндра и приводились в действие через одноплечие рычаги. При таком расположении клапанов впускные и выпускные каналы примыкали к камере сгорания более плавно, без 90-градусного разворота, что позволило практически устранить проблемы, связанные с резким изменением направления движения заряда рабочей смеси на впуске, кроме того камера сгорания получалась сравнительно короткой.

Также дополнительным преимуществом данного конструктивного решения было то, что выпускные каналы удалось вывести вверх, а не внутрь развала блока, как на многих нижнеклапанных V8, что упростило конструкцию выпускной системы и снизило нагрев двигателя от выхлопных газов. Однако в полной мере сохранялись другие недостатки нижнеклапанных двигателей — малое проходное сечение впускного тракта и невозможность повышения степени сжатия выше определённого предела, а конструкция мотора с таким ГРМ оказалась очень сложной и дорогой в производстве, что помешало его распространению. По сути, данная компоновка ГРМ является «переходной» между нижнеклапанными двигателями и верхнеклапанными типа OHV (см. ниже). При дальнейшем увеличении угла наклона клапанов относительно оси цилиндров их уже приходилось переносить в головку цилиндров, тем самым делая двигатель верхнеклапанным.

Ford Flathead V8 с приводным компрессором.

Наиболее же эффективный способ повышения удельной мощности нижнеклапанного двигателя — наддув от приводного нагнетателя или турбонагнетателя, что позволяет добиться хорошей наполняемости цилиндров и достаточно высокой эффективности рабочего процесса даже при невысокой степени сжатия. Однако из-за сложности и дороговизны реализации при сравнительно скромном по сравнению с двигателями других схем эффекте он применялся крайне нечасто, в основном в США 1930-е — 40-е годы, а также очень широко — в тюнинге американских нижнеклапанных V8 (в частности, на хотродах).

Камеры сгорания нижнеклапанного мотора имеют сложную форму и из-за этого как правило не подвергаются механической обработке, сохраняя шероховатую поверхность, полученную при отливке, что ещё больше снижает показатели двигателя и является причиной появления различий в объёме и, соответственно, характере работы камер сгорания одной головки. Длинные выпускные каналы, расположенные в блоке цилиндров, способствуют перегреву нижнеклапанного двигателя из-за дополнительного нагрева от горячих выхлопных газов. В особенности это касается нижнеклапанных V8, у которых как правило выпускные каналы проходят прямо сквозь блок цилиндров в поперечном направлении, из развала блока наружу к выпускным коллекторам, и проходящие через них выхлопные газы по пути отдают много тепла, вызывающего перегрев двигателя, в особенности при недостаточной эффективности системы охлаждения.

На некоторых нижнеклапанных двигателях штатная регулировка клапанного зазора вообще не была предусмотрена (Ford T, Ford A и их производные), в случае серьёзного нарушения работы стержни клапанов дорабатывали: при слишком малом зазоре немного подпиливали (торцевали), а при слишком большом — расковывали утолщённую хвостовую часть, при этом слегка удлиняя стержень. Впоследствии на большинстве двигателей был введён механизм регулировки зазоров (закрученный в толкатель болт с контргайкой), однако доступ к нему зачастую был крайне неудобен (впрочем, требовался он на таких моторах сравнительно редко). Полностью данную проблему решают гидравлические компенсаторы клапанного зазора, встроенные в токатели.

Вплоть до 1950-х годов благодаря своей простоте и дешевизне двигатели с таким ГРМ были наиболее распространены на легковых (за исключением спортивных) и грузовых автомобилях. Первые массовые модели с верхнеклапанными двигателями появились ещё в 1920-х годах, однако в те годы нижнеклапанные моторы конкурировали с ними практически на равных. Лишь к 1950-м годам, после появления в широком доступе топлива с более высокими октановыми числами, реализация преимуществ которого требовала повышения степени сжатия, стало очевидно, что нижнеклапанная схема сдерживает развитие автомобилестроения, мешая созданию более совершенных, динамичных и скоростных автомобилей, соответствующих изменившимся условиям дорожного движения. В результате в первой половине 1950-х годов на легковых автомобилях началось массовое внедрение верхнеклапанных двигателей, лишённых присущих нижнеклапанной схеме недостатков. На отдельных моделях легковых автомобилей, впрочем, нижнеклапанные двигатели продержались до начала 1960-х годов (все модели Plymouth в варианте с рядной шестёркой, Studebaker, Rambler, Simca Vedette, ЗИМ ГАЗ-12), а на грузовых автомобилях эта схема вообще использовалась вплоть до семидесятых годов, если не дольше — например, грузовики ГАЗ-52 и ЗИЛ-157 с нижнеклапанным мотором выпускался до 1990-х годов. В спецтехнике нижнеклапанные двигатели широко используются и в наши дни.

Кроме того, нижнеклапанные двигатели сохраняют определённую популярность в поршневой малой авиации, где их низкие рабочие обороты оборачиваются большим достоинством, так как позволяют устранить из конструкции понижающий редуктор привода на винт. Так, можно отметить бельгийские оппозитные нижнеклапанные авиамоторы D-Motor LF26 и LF39, которые свою максимальную мощность выдают при частоте обращения коленчатого вала всего лишь в 2800…3000 об./мин. Простота конструкции, надёжность и безотказность нижнеклапанного мотора также являются большими преимуществами в данной области.

С двухрядным расположением клапанов[править | править код]

Двигатель типа T-head

Разновидностью схемы с нижним расположением клапанов были имевшие некоторое распространение в первой половине XX века двигатели с Т-образной головкой (T-head в англоязычной литературе), или нижнеклапанные с двухрядным расположением клапанов. В них впускные клапаны находились с одной стороны блока цилиндров, а выпускные — с другой. Распределительных валов также было два. Такими двигателями, в числе прочих, оснащались первые «Руссо-Балты».

Цель данной конструкции — устранить перегрев впускных клапанов и впускных каналов в блоке за счёт изоляции их от раскалённых выпускных. Дело в том, что низкооктановый бензин, доступный в начале XX века, отличался высокой склонностью к детонации, что делало применение этой схемы в какой-то мере выгодным — более холодная бензовоздушная смесь имеет несколько более высокое октановое число (на этом же принципе работал впрыск воды в цилиндры, охлаждавшей рабочую смесь — конструкция, также имевшая хождение в те годы). В остальном двигатель с такой системой газораспределения имел худшие характеристики, чем имеющий обычный нижнеклапанный ГРМ, в частности — имел меньшую удельную мощность. Кроме того, он получался сложным, громоздким, тяжёлым и дорогим в производстве. Поэтому после Первой мировой войны, отмеченной значительным прогрессом как в области моторостроения, так и в нефтехимии, данная схема ГРМ вышла из употребления.

Данная схема также позволяет в нижнеклапанном двигателе применить три-четыре клапана на цилиндр — два впускных с одной стороны и один-два выпускных с другой, однако в случае нижнеклапанного мотора получаемый за счёт этого выигрыш невелик.

