ГРМ что это такое: устройство, как работает

Поршень с кольцами и пальцем

Поршень – это небольшая цилиндрическая деталь, изготовленная из алюминиевого сплава. Его основным назначением является преобразование давления выделяемых газов в поступательное движение, передаваемое в шатун. Возвратно-поступательное движение обеспечивается за счет гильзы.

Поршень состоит из юбки, головки и дна (днища). Дно может иметь разную форму (выпуклую, вогнутую или плоскую), в нем содержится камера сгорания. На головке расположены небольшие канавки для поршневых колец (маслосъемных и компрессионных).

Кольца компрессионного типа предотвращают возможное попадание газов в двигательный картер, а кольца малосъемного типа предназначены для удаления лишнего масла со стенок цилиндра.

Юбка оснащена специальными бобышками с отверстиями, для установления поршневого пальца, соединяющий поршень и шатун.

Шатун

Шатун – еще одна деталь КШМ, которая изготавливается из стали методом штамповки или ковки, оснащенная шарнирными соединениями. Шатун предназначен для передачи энергии движения от поршня к валу.

Шатун складывается из верхней, разборной нижней головки и стержня. Верхняя головка соединяется с поршневым пальцем. Нижнюю разборную головку можно соединять с шейкой вала с помощью крышек (шатунных).

Кривошип (колено)

К любому кривошипу (колено) крепится шатун поршня. Зачастую кривошип располагается от оси шеек в определенном радиусе, что определяет ход поршня. Именно эта деталь дала название кривошипно-шатунному механизму.

Коленчатый вал

Еще одна подвижная деталь механизма сложной конфигурации, изготовленная из чугуна или стали. Основным назначением вала является преобразование поступательного поршневого движения поршня во вращательный момент.

Коленчатый вал складывается из шеек (коренных, шатунных), щек (соединяющих шейки) и противовесов. Щеки создают равновесие при работе всего механизма. Внутри шейки и щеки оснащены небольшими отверстиями, через которые под давлением происходит подача масла.

Маховик

Маховик, как правило, установлен на конце вала. Изготавливается из чугуна. Маховик предназначен для повышения равномерного вращения вала для запуска двигателя с помощью стартера.

В настоящее время чаще применяются маховики двухмассового типа – два диска, которые достаточно плотно соединены между собой.

Блок цилиндров

Это неподвижная деталь КШМ, которая изготавливается из чугуна или алюминия. Блок предназначен для направления поршней, именно в них осуществляется весь рабочий процесс.

Блок цилиндров может быть оснащен рубашками охлаждения, постелями для подшипников (распределительного и коленчатого вала), точкой крепления.

Головка цилиндров

Эта деталь оснащена камерой сгорания, каналами (впускными и выпускными), отверстиями для свечей зажигания, втулками и седлами. Головка цилиндров изготавливается из алюминия.

Как и блок, головка также имеет рубашку охлаждения, которая соединяется с рубашкой цилиндра. А вот герметичность этого соединения обеспечивается специальная прокладка.

Закрывается головка небольшой штампованной крышкой, при этом между ними устанавливается резиновая прокладка, устойчивая к воздействию масел.

Поршень, гильза цилиндров и шатун образуют то, что автомобилисты обычно называют цилиндр. Двигатель может иметь от одного до 16, а иногда и больше цилиндров. Чем больше цилиндров, тем больше общий рабочий объем двигателя и, соответственно, тем больше его мощность. Но нужно понимать, что при этом одновременно с мощностью растет и расход топлива. Цилиндры в двигателе могут располагаться по различным компоновочным схемам:

• рядная (оси всех цилиндров располагаются в одной плоскости)
• V-образная компоновка (оси цилиндров располагаются под углом 60 или 120 градусов в двух плоскостях)
• оппозитная компоновка (оси цилиндров располагаются под углом 180 градусов)
• VR-компоновка (аналогично V-образной, но плоскости располагаются под небольшим углом относительно друг друга)
• W-образная компоновка представляет собой совмещение на одном коленчатом валу двух VR-компоновок, расположенных V-образно со смещением относительно вертикали

От компоновочной схемы зависит балансировка двигателя, а так же его размер. Наилучшей балансировкой обладает оппозитный двигатель, однако он редко используется на автомобилях из-за конструктивных особенностей.

