0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что такое газораспределительный механизм на дизельном двигателе

Устройство современного двигателя

Устройство газораспределительного механизма двигателя внутреннего сгорания: назначение, принцип работы

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

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

Основная информация о ГРМ

Сегодня в продаже есть огромное количество полезного оборудования, оснащенного двигателями внутреннего сгорания или как его еще называют ДВС, причем не только бытовых, но и профессиональных. К ним также относятся мотопомпы, мотокультиваторы, мини-электростанции, снегоочистители и газонокосилки. Причем в большей их части устанавливаются одноцилиндровые бензиновые четырехконтактные двигатели внутреннего сгорания с охлаждением воздуха. Немного меньше, но все же встречаются дизельные двигатели. Двигатель считается довольно сложным и дорогим элементом представленных устройств, поэтому в данном разделе статьи мы рассмотрим характеристики, которые немаловажны при выборе двигателя.

Почти все бензиновые двигателя оснащаются карбюраторной системой питания. В большей их части используется электрическая система зажигания, но бюджетные варианты двигателей оснащаются системой зажигания магнето. Естественно лучше всего приобретать двигателя с электронной системой зажигания, так как она гарантирует хороший запуск двигателя при различных условиях.

На одноцилиндровых двигателях в большинстве случаев используется воздушный метод охлаждения. Для более быстрого отхождения тепла в поршнях устанавливаются цилиндры, которые изготавливаются из сплавов алюминия и чугуна или же полностью выливаются из чугуна. Полностью вылитые из чугуна цилиндры считаются самым лучшим вариантом, потому как они сильно повышают моторесурс двигателя. Но использование цилиндров вылитых из алюминия и чугуна тоже возможно в случае использования двигателей в домашних условиях, то есть на коротких промежутках времени.

Профессиональное использование, то есть использование на протяжении длительного времени, предполагает исключительное использование литых чугунных цилиндров, так как без них качественное функционирование не будет гарантированно.

Также довольно существенным условием считается использование датчика уровня масла. Использование двигателя внутреннего сгорания на низком уровне масла или без масла может привести к полной поломке двигателя. Если вы будете использовать представленный датчик, то недостаток масла просто не даст завестись двигателю. К тому же во всех инструкциях по использованию рекомендуется постоянно перед началом движения проверять уровень масла, но не все автолюбители прислушиваются к этим рекомендациям.

Больше всего на стоимость и характеристики автомобильных двигателей влияет использование в нем газораспределительной системы. На сегодняшний момент представленные одноцилиндровые двигателя оснащаются тремя газораспределительными системами SV, OHC и OHV. Представленные 3 типа систем газораспределения применяются сегодня на автомобильных двигателях.

Сегодня двигатели с системой газораспределения OHC считаются самыми распространенными. OHC расшифровывается — OverHeadCamshaft, что переводится с английского языка, как верхнее расположение распределительного валика. Привод от коленчатого к распределительному валику обычно происходит при помощи цепки или зубчатого ремня.

Основные преимущества такого типа двигателей:

  • Четкость функционирования;
  • Большой диапазон оборотов;
  • Экономия;
  • Высокое качество и надежность работы;
  • Низкий уровень шума;
  • Большой моторесурс.

Двигатель, оснащенный системой газораспределения OHC может довольно быстро набирать обороты и также быстро их сбрасывать, поэтому представленный тип двигателя достаточно быстро приспосабливается к часто меняющимся нагрузкам, но при этом не происходит снижение мощности автомобиля. По сравнению с газораспределительной системой типа OHV данная система газораспределения намного легче и не оснащается деталями, теряющими жесткость на больших оборотах или при резкой перемене оборотов.

Часто встречаемые неисправности механизма газораспределения

Для начала давайте поговорим об устройстве газораспределительного механизма. К основным элементам газораспределительной системы относятся:

  1. Распределительный валик;
  2. Механизм привода распределительного валика;
  3. Клапанный механизм.

Газораспределительный механизм оснащен такими основным элементами:

  1. Распредвал. Распредвал дает возможность открывания и закрывания клапанов ГРМ в установленной очередности, которая согласовывается с функционированием каждого цилиндра двигателя автомобиля;
  2. Толкатели. Благодаря толкателям выполняется передача усилий от кулаков распредвала к каждой штанге. Для того чтобы толкатель изнашивался равномерно они находятся в постоянном движении вокруг себя, а выполняется это благодаря выпуклой поверхности нижних головок и скошенной поверхности распределительного валика;
  3. Клапаны. С помощью клапанов выполняется периодическое открывание и закрывание отверстий впускного и выпускного клапанов, которое напрямую зависит от очередности функционирования автомобильного двигателя и расположения поршня в цилиндре;
  4. Коромысло. Обеспечивают передачу усилия от штанги к клапану;
  5. Штанги. С их помощью обеспечивается передача усилий из толкателя к коромыслу.