Со смешанным расположением клапанов (тип IOE)[править | править код]

Двигатель со смешанным расположением клапанов. Inlet — впускной клапан, Exhaust — выпускной

Двигатель Rover 3 Litre со смешанным расположением клапанов, головка цилиндров снята. Видны поршни и выпускные клапана (впускные клапана установлены в головке).

Также встречаются обозначения F-Head или IOE (Intake Over Exhaust — «впускной клапан над выпускным»). У такого двигателя обычно впускные клапаны находятся в головке блока, как у верхнеклапанного мотора, и приводятся в действие при помощи штанг толкателей, а выпускные — в блоке, как у нижнеклапанного двигателя. Распределительный вал был один и был расположен в блоке, как у обычного нижнеклапанного мотора.

Эта схема обладает тем преимуществом, что её мощность ощутимо выше, чем у «чистого» нижнеклапанного — верхнее расположение впускных клапанов позволяет ощутимо улучшить наполнение цилиндров рабочей смесью. Как правило, такие двигатели переделывались из нижнеклапанных в качестве меры текущей модернизации, что зачастую было технологически проще и экономически выгоднее перехода к полностью верхнеклапанному мотору на основе того же блока цилиндров.

Такие двигатели широко применялись фирмами Rolls-Royce и Rover (включая внедорожники Land Rover) благодаря их высокой надёжности как по сравнению с нижнеклапанными (из-за хорошего охлаждения верхних клапанов), так и по сравнению с ранними верхнеклапанными двигателями (из-за вдвое меньшего числа штанг), а также способности работать на низкооктановом бензине без детонации.

Подобные «полуверхнеклапанные» переделки на базе серийных моторов существовали и в СССР — это были спортивные двигатели на базе агрегатов автомобилей «Москвич», «Победа» и ЗИМ. Выигрыш в мощности, в сочетании с иными мерами форсировки, был значительным — до 20…40 л. с., при исходной мощности самих указанных двигателей в 35, 50 и 90 л. с., соответственно. Планировалось использование подобного мотора на наследнике «Победы», однако в итоге выбор был сделан в пользу полноценного верхнеклапанного мотора полностью нового семейства.

С широким распространением «настоящих» верхнеклапанных двигателей, эта схема почти полностью вышла из употребления. Тем не менее, последний такой двигатель был выпущен фирмой Willys в 1970-х годах.

В очень редких случаях (мотоциклы Indian Four 1936 и 1937 годов выпуска) верхними делались выпускные клапана, а впускные — оставались нижними. Эта конструкция оказалась крайне неудачной из-за постоянного прогара выпускных клапанов, и более не повторялась.

Верхнеклапанные со штанговым приводом клапанов (тип OHV)[править | править код]

Двигатель LA 318 фирмы Chrysler с ГРМ типа OHV, вид на расположенные в развале блока детали ГРМ. Клапаны и их коромысла расположены в один ряд.

Вид на детали ГРМ тяжёлого стационарного дизеля со штанговым приводом клапанов.

Современный двигатель 5.7 L HEMI Magnum. Видны расположенные в два ряда по разные стороны от оси головки блока впускные и выпускные клапаны, а также две оси приводящих их коромысел.

Схематическое изображение типичного варианта привода ГРМ типа OHV с длинными штангами толкателей.

Двигатель с «полуверхним» распредвалом и приводом клапанов короткими штангами (ГРМ выделен красным).

Данная конструкция ГРМ была изобретена Дэйвидом Данбаром Бьюиком (David Dunbar Buick) в самом начале XX века. У двигателей с таким ГРМ клапаны расположены в головке цилиндров, а распредвал — в блоке (англоязычное обозначение — OHV, OverHead ValveI-Head, или Pushrod, то есть, «со штангами толкателей»). Разнесённые далеко друг от друга распределительный вал и клапаны вынуждают устанавливать между ними длинные передаточные звенья — штанги толкателей, передающие усилие от контактирующих с кулачками распредвала толкателей на коромысла, непосредственно приводящие в движение клапаны, что и является главной отличительной особенностью данной схемы ГРМ.

Клапаны в головке цилиндров как правило расположены в один ряд, вертикально (при плоскоовальной камере сгорания) или с небольшим наклоном (при клиновой камере сгорания), примерно на продольной оси камеры сгорания, однако встречаются и иные варианты. Так, на двигателях HEMI V8 концерна Chrysler камера сгорания полусферическая, впускные и выпускные каналы подходят к ней по радиусам полусферы — соответственно, впускные и выпускные клапана расположены в два ряда по разные стороны от продольной оси камеры сгорания, с большим наклоном, а приводящие их штанги толкателей расходятся от расположенного в развале блока распределительного вала в виде буквы V (по два ряда штанг на каждую головку V-образного мотора — верхний ряд приводит впускные клапана, нижний выпускные). На рядном четырёхцилиндровом двигателе GM 122 / Vortec 2200 и некоторых моторах семейства GM Big Block V8, вроде Vortec 8100, с диагонально ориентированной клиновой камерой сгорания, клапана также располагались в два ряда с наклоном и также приводились от V-образно расположенных штанг толкателей. И в том, и в другом случае применение усложнённой компоновки ГРМ объясняется желанием конструкторов спроектировать впускные и выпускные каналы с более эффективной с точки зрения пропускной способности конфигурацией.

Иногда распределительный вал по компоновочным соображениям располагают не в полости картера двигателя, рядом с коленчатым валом, а намного выше, непосредственно под головкой цилиндров, при этом сохраняются приводящие коромысла клапанов короткие штанги толкателей. Примером такого решения являются двухтактные дизели семейства ЯАЗ-204 / 206 (Detroit Diesel 4-71 / 6-71), причём привод распределительного вала (а также расположенного симметрично ему уравновешивающего вала) в них осуществлялся через сложную систему шестерён, расположенных со стороны маховика. В данном случае причиной такого расположения распредвала было то, что эти двигатели оснащались приводным компрессором, который устанавливался непосредственно на боковую стенку блока и осуществлял продувку цилиндров через расположенные в их средней части окна (см. ниже), так что выполненные в блоке цилиндров каналы для прохода воздуха попросту не оставляли места для распредвала, толкателей и штанг, ввиду чего их пришлось расположить выше.

Подобная «полуверхневальная» конструкция изредка применяется также на легковых автомобильных и мотоциклетных двигателях, например — французском Renault Cléon-Alu (Moteur A) 1960-х — 80-х годов с одним «полуверхним» распредвалом высоко в блоке, приводящим наклонно расположенные в головке клапана, или некоторых двухцилиндровых оппозитных мотоциклетных моторах фирмы BMW, включая выпускающий до сих пор BMW R nineT, у которых два распределительных вала с цепным приводом расположены очень близко к головкам, но всё же сохраняются очень короткие штанги толкателей. Выгода здесь состоит в уменьшении массы и, соответственно, инерции механизма привода клапанов по сравнению с обычным вариантом ГРМ типа OHV, что позволяет повысить рабочие обороты, приблизившись по характеристикам к верхневальным моторам, при этом на рядном двигателе сохраняется один распределительный вал. Однако привод распределительного вала получается сложнее и менее надёжным.