Так же отличным балансом обладает рядный шестицилиндровый двигатель, но его применение на современных автомобилях практически невозможно из-за его громоздкости. Наибольшее распространение получили V-образные и W-образные двигатели из-за наилучшего сочетания динамических характеристик и конструктивных особенностей.

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.

Износ краев ремня

Если ремень визуально сильно изношенный с одного из краев, то, возможно, есть повреждения на фланце или несносность. В таком случае его нужно однозначно менять.

Долгое время считалось, что цепь значительно надежней ременного привода. И это действительно так, но и цепь далеко не бессмертна. Случаются и неисправности цепи ГРМ. Если рвется ремень, то существует пусть небольшой, но шанс спасти мотор. В случае с обрывом цепи ситуация может быть значительно хуже. Цепь массивнее ремня, и если оборвется, то буквально перемалывает двигатель. Происходит сильное повреждение клапанов и поршней. В целом, неисправность цепи одна – она рвется.

Среди причин можно выделить качество масла. Ресурс цепи составляет 250 тысяч километров, но так долго они редко ходят. Широко известны случаи, когда цепь в двигателе обрывало при пробеге 100, а также 60 тысяч километров. Но это чаще заводской дефект в конкретных автомобилях. Нередко неполадки связаны не только с маслом, но и с ошибками инженеров.

Неисправности газораспределительного механизма

Основными неисправностями газораспределительного механизма (ГРМ) являются:

• нарушение тепловых зазоров клапанов (на двигателях с регулируемым зазором);
• износ подшипников, кулачков распределительного вала;
• неисправности гидрокомпенсаторов (на двигателях с автоматической регулировкой зазоров);
• снижение упругости и поломка пружин клапанов;
• зависание клапанов;
• износ и удлинение цепи (ремня) привода распределительного вала;
• износ зубчатого шкива привода распределительного вала;
• износ маслоотражающих колпачков, стержней клапанов, направляющих втулок;
• нагар на клапанах.

Можно выделить следующие причины неисправностей ГРМ (они, в основном, аналогичны причинам неисправностей кривошипно-шатунного механизма):

• выработка установленного ресурса двигателя и, как следствие, высокий износ конструктивных элементов;
• нарушение правил эксплуатации двигателя, в том числе использование некачественного (жидкого), загрязненного масла, применение бензина с высоким содержанием смол, длительная работа двигателя на предельных оборотах.

Самой серьезной неисправностью газораспределительного механизма является т.н. зависание клапанов, которое может привести к серьезным поломкам двигателя. Причин у неисправности две. Применение некачественного бензина, сопровождающееся отложением смол на стержнях клапана. Другой причиной является резонанс, ослабление или поломка пружин клапанов. В этом случае при достижении поршнем верхней мертвой точки клапан не успевает сесть в «седло». К счастью, данная неисправность на современных автомобилях встречается достаточно редко.

Отдельно необходимо сказать о неисправностях гидрокомпенсаторов. При использовании жидкого или сильно загрязненного масла гидрокомпенсатор перестает выполнять свою основную функцию, а именно автоматически компенсировать зазоры в ГРМ. Дальнейшая эксплуатация двигателя может привести к заклиниванию гидрокомпенсаторов.

Нарушение теплового зазора на двигателях с регулируемым зазором может произойти по причине износа подшипников и кулачков распределительного вала, износа зубчатого шкива привода распределительного вала, а также вследствие неправильной регулировки.

Неисправности ГРМ достаточно сложно диагностировать, т.к. сходные внешние признаки могут соответствовать нескольким неисправностям. Зачастую конкретная неисправность устанавливается непосредственным осмотром конструктивных элементов ГРМ со снятием крышки головки блока цилиндров.

Большинство неисправностей газораспределительного механизма приводит к нарушениям фаз газораспределения, при которых двигатель начинает работать нестабильно и не развивает номинальной мощности.