В очень редких случаях клапана могут располагаться в головке цилиндров не вертикально или под небольшим наклоном, а горизонтально или почти горизонтально. В этом случае для их привода от расположенного в блоке распредвала (распредвалов) используются непосредственно рычаги или коромысла, без приводных штанг. Так, у рядных авиамоторов Duesenberg Aero с четырьмя клапанами на цилиндр, некоторых автомобильных двигателей той же фирмы (вместе также известных как Duesenberg Walking Beam Engines), а также моторах фирмы Lanchester, для привода клапанов, расположенных в два ряда справа и слева от камеры сгорания, использовались установленные на боковых стенках блока цилиндров очень длинные коромысла, нижняя часть которых находилась в контакте непосредственно с кулачками распределительных валов, а верхняя — приводила клапана.

Иногда считается, что такая конструкция была впервые применена на двигателе автомобиля Cameron в 1906 году. В V-образных двигателях компоновка с расположенными в головках цилиндров горизонтально или практически горизонтально клапанами и одним распределительным валом высоко в развале блока была применена на авиационных двигателях времён Первой мировой войны Lancia Tipo 4 и Tipo 5 конструкции Винченцо Лянча, а также V-образном 12-цилиндровом моторе Lycoming BB.^[13][14][15]

Привод распределительного вала шестернями на примере тракторного дизеля Sisu-Valmet D-310.

Положительная сторона ГРМ типа OHV — относительно простая конструкция и обеспечиваемая ей конструктивная надёжность, в частности, как правило используется простой и надёжный привод распределительного вала шестернями, что исключает саму возможность таких неисправностей, как разрыв ремня ГРМ или «перескакивание» цепи в механизме с цепным приводом (реже используется короткая пластинчато-зубчатая цепь Морзе, позволяющая достичь полной бесшумности привода, но из-за малой длины риск её растяжения намного ниже, чем при верхнем расположении распредвала; ременной привод используется лишь в виде исключения, например — на некоторых японских дизелях). Эксплуатационные нагрузки на детали ГРМ также оказываются сравнительно невысокими, чем обеспечивается высокая долговечность и нетребовательность к смазочным материалам. В V-образном двигателе данная схема газораспределения имеет дополнительное преимущество в том, что появляется возможность осуществить привод клапанов обеих головок от единственного распределительного вала, расположенного в развале блока.

Многие двигатели с ГРМ типа OHV ощутимо более компактны по сравнению с верхневальными, так как у них отсутствует расположенный сверху в головке блока распределительный вал, что особенно актуально для двигателей без оси коромысел, у которых каждое коромысло опирается на отдельную опорную стойку в виде шпильки с полусферическим сегментом (ball seat), что характерно для американских двигателей; для рядных двигателей это в особенности касается габарита по высоте, а для V-образных — и высоты, и габаритной ширины.

Спортивные двигатели с ГРМ типа OHV могут успешно работать и на 9,5 тыс. об/мин (NASCAR), или даже 10…12 тыс. об/мин (NHRA Pro Stock), но для обеспечения этого требуются специальные, весьма дорогостоящие конструктивные и технологические решения (очень жёсткие, и при этом лёгкие, титановые штанги толкателей, специальные распредвалы с большим диаметром шеек, клапанные пружины, коромысла, и так далее); к примеру, стоимость постройки двигателя уровня NHRA Pro Stock — порядка $100 000, и при этом он практически не имеет общих деталей со взятым за основу серийным двигателем. Поэтому как правило двигатели этой схемы сравнительно низкооборотные, но при этом с хорошей эластичностью и гибкой моментной характеристикой^{[источник не указан 513 дней]}.

Кроме того, такая схема затрудняет использование более двух клапанов на цилиндр (двигатели с таким ГРМ, имеющие 4 клапана на цилиндр, имеют большие габариты и массу, что делает их малоприменимыми в легковых автомобилях, но вполне приемлемыми для грузовиков и тяжёлой техники — примеры тому двигатели КамАЗ, ЯМЗ, ТМЗ, дизель тепловоза ЧМЭ3 и многие другие) и усложняет проектирование впускных и выпускных окон в головке цилиндров с высокоэффективной с точки зрения пропускной способности и сопротивления потоку конфигурацией.

В СССР первым массовым верхнеклапанным мотором на легковом автомобиле стал двигатель «Волги» ГАЗ-21 (малосерийные НАМИ-1 и ЗИС-101 имели такой ГРМ уже в 1920-х — 30-х годах). Из советских автомобилей такой механизм газораспределения имели все массовые карбюраторные модели «Волги», «Москвичи» семейств М-407, М-408 и М-2138, а также грузовики и автобусы с карбюраторными двигателями конфигурации V8 (ЗИЛ, ГАЗ). В настоящее время в России производятся рядные четырёхцилиндровые двигатели семейства УМЗ-4216 и V8 семейства ЗМЗ-511, имеющие штанговый привод клапанов и инжекторную систему питания, позволившую им вписаться в рамки экологического стандарта Евро-5. Также ГРМ со штанговым приводом клапанов имели практически все массово выпускавшиеся в СССР быстроходные дизельные двигатели, в частности, ЯАЗ-204 / 206, ЯМЗ-236 / 238, КамАЗ-740, и так далее (исключение составляют дизели семейства В-2).

В мировой практике легкового автомобилестроения такие двигатели достаточно широко использовались ещё с 1910-х — 1920-х годов, однако вплоть до появления в конце 1940-х — первой половине 1950-х годов высокооктанового топлива в широком доступе не могли достичь решительного превосходства над нижнеклапанными, так как при сравнимой мощностной отдаче последние имели преимущества в отношении простоты конструкции и дешевизны производства. Так, в США «Форд» и «Крайслер» на своих довоенных моделях использовали только нижнеклапанные моторы, GM — как верхнеклапанные, так и нижнеклапанные, причём вполне сравнимые между собой по мощности и другим характеристикам. В довоенной Германии верхнеклапанные моторы имели большее распространение, но наряду с этим продолжался и массовый выпуск нижнеклапанных.

Повсеместное распространение верхнеклапанных моторов началось после появления в 1949 году двигателя Oldsmobile Rocket V8 со степенью сжатия, рассчитанной на высокооктановое топливо, спровоцировавшего в американской автомобильной промышленности «гонку лошадиных сил», не утихавшую вплоть до начала 1970-х. В Европе двигатели со штанговым приводом клапанов надолго не задержались и по сути стали переходным вариантом от нижнеклапанных к верхневальным — уже к концу 1960-х годов эта схема там стала считаться устаревшей и достаточно редко использовалась на новых моделях легковых автомобилей. Однако в США, где вплоть до недавнего времени были популярны сравнительно малооборотные двигатели большого рабочего объёма, для которых штанговый привод клапанов является вполне целесообразным, газораспределительный механизм типа OHV очень широко использовался вплоть до 1980-х и даже 1990-х годов, и продолжает встречаться в настоящее время на современных легковых двигателях — примером может послужить выпускающийся с 2003 года Chrysler 5.7 L Hemi (Dodge Ram, Dodge Charger R/T, Jeep Grand Cherokee, Chrysler 300C), использующий технологию динамически изменяемого рабочего объёма и динамического изменения фаз газораспределения.

Иногда такие двигатели использовались и на недорогих современных европейских автомобилях из-за своей дешевизны и компактности. Например, Ford Ka первого поколения (1996—2002) использовал инжектированную версию четырёхцилиндрового двигателя Kent разработки конца пятидесятых годов с ГРМ типа OHV, имеющую весьма компактные по современным стандартам размеры, что позволило уместить двигатель в небольшом моторном отсеке Ka.

В моторах грузовиков и тяжёлой техники, для которых меньшее число рабочих оборотов и инерционность ГРМ не является недостатком, а надёжность и долговечность первостепенны, ГРМ типа OHV всё ещё очень широко распространён. Схема OHV популярна и на малооборотистых четырёхтактных двигателях для газонокосилок, бензиновых электростанций, мотоблоков. Современные тракторные двигатели также имеют указанную схему.

Ещё одно применение двигателей такой схемы — классические американские мотоциклы, в первую очередь Harley-Davidson и indian, а также мотоциклы некоторых японских производителей, подражающих им, например Yamaha (под брендом Star) и Kawasaki Heavy Industries. Надёжность и эластичность таких моторов, вместе с повышенной в сравнении с другими компоновками ГРМ вибро- и шумонагруженностью давно стали отличительной чертой мотоциклов в классическом американском стиле^{[источник не указан 602 дня]}.

Общая схема и взаимодействие частей

Своевременное открытие впускных и выхлопных клапанов в цилиндрах двигателя внутреннего сгорания обеспечивается работой газораспределительного механизма или ГРМ.

Данное устройство состоит из распределительного вала с кулачками, необходимого количества коромысел или толкателей клапанов, пружин и собственно клапанов. Шестерня распредвала, ремень или цепь, используемые для передачи вращения от коленвала, и механизм натяжения цепи так же являются частью ГРМ.

1. Фаза впрыска топлива. Поршень начинает движение от верхней мертвой точки к нижней. Открывается клапан подачи горючего, и топливно-воздушная смесь заполняет разреженное пространство цилиндра. Отмерив необходимую дозу ТВС, клапан закрывается. Коленчатый вал повернулся на 180 градусов от начального положения.
   
2. Фаза сжатия. Достигнув нижней мертвой точки, поршень меняет направление движения к ВМТ, осуществляя сжатие топливно-воздушной смеси. При достижении верхней мертвой точки фаза сжатия рабочего тела оканчивается. Коленчатый вал совершил поворот на 360 градусов.
   
3. Фаза рабочего хода. В момент нахождения поршня в ВМТ и достижения максимальной расчетной степени сжатия, происходит воспламенение топливно-воздушной смеси. Под действием стремительно расширяющихся газов поршень движется к нижней мертвой точке, совершая рабочий ход. При достижении НМТ третья фаза работы четырехтактного двигателя внутреннего сгорания считается оконченной. Коленчатый вал совершил поворот 540 градусов.
   
4. Фаза удаления отработанных газов. Под действием коленчатого вала поршень начинает движение к верхней мертвой точке, вытесняя из объема цилиндра продукты сгорания топливно-воздушной смеси через открывшийся выхлопной клапан. По достижении поршнем ВМТ, фаза выхлопа считается завершенной, коленчатый вал совершил оборот на 720 градусов.
   

Для достижения такой точности по времени открытия впускных и выхлопных клапанов, газораспределительный механизм синхронизирован с оборотами коленчатого вала двигателя. Ремень или цепь передает вращение распределительному валу, кулачки которого, нажимая на коромысла, открывают поочередно впускные и выпускные клапаны ГРМ.

Нижнеклапанные двигатели

Газораспределительный механизм двигателя внутреннего сгорания прошел долгий путь от 1900-х годов до наших дней.

Нижнеклапанные двигатели с распредвалом в блоке цилиндров, использовались повсеместно, вплоть до середины двадцатого века. Схема и устройство впускных и выпускных клапанов, расположенных в ряд тарелками вверх, обеспечивала простоту изготовления и малошумность двигателя. Основным минусом подобной конструкции был сложный путь топливно-воздушной смеси, неоптимальный режим наполнения цилиндров, и, как следствие, меньшая мощность силового агрегата.

Газораспределительный механизм такого вида использовался вплоть до 90-х годов двадцатого столетия в грузовых автомобилях. Пример тому – ГАЗ 52, выпуск которого закончился в 1991 году.

Смешанное расположение клапанов

Попытки повысить мощностные характеристики ДВС привели к созданию двигателя со смешанным расположением клапанов. Впускные находились в головке блока цилиндров, а выпускные – в блоке, как у обычного «нижнеклапанника».

Распределительный вал один, так же расположенный в блоке цилиндров. Клапана, отвечающие за впуск топливно-воздушной смеси управлялись посредством штанг – толкателей, через которые передавалось усилие с распредвала, выхлопные – с помощью привычного коромысла.

Такая компоновочная схема обеспечивала более низкую температуру ТВС, и, как следствие, более высокую мощность, по сравнению с нижнеклапанными двигателями внутреннего сгорания.

Верхнеклапанные двигатели

Газораспределительный механизм, клапаны впускной и выхлопной системы которого находятся в головке блока цилиндров, а распредвал – в самом блоке, был сконструирован Дэвидом Бьюиком в самом начале двадцатого столетия. Управление клапанами осуществлялось посредством штанг – толкателей, воздействовавших на коромысла.

Подобная компоновочная схема обладает высокой надежностью, за счет передачи вращения от коленчатого вала к распределительному, с помощью шестерни. Зубчатый ремень, изношенный в процессе эксплуатации, может оборваться, нанеся серьезные повреждения клапанному механизму ГРМ, изношенная же передаточная шестерня лишь немного сдвинет фазы газораспределения, что опытный водитель заметит по изменениям в работе двигателя.

Минусом является некоторая инерционность подобной конструкции, что накладывает ограничения на обороты двигателя, а, следовательно, на крутящий момент и степень форсирования. Использование более чем двух клапанов на цилиндр приводит к усложнению газораспределительного механизма и увеличению габаритных размеров двигателя. Четырехклапанные двигатели такой компоновки используются в грузовых автомобилях КамАЗ, дизельных тепловозных двигателях.

Газораспределительный механизм автомобиля «Волга» двадцать первой модели был устроен именно по верхнеклапанной схеме.

• Двигатели, в которых распредвал и клапаны газораспределительного механизма располагаются в головке блока цилиндров, обозначаются аббревиатурой SOHC. Принцип действия и устройство механизма управления клапанами ГРМ отличается большим разнообразием. Существует схема открытия клапанов при помощи коромысел, рычагов и толкателей. Наибольшее распространение подобное устройство двигателей получило в период с середины 60-х до конца 80-х годов двадцатого столетия. В данный момент такие двигатели устанавливаются на недорогие легковые автомобили.
• Двигатели, газораспределительный механизм которых включает в себя два распредвала, обозначается аббревиатурой DOHC. При использовании двух клапанов на цилиндр, каждый распределительный вал открывает свой ряд клапанов. Такое устройство ГРМ позволяет уменьшить инерцию коленчатого вала, и тем самым значительно увеличивает обороты и мощность ДВС. Принцип работы двигателя, использующего четыре и более клапана на цилиндр, ничем не отличается от вышеописанного. Подобные силовые агрегаты демонстрируют большую, чем у двухклапанных аналогов, мощность и устанавливаются на большинство современных автомобилей.