Внешние признаки и соответствующие им неисправности ГРМ

Признаки	Неисправности
металлический стук в головке блока цилиндров на малых и средних оборотах; снижение мощности двигателя	нарушение теплового зазора клапанов; износ подшипников, кулачков распределительного вала
металлический стук в головке блока цилиндров на холодном двигателе; снижение мощности двигателя
шум в районе привода распределительного вала; выстрелы в глушитель	износ и удлинение цепи (ремня) привода распределительного вала; износ зубчатого шкива привода
синий дым отработавших газов; снижение уровня масла в картере двигателя; снижение мощности двигателя	износ маслоотражающих колпачков, стержней клапанов, направляющих втулок; неисправности КШМ
звонкие металлические стуки (детонационные стуки) при разгоне автомобиля; работа двигателя с перебоями	нагар на клапанах; неисправности КШМ; бензин низкого качества
кратковременные провалы в работе холодного двигателя; снижение мощности двигателя; перегрев двигателя	снижение упругости и поломка пружин клапанов; зависание клапанов

Основные неисправности ГРМ

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

Вот основные неисправности ГРМ:

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

Рекомендуется перед ремонтом найти схему вашего ГРМ.

Устройство ГРМ

Для начала кратко вспомним, как устроены эти механизмы. На большинстве моделей двигателей газораспределительный механизм состоит из следующих узлов и деталей.

Итак, клапанами управляет распределительный вал. Чаще всего его изготавливают из стали или чугуна. Он установлен в картере. Этот картер перекрывает крышка ГРМ. Также на современных двигателях распределительный вал можно найти в головке блока цилиндров. Когда вал вращается, то он воздействует на кулачки, которые, в свою очередь, воздействуют на свой клапан.

Также в конструкции предусмотрены толкатели – они бывают стальными или чугунными. Их функция – передать усилие от распределительного вала и кулачков к клапанам.

В механизме есть два клапана — впускные и выпускные. Их задача – подача топливной смеси в камеру сгорания и затем удаление отработанных газов. Клапан – это стержень с плоской головкой. Впускные и выпускные элементы отличаются друг от друга. Отличие касается диаметра головки или тарелки. Изготавливают эти элементы ГРМ из стали и жаропрочной стали (в случае с выпускными клапанами). Ножка представляет собой стержень с канавкой. Она нужна для того, чтобы фиксировались пружины. Клапана могут двигаться только к втулкам. Чтобы в цилиндры не попадало масло, применяют уплотнительные колпачки. К каждому из клапанов прикрепляют наружную, а также внутреннюю пружину. Штанги в устройстве ГРМ необходимы, чтобы передавалось усилие от толкателей на коромысло.

Распределительный вал вращается за счет привода. Он может быть цепным или ременным. Привод передает вращение от коленчатого вала. Распределительный делает один оборот на два оборота коленчатого – это рабочий цикл двигателя.

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.

Самостоятельно или на сервисе

Натянуть ремень ГРМ удастся и самостоятельно, если
под рукой будут нужные инструменты. В частности, специальный регулировочный
ключ и базовый набор гаечных ключей. Ниже подробно о том, как самостоятельно
это сделать.

1. Поставить
   машину на ровную площадку, обесточить аккумулятор.
2. Открыть
   капот, демонтировать защитный кожух с ГРМ.
3. Ослабить
   крепление натяжного ролика.
4. Осуществить
   процедуру натяжения, используя регулировочный ключ. Надо вставить в специальные
   отверстия на гайке рожки ключа. Затем провернуть инструмент против часовой
   стрелки.
5. После
   натяжения зафиксировать ролик, завернув гайку крепления.
6. Проверить
   степень натяжения с помощью весов. Если что-то не так, повторить процедуру.

Однако выполнить данный процесс удается не всегда и
не у всех

А при отсутствии опыта, можно легко повредить смежные элементы ГРМ.
Нужно действовать максимально осторожно или сразу доверить натяжку ремня
специалистам

Натяжение ремня ГРМ — процедура сложная, она имеет
свои нюансы. Инструкция действий может отличаться, в зависимости от модификации
автомобиля. На некоторых моделях ролик выполняет двойную функцию — не только
просто натягивает, но и улучшает сцепление зубьев в определенном месте, а также
показывает индикацию.