В двигателях с подобным типом газораспределительного механизма важную роль играет устройство привода распредвалов. В качестве передаточного элемента используется цепь, находящаяся в герметично закрытом объеме, и омывающаяся маслом, или зубчатый ремень, находящийся на внешней стороне двигателя.

Поломка привода ГРМ зачастую приводит к печальным последствиям. Оборвавшийся ремень, износившийся в процессе эксплуатации, вызывает мгновенную остановку распределительного вала, вследствие чего некоторые клапаны остаются в открытом состоянии. Удар поршня по выступающей тарелке наносит серьезные повреждения головке блока цилиндров. В особо тяжелых случаях ремонт невозможен и требуется замена данного элемента двигателя.

Устройство десмодромного газораспределительного механизма

Для двигателей, конструкция ГРМ которых допускает использование пружин для закрывания клапанов, существует ограничение по максимальному количеству оборотов в минуту. При достижении значения в 9000 об/мин пружины не смогут обеспечить нужную скорость срабатывания, что неизбежно приведет к поломке двигателя.

Принцип десмодромного ГРМ заключается в использовании двух распределительных валов, один из которых производит открытие, а второй, закрытие клапанов. В таком двигателе нет ограничения на развиваемые обороты, ведь скорость срабатывания механизма напрямую зависит от скорости вращения коленвала.

Создание газораспределительного механизма с изменяемыми фазами стало возможным относительно недавно, с началом использования в двигателестроении бортовых компьютеров и электронных управляющих блоков. Система электромагнитных клапанов, меняющая режим работы согласно команд микропроцессора, позволяет снимать с двигателя мощность, приближающуюся к расчетной, при минимальном расходе топлива.

Фазы газораспределения

Фазами газораспределения принято считать начало открытия и момент закрытия клапана, выраженный в градусах угла поворота коленвала относительно мертвых точек. Лучшая очистка цилиндра от выхлопных газов достигается при открытии выпускного клапана до наступления нижней мертвой точки (НМТ), и закрытии после ВМТ. Наполнение цилиндров воздухом или горючей смесью происходит при открытии впускного клапана до прохождения им ВМТ, и закрытии после НМТ. Период одновременного открытия обоих клапанов называется их перекрытием.

Фазы подбираются на заводе-изготовителе двигателя экспериментальным путем, и зависят от его конструкции и быстроходности. При этом колебание газов используется таким образом, что перед закрытием впускного клапана перед ним находится волна давления, а перед закрытием выпускного – волна разрежения. Такой подбор фаз обеспечивает одновременное улучшение заполнения цилиндров воздухом или смесью, а также их очистку от выхлопных газов.

Установка механизма газораспределения осуществляется при помощи меток на шестернях. Отклонение от нормы на пару зубов или звездочек может привести к удару клапана о поршень и поломке двигателя. Постоянство фаз сохраняется при наличии теплового зазора в клапанном механизме, нарушения которого вызывают уменьшение или увеличение продолжительности открытия.

Для каждого двигателя завод-изготовитель указывает фазы газораспределения в виде диаграммы, где показаны моменты открытия, закрытия, и перекрытия клапанов.

Возможные неисправности ГРМ

Судить о неисправности газораспределительной системы можно по следующим внешним признакам:

1. Уменьшение компрессии, хлопки в трубопроводах. Происходит по причине неплотного прилегания клапанов к седлам из-за образовавшегося нагара, раковин на рабочей поверхности, при деформации головок клапанов, прогорании клапана, поломке пружин, заедании стержня во втулке или отсутствием зазора между клапаном и коромыслом.
2. Падение мощности и резкие металлические стуки происходят из-за неполного открытия клапанов. Причиной неполадки выступает большой тепловой зазор или отказ гидрокомпенсатора.
3. Износ шестерни распредвала, втулок и осей коромысел, направляющих втулок клапанов, заметное осевое смещение распределительного вала.
4. Выход из строя цепи, зубчатого ремня, а также успокоителя для цепи, и натяжителя для зубчатого ремня.

Причины поломок

Самыми распространенными поломками данного узла представляется обрыв или сбивание фазы. Это приводит к остановке работы двигателя, а также серьезным поломкам, требующим дорогостоящего ремонта. К числу наиболее вероятных причин поломок можно отнести чрезмерный износ, заклинивание помпы натяжителей или валов, а также недостаточный уровень натяжения.

Способы их устранения

Процедура устранения неисправностей значительно отличается и зависит от причины их появления. Чаще всего, ремень требуется натянуть до оптимального состояния, что можно сделать с помощью соответствующего механизма. Однако, при обрыве или других серьезных поломках, может потребоваться замена ГРМ.

Процедура довольно проста и предусматривает выполнение следующих действий:

1. Демонтировать переднее колесо для получения доступа к шкиву коленвала.
2. Снять ремень гидроусилителя руля, генератор, свечи и насосный механизм.
3. Извлечь шкив и правую опору ДВС.
4. Удалить изношенный ГРМ и установить на его место новый.

Далее, потребуется повторить все операции в обратно порядке, поочередно устанавливая на автомобиль демонтированные узлы. Благодаря простой конструкции, подобные манипуляции можно выполнить своими руками, значительно сэкономив на услугах специалистов.

5 признаков, что пора сменить ремень газораспределения

Своевременно обнаружить и заменить привод ГРМ, значит предотвратить серьезную поломку. На некоторых моделях машин доступ к ремню затруднен кожухами, которые при диагностике состояния ремня нужно демонтировать.

Периодически нужно проверять состояние привода ГРМ.

Деталь нужно срочно заменить, если при визуальном осмотре обнаружено, что:

1. Задняя сторона детали покрылась трещинами;
2. Боковые края изделия утратили ровность и гладкость, на них видны оборванные нити корда;
3. На внутренней стороне между зубцами появились растрескивания;
4. Зубья расслаиваются;
5. Кожух и соприкасающиеся с ремнем детали покрыты черным резиновым порошком.

Не все автовладельцы в состоянии самостоятельно произвести демонтаж защитного кожуха, чтобы осмотреть состояние ремня.

Автомобилисты могут понять, что привод пора менять по следующим признакам:

Износ изделия из-за длительной эксплуатации. Производители советуют менять привод через каждые 50-120 тысяч километров пробега. Даже когда машина мало ездила, ремень требуется менять не реже одного раза в 5 лет.

Резина, из которой он сделан, теряет свои свойства, грубеет, утрачивает эластичность. Когда машина куплена с рук, сразу следует заменить привод ГРМ. Не известно, сколько лет назад деталь была установлена прежним владельцем.

Падение мощности, мотор заводится с перебоями. Двигатель стал заводиться хуже, чем прежде, машина на дороге с трудом набирает скорость. Изношенный ремень ГРМ растягивается, начинает перескакивать через несколько зубцов. В результате нарушения в его работе, происходит сбой системы зажигания.

При движении чувствуются провалы в тяге, вибрации двигателя. Если не устранить неполадку, возникнут несколько дополнительных поломок деталей системы зажигания и мотора.

Дым из выхлопной трубы. Когда работа двигателя и системы зажигания не синхронизирована, горючая смесь сгорает в моторе не полностью. По этой причине происходит разрушение катализатора.

При попадании части топлива из двигателя в систему выпуска, происходит повышение температуры выше допустимой нормы. Выхлоп из трубы может сопровождаться хлопками, дым окрашен в черный цвет. Причиной такого нарушения может стать неисправность (провисание) ремня ГРМ.

Тикающий звук от мотора. Привод ГРМ при сильном износе начинает трескаться, провисать, разлохмачиваться. Из-под кожуха во время движения машины исходят всевозможные клацающие, щелкающие звуки. Их характер зависит от скорости движения авто. Чем она выше, тем сильнее и чаще раздается стук.

Подобные звуки может издавать не только привод, похожие симптомы у неисправного ролика водяной помпы. В любом случае, появление посторонних звуков под капотом, это сигнал автовладельцу, что машину нужно срочно показать мастеру.

Появление маслянистых пятен на деталях, расположенных рядом с ремнем ГРМ. Течь из-под защитного кожуха могут масло или антифриз. Попадая на привод, агрессивные жидкости разъедают его поверхность.

Под их воздействием ремень может начать трескаться. Перед заменой привода нужно найти и устранить причину течи.

Через сколько километров нужно менять ремень ГРМ

В инструкции по эксплуатации автомобиля указаны рекомендуемые сроки эксплуатации каждой детали. Замену ремня нужно производить не по прописанному регламенту, а по факту его износа.

К примеру, некоторые отечественные производители указывают в руководстве, что ремень на изделиях автопрома рассчитан на 180 тыс. км. пробега. Автомобилист с большим опытом усомнится в правдивости таких данных.

Срок эксплуатации авто детали зависит от нескольких факторов:

1. Качества дорог;
2. Марки ремня;
3. Модели машины.

Так, привод ГРМ от известных производителей, установленный на автомобиле Renault при эксплуатации в России, подлежит замене после пробега 60 тыс. км., а при езде по дорогам Европы, через 120 тыс. км.

Важно! Производить замену детали рекомендуется вместе с натяжным роликом, шкивами и водяной помпой.

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.

Срок службы деталей клапанного механизма

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.

Совет:

Диагностика ГРМ

Газораспределительный механизм имеет 2 свойственные неполадки — неплотное примыкание клапанов к гнездам и невозможность полностью открыть клапаны.

Неплотное примыкание клапанов к гнездам обнаруживается по таким показателям: хлопки, возникающие иногда во впускной либо выпускной трубе, уменьшение мощности мотора. Факторами неплотного закрытия клапанов могут быть:

• возникновение нагара на поверхности клапанов и гнезд;
• формирование раковин на рабочих фасках и искривление головки клапана;
• неисправность пружин клапанов.

Неполное открытие клапанов сопровождается стуком в троящем моторе и уменьшением его мощности. Данная поломка возникает в следствии значительного промежутка меж стержнем клапана и носком коромысла. К характерным поломкам для ГРМ нужно причислить кроме того изнашивание шестерен распредвала, толкателей, направляющих клапана, смещение распредвала и изнашивание втулок и осей коромысел.

Практика демонстрирует, что на газораспределительный механизм приходится примерно четвертая часть всех отказов мотора, а уже на предотвращение этих отказов и восстановление ГРМ уходит 50% трудоёмкости обслуживания и ремонтных работ. Для диагностирования поломок применяют следующие параметры:

1. определяют фазы газораспределительного механизма автомобиля;
2. измеряют тепловой зазор между клапаном и коромыслом;
3. измеряют промежуток между клапаном и седлом.

Измерение фаз газораспределения

Подобное диагностирование ГРМ двигателя выполняется на заглушенном моторе с помощью особого набора устройств, среди которых имеются указатель, моментоскоп, малка-угломер и прочие дополнительные приборы. Для того, чтобы фиксировать период раскрытия впускного клапана на 1-ом цилиндре, необходимо покачивать вокруг своей оси коромысло, а далее направить коленвал мотора до момента появления зазора меж клапаном и коромыслом. Малка-угломер для замера разыскиваемого зазора ставится прямо на шкив коленвала.

Измерение теплового промежутка между клапаном и коромыслом

Тепловой зазор измеряют при помощи набора щупов либо иного особого устройства. Это набор из металлических пластинок длиной в 100мм, толщина которых обязана быть не больше 0,5мм. Коленвал мотора поворачивают вплоть до верхней предельной точки, в период такта сжатия подобранного для контроля цилиндра. Непосредственно благодаря щупам разной толщины, поочередно вставляемым в сформировавшееся отверстие, и измеряется зазор.

Данный метод не может дать результата при диагностировании ГРМ, когда неравномерен износ торца штока и бойка коромысла, а трудоемкость этого метода весьма значительная. Увеличить точность замеров позволяет особое устройство, которое состоит из корпуса и индикатора по типу часов. Подпружиненная подвижная рама содержит персональное соединение с ножкой этого индикатора. Раму фиксируют между коромыслом и клапанной пружиной. Когда открывается клапан, в период поворота коленвала, на индикаторе ставят 0. Распознает тепловой зазор последующее показание прибора, снимаемое в период поворота коленвала.

Определение промежутка между клапаном и седлом

Его можно оценить по объему воздуха, который будет выходить через уплотнитель перекрытых клапанов. Эта процедура прекрасно объединяется с чисткой форсунок. Когда они уже сняты, убирают валики коромысел и прикрывают все клапаны. Затем в камеру сгорания под большим давлением происходит подача сжатого воздуха. Поочередно на любом из контролируемых клапанов ставят устройство, которое позволяет измерить расход воздуха. Если потеря воздуха превысит разрешенную, выполняется ремонт газораспределительного механизма.

Что будет, если ГРМ порвется

Когда ремень порвался, стартер работает без прежнего напряжения, но двигатель при этом не заводится. Причиной отсутствия компрессии становится загиб клапанов. В момент порыва часто происходит их столкновение с поршнями. Вал во время выхода привода из строя останавливается, а поршни продолжают движение.

Когда клапаны замирают в «полностью открытом положении», удара поршнями по ним не избежать. Вместо замены недорогой детали автовладельцу приходится чинить двигатель. Расходы тем больше, чем дороже авто. Кроме клапанов, может быть поврежден и поршень.

Реально ли заменить газораспределительный механизм своими руками

Самостоятельно произвести ремонт газораспределительного механизма можно только в том случае, когда автовладелец знаком с устройством авто, имеет необходимые инструменты, приспособления. Сложность процесса замены ремня ГРМ зависит от модели машины.