Трудность
в том, что улучшение сцепления с шестерней, усиливает износ ремня. Мастера все
это знают, поэтому учитывают дополнительную точку износа и угол изгиба во время
работы.

Еще для нормальной регулировки крайне важно
выкрутить свечи зажигания, так как вращение распредвала при наличии компрессии
в ДВС очень вредит ремню. Да и вообще, крутить за болт распредвала не
рекомендуется! Лучше это делать путем проворота водяного насоса — в частности, на Опелях и автомобилях, где присутствует
эксцентрик. Другая сложность — перетягивание ремня

Оно
настолько же вредно, как и слабое натяжение. Ресурс изделия сокращается в этом
случае почти втрое. Но и это еще не все. Одновременно большим нагрузкам
подвергается помпа и ролик, так как из-за перетяга увеличивается температура и
сила противодействия

Другая сложность — перетягивание ремня. Оно
настолько же вредно, как и слабое натяжение. Ресурс изделия сокращается в этом
случае почти втрое. Но и это еще не все. Одновременно большим нагрузкам
подвергается помпа и ролик, так как из-за перетяга увеличивается температура и
сила противодействия.

Порванный ремень ГРМ
Перетяжка ремня ГРМ может привести к его
разрыву

Вот что конкретно может произойти из-за
перетягивания:

• уменьшается
  ресурс привода ГРМ;
• изнашивается ролик и натяжное
  оборудование;
• повреждается
  водяной насос;
• загибается шпилька, выполняющая функцию
  опоры ролика.

Естественно, могут повредиться и другие системы
автомобиля. Например, может нарушиться компрессия.

Как проводить
регулировку, если вытянулся ремень ГРМ — самостоятельно или в СТО, решать вам. При наличии
должного опыта, конечно, можно провести эту операцию. В иных случаях лучше не
рисковать, а сразу отвезти машину в проверенный автосервис.

Устройство газораспределительного механизма

Газораспределительный механизм состоит из:

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

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

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

Виды толкателей: роликовые, цилиндрические, грибовидные.

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

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

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

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

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

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

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

4. Штанги

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

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

5. Коромысло

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

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

6. Привод распределительного вала

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

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

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

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

Перед началом регулировки

Установка ремня производится при отпущенном натяжном механизме ролика-успокоителя. Возможно, регулировку необходимо будет произвести несколько раз, снимая и устанавливая ремень заново со следующей последовательностью: — отпустить стопорный болт натяжного механизма. Он проходит через продольный вырез в шарнире основания; — ослабить ролик руками, обеспечить ему свободный ход и снять ремень; — произвести регулировку ГРМ; — надеть ремень так, чтобы шлицевые насечки совпадали с пазами на шкивах; — натянуть ролик при помощи рычага (монтировки) и затянуть фиксирующий болт; — проверить натяжения ролика: между шкивами он должен проворачиваться на 90°, но не более.

Вывод

Сегодня я постарался доказать, что не все признаки замены ремня ГРМ, о которых говорят «бывалые» автовладельцы являются истинной. Следует придерживаться простых правил:

• Строгое соблюдение регламента. Бывают случаи, что ремешок потребует замены раньше, чем заверяют автопроизводители. Просто пользуйтесь опытом владельцев таких же машин, они вам точно подскажут, сколько будет «ходить» ремень;
• Интересуйтесь в профильных сервисах во время очередного ТО. Мастера подскажут, у них есть опыт ремонта определенных марок авто, им стоит доверять;
• Визуально можно самостоятельно осмотреть только тот ремень ГРМ, который не скрыт под защитным кожухом или плитой. Но таких машин становится все меньше. В других случаях не стоит с этим заморачиваться;
• Не существует срока годности ремня. Есть только пробег и моточасы работы двигателя. Причины я рассказывал выше;
• Попадание на привод ГРМ агрессивных веществ может сократить срок его службы, но точных признаков этого найти затруднительно;
• Шум может служить хорошим поводом «полезть» к ремню газораспределительного механизма. Большая вероятность, что ему «хана».

Источник