Во время замены привода, нельзя сбивать настроенные фазы газораспределения.

Для правильной работы системы совмещают метки:

• на шестернях;
• маховике коленвала;
• корпусе двигателя.

Работа производится по стандартной схеме.

Мастер действует по порядку:

1. Демонтирует узел;
2. Снимает изношенный привод;
3. Осматривает детали, соприкасающиеся с ремнем;
4. Чистит внутреннюю полость от загрязнений;
5. Устанавливает новый ремень ГРМ и ролик;
6. Проверяет и регулирует натяжение.

Если человек не знаком с устройством машины и не владеет нужными навыками, замену ремня лучше доверить специалисту. Сделать это нужно заблаговременно, не дожидаясь, когда разрыв резинового изделия станет причиной поломки двигателя.

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.

Восстановление клапанов и их притирка в гнездах головок цилиндров

Клапаны изготовлены из жаропрочной стали. Стержень клапана перед установкой графитизуется. Угол рабочей фаски клапана 45°; диаметр выпускного клапана 51,5 мм, впускного — 46,5 мм; высота подъема клапана 12,5 мм.

Характерными дефектами клапанов являются износ рабочих фасок, погнутость стержня, облом тарелки клапана.

Толкатели тарельчатого типа стальные, тарелки наплавляются при изготовлении отбеленным чугуном. Характерными дефектами толкателей являются износ тарелки, раковины на рабочей поверхности, износ стержня.

Изношенные тарелки и стержни толкателей восстанавливаются хромированием.

После восстановления клапаны притираются в седлах головок цилиндров.

Притирка клапанов начинается с приготовления пасты: паста приготавливается из 1,5 части (по объему) микропорошка карбида кремния зеленого, одной части дизельного масла и 0,5 части дизельного топлива. Перед употреблением притирочная паста перемешивается, чтобы микропорошок не осаждался. Затем на фаску седла клапана наносится тонкий равномерный слой пасты. Стержень клапана смазывается моторным маслом. Притирка производится возвратно-вращательным движением клапана дрелью с присоской или соответствующим приспособлением. Нажимая на клапан, необходимо повернуть его на 1/3 оборота по часовой стрелке, затем на 1/3 оборота в обратном направлении. Клапаны круговыми движениями не притираются. Притирка продолжается до появления на фасках клапанов седел пояска шириной не менее 1,5 мм матового цвета, как показано на рис. 51.

Рис. 51. Расположение притертых матовых поясков на седле и головке клапана при закрытом положении:

а — правильное; б — неправильное; I — положение пояска на седле и головке клапана

При правильной притирке матовый поясок на седле головки клапана должен начинаться у большего основания конуса седла.

После окончания притирки клапаны и головки цилиндров промываются керосином и обдуваются воздухом. Качество притирки клапанов определяется после сборки клапанного механизма проверкой его на герметичность. Для этого головка цилиндра устанавливается впускными и выпускными окнами вверх и в углубления клапанных гнезд заливается дизельное топливо. Хорошо притертые клапаны не должны пропускать топливо в местах уплотнения в течение 30 мин. При подтекании керосина производится постукивание резиновым молотком по торцу клапана. Если подтекание не устраняется, клапаны притираются повторно.

При необходимости качество притирки проверяется «на карандаш». Для этого на фаску клапана мягким графитовым карандашом наносится на равном расстоянии 6—8 черточек. Клапан осторожно вставляется в седло и после сильного нажатия проворачивается на 1/4 оборота. При качественной притирке все черточки должны быть стертыми.

После контроля притирки клапанный механизм собирается и регулируется. Регулировка клапанов производится при четырех положениях коленчатого вала. Первое положение коленчатого вала определяется относительно начала впрыска топлива в первый цилиндр совмещением меток на муфте опережения впрыска и корпуса топливного насоса.

Дефекты распределительного вала

Распределительный вал изготовляется горячей штамповкой из стали 18ХГТ. Он устанавливается в развале блока на 5 опорных подшипниках. Поверхности опорных шеек и кулачков после цементации закаливаются токами высокой частоты. Поверхности шеек и кулачков проходят точную механическую обработку: шлифуются, полируются и затем фосфатируются. Биение поверхностей второй, третьей и четвертой шеек относительно оси крайних шеек допускается не более 0,025 мм. Нецилиндричность опорных шеек 0,005 мм, непараллельность образующих всех кулачков относительно поверхности крайних шеек не более 0,05 мм.

На задний конец распределительного вала напрессована стальная штампованная шестерня с прямыми зубьями. Зубья шестерни подвергаются термической обработке. Шестерня распределительного вала приводится во вращение через промежуточную шестерню шестерней коленчатого вала.

Характерными дефектами распределительных валов являются:

• трещины на валу, отколы по торцам вершин кулачков;
• погнутость вала;
• износ шпоночного паза;
• износ впускных и выпускных кулачков по высоте; износ передней, средней и задней опорных шеек.

Разборка клапанного механизма и возможные дефекты его деталей

В состав газораспределительного механизма, показанного на рис. 48, входят распределительный вал, толкатели с направляющими, штанги, прокладка крышки головки, коромысла с регулировочным винтом, клапаны с двумя клапанными пружинами, направляющая клапана и устройство крепления клапанов Клапанный механизм закрывается крышкой. Крышки крепятся болтами к головкам цилиндров.

Рис. 48. Газораспределительный механизм двигателя КамАЗ-740:

1 — распределительный вал; 2 — толкатель; 3 — направляющая толкателей; 4 — штанга; 5 — прокладка крышки головки; 6 — коромысло; 7 — гайка; 8 — регулировочный винт; 9 — болт крепления крышки головки; 10 — сухарь; 11 — втулка тарелки; 12 — тарелка пружины; 13 — наружная пружина; 14 — внутренняя пружина, 15 — направляющая клапана; 16 — шайба; 17 — клапан; А — тепловой зазор между носком коромысла и стержнем клапана

Рис. 49. Разборка клапанного механизма с использованием приспособления И-801.06.100:

1 — винт; 2 — рукоятка; 3 — тарелка; 4 — штифт; 5 — основание; 6 — траверса приспособления

Разборка клапанного механизма осуществляется с помощью приспособления И-801.06.100, показанного на рис. 49. Для разборки клапанного механизма необходимо:

• установить головку блока цилиндров на основание так, чтобы штифты приспособления вошли в отверстия под болты крепления головки;
• вращать вороток, вворачивать винт и тарелкой отжать пружины клапанов;
• снять сухари и втулки;
• вывернуть винт из траверсы, снять тарелку и пружины клапанов;
• вынуть впускной и выпускной клапаны.

Штанги толкателей стальные, пустотелые, со вставками, наконечниками. Характерный дефект штанг: ослабление посадки наконечников и погнутость стержня штанги.

На каждый клапан устанавливаются по две пружины. В соответствии с требованиями технических условий на контроль, сортировку и восстановление пружин предварительно устанавливаемое усилие пружин должно составлять 360 Н, а суммарное их рабочее (в сжатом состоянии) усилие — 830 Н. При дефектации пружин около 10 % от общего количества выбраковывается. Вместо выбракованных пружин на сборку газораспределительного механизма поступают новые.

Технические условия на контроль, сортировку и восстановление распределительных валов

Контроль размеров кулачков и опорных шеек распределительного вала осуществляется с помощью приспособления, показанного на рис. 50, а размеры кулачков указаны в табл. 28.

Технологические условия на контроль, сортировку и восстановление распределительных валов представлены в табл. 29.

Рис. 50. Приспособление для контроля профиля кулачков и опорных шеек распределительного вала:

а — профиль кулачка, б — расположение впускных кулачков; в — расположение выпускных кулачков; Вп — впускной кулачок; Вып — выпускной кулачок; 1 — основание приспособления; 2,9 — центры; 3 — диск с градуировкой, град; 4 — указательная стрелка, закрепленная на шейке распределительного вала; 5 — ножка индикатора; 6 — стойка индикатора; 7 — индикатор, 8 — распределительны вал

Последовательность контроля распределительного вала следующая:

• проверить вал на отсутствие трещин и отколов кулачков;
• радиальное биение средних опорных шеек относительно передней и задней опорных шеек; проверить износ шейки под шестерни;
• кулачков по высоте;
• цилиндрической части кулачков;
• передней и средней шеек;
• задней шейки.

28. Размеры кулачков распределительного вала КамАЗ-740

Примечание: а — угол поворота кулачка; h — высота подъема профиля кулачка.

• Сделать заключение о годности распределительного вала и о способе восстановления распределительного вала.

Распределительные валы, не удовлетворяющие требованиям технических условий, подвергаются восстановлению.

Деталь № 740.1006015.

Материал: сталь 18ХГТ

Твердость опорных шеек, кулачков и торца распределительного вала: HRC 58—63

29. Технические условия на контроль, сортировку и восстановление распределительного вала

Технологический процесс восстановления распределительных валов

Технологический процесс восстановления распределительных валов включает следующие операции: мойку распределительного вала, снятие шестерни, правку и проверку биения распределительного вала, шлифовку шеек вала под ремонтный размер, контроль размеров шеек, шлифовку кулачков цилиндров, контроль профиля кулачков, изготовление паза под шпонку, установку шестерен, сдачу распределительного вала ОТК.

Восстановление опорных шеек распределительного вала производится шлифованием под ремонтный размер, а его кулачков — шлифованием по копиру с целью восстановления профиля кулачков на копировально-шлифовальных станках ЗА433 шлифовальным кругом ПП 600X20X305 марки Э46—60 СМ1—СМ2К. После шлифования шейки и кулачки распределительного вала полируются полировальной лентой ЭБ220 или пастой ГОИ № 10.

Режимы шлифования опорных шеек и кулачков распределительного вала приведены в табл. 30.

30. Режимы шлифования опорных шеек и кулачков распределительного вала

Замена ремня ГРМ на механизме SOHC

Сначала рассмотрим, как производится замена ремня ГРМ с механизмом SOHC на примере ВАЗ-2108. Для выполнения замены потребуется набор ключей и отверток.

Итак, первым снимается защитный чехол ремня. У этого авто он закреплен болтами, у других могут быть обычные защелки. Сняв чехол, сразу получаем доступ к ремню. Поскольку ремень привода генератора установлен поверх ремня ГРМ, его нужно с автомобиля снять.

Особенности замены ремня ГРМ на механизме DOHC

Немного о том, как производится замена ремня ГРМ на авто с механизмом DOHC. Примером выступит Лада «Приора». Принцип замены ремня идентичен вышеописанному. Но, доступ к ремню у данного авто несколько сложнее из-за наличия нескольких защитных чехлов, которые посажены на болты.

Ремонт и замена двигателя цены

Процесс ремонта узла

Многие покупают автомобили с пробегом. Практически все владельцы перед продажей говорят о том, что комплект ГРМ менялся совсем недавно. Хорошо, если это действительно так. Ведь обрыв может привести к капиталке, которая обычно составляет порядка 20% стоимости автомобиля или даже больше. Чтобы в дальнейшем не выполнять ремонт клапанов ГРМ, желательно сделать диагностику узла и принять соответствующее решение. В большинстве случаев не рекомендуется оставлять какую-либо деталь, заменив все остальные. Как уже было сказано выше, выход из строя водяного насоса или ролика, приведет к повторному ремонту. Хорошо еще, если удастся избежать обрыва ремня.

Есть такой вид работ, как «дефектовка ГРМ». Суть мероприятия заключается в выявлении проблем в работе привода газораспределительного механизма. По сути, работа включает в себя осмотр узла и оценку состояния ремней, роликов, водяного насоса и т. п. Также при дефектовке проверяют метки ГРМ и при необходимости их выставляют. Необходимо понимать, что многое зависит от того, насколько квалифицированными сотрудниками был проведен ремонт ГРМ автомобиля. Ведь если механики на СТО недостаточно хорошо знакомы с конструкцией и устройством газораспределительного механизма того или иного автомобиля, то лучше воспользоваться услугами другого сервиса.

Правильный выбор запасных частей

Как показывает практика, наиболее часто вызывает проблему при капитальном ремонте двигателя ГРМ. Причем далеко не всегда она кроется в несвоевременном обслуживании. В некоторых случаях все дело в запчастях. Дело в том, что есть оригинальные ремни, ролики и водяные насосы. Под словом «оригинальные» стоит понимать те запасные части, которые были установлены заводом изготовителем. В большинстве случаев они имеют достаточно длительный ресурс и хороший запас прочности при правильной эксплуатации и обслуживании. К примеру, водяная помпа рассчитана в среднем на 150 тысяч пробега. Такой интервал выдерживают абсолютно все детали, начиная от обводных роликов и заканчивая ремнем или же цепью. Но даже при приближении такого пробега, ГРМ может работать вполне нормально еще 30 или 50 тысяч километров. Но уже нет никакой гарантии, что его не оборвет в самый неподходящий момент. Тем не менее определенный запас производителем все же заложен.

Ну а сейчас следующая ситуация. Оригинальные детали на большую часть автомобилей стоят приличных денег. Исключением являются только некоторые автомобили семейства ВАЗ. Ремонт ГРМ «Жигулей» — не слишком затратное и сложное мероприятие. Ну а если под капотом 5-литровый монстр, то покупка оригиналов ГРМ на него обойдется не в одну сотню долларов. Вполне естественно, что автомобилисты хотят сэкономить, приобретая аналоги не самого лучшего качества. В результате уже через 10-20 тысяч километров появляется люфт в подшипниках, начинает подтекать помпа и т. п. Водитель в этом случае вынужден повторно менять детали ГРМ, что приводит к неоправданным затратам. В худшем случае придется выполнять такие работы, как ремонт клапанов ГРМ, а точнее, их полную замену.

Заключение

Ремень ГРМ представляется одним из важнейших узлов в конструкции авто. Он отвечает за корректную работу двигателя. Он бывает различных типов и, как правило, уникален для каждой модели авто. При необходимости автомобилист может заменить его самостоятельно, избежав дополнительных затрат.