Теперь рассмотрим внешние признаки поломок системы распределения газа типа OHC. Понизилась компрессия, появились хлопки впускного и выпускного трубопроводов, уменьшение мощности автомобильного двигателя и стуки металла. Все перечисленные признаки являются свидетельством того, что клапаны плохо прилегают к седлам, а это обычно происходит из-за накопления гари на седлах и клапанах.

Также данные признаки могут свидетельствовать о поломке пружин клапана, заедании стойки клапанов во втулке или же в случае отсутствия зазоров между стойкой клапана и рычагом. Еще одной причиной может быть неполное открытие клапана, а это в свою очередь происходит из-за немаленького теплового зазора или же поломки гидро-компенсаторов. Также могут износиться шестеренки распределительного или коленчатого валика, направляющие втулки клапана, оси и втулки коромысла, увеличение смещения оси распределительного валика.

Процесс замены ремня на газораспределительном механизме

В процессе снятия изношенного ремня и установления вместо него нового может легко измениться взаиморасположение коленвала и распредвала. В таком случае сменяются фазы распределения газа автомобильного двигателя, а это может привести к каким-либо нарушениям функционирования, даже доходя до полной поломки. Пометки, которые располагаются на шестеренках механизма привода, выполняют функцию визуального контролирования настроек газораспределительного механизма. Поэтому после снятия старого ремня нужно совместить пометки шестеренок коленвала и распредвала с прорезами, которые находятся в кожухе механизма привода.

Представленное действие просто необходимо для установления, так называемого условного нуля, так как именно с него начинается функционирование автомобильного двигателя. После выполнения данного действия необходимо осторожно установить дополнительный ремень, при этом старайтесь не сместить пометки на шестеренках.

Дальше нужно осмотреть и отрегулировать усилия натяжного ролика, а предназначается данный узел для удержания ремня на шестеренках механизма привода. Проверка на правильность проведения регулирования ролика проводится при помощи поворачивания ремешка. Если вам удастся провернуть ремешок на 90⁰, то механизм отрегулирован правильно. Если вам удалось провернуть ремень большой угол, то он недотянут. Если ремень проворачивается на маленький угол, то он перетянут. Обратите внимание на то, что ремень ни в коем случае нельзя брать руками в масле, так как это приведет к проскальзыванию механизма привода на шестеренках.

Классификация 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.

Читать еще:  Электрическая схема управления двигателем 4216

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.

На что влияют фазы ГРМ

В двигателях современных бюджетных автомобилей не предусмотрена автоматическая регулировка фаз газораспределения, поэтому они настроены на средний режим работы. Форма кулачков распределительных валов таких двигателей рассчитана на максимальное наполнение и освобождение цилиндров при скорости вращения, близкой к максимальному крутящему моменту. Обычно он расположен между 2/3 и 3/4 от максимальных оборотов. Поэтому такой двигатель «плохо тянет» на оборотах ниже половины от максимальных.

Почему так происходит? Чем выше обороты двигателя, тем быстрей движутся поршни. В результате давление внутри цилиндра во время фазы выпуска возрастает, но пропускная способность выпускного клапана не меняется. Во время фазы впуска поршень движется быстрей, чем на холостых оборотах, но пропускная способность клапана не меняется. Поэтому чем выше обороты двигателя, тем хуже наполнение цилиндров. Поэтому нередко фазы выпуска и выпуска пересекаются. В то время когда выпускной клапан закрывается, но еще открыт, начинает открываться впускной клапан.

На холостых и низких оборотах часть топлива, которая поступает в двигатель, уходит в выхлопную трубу. Это снижает мощность и экономичность двигателя. По мере роста оборотов влияние этого эффекта слабеет. Поэтому чем выше обороты двигателя, тем длинней должны быть фазы газораспределения. Это позволит избежать снижения мощности мотора.

Если сдвинуть фазы газораспределения от оптимальной точки, то произойдет резкое падение мощности мотора. Ведь цилиндры будут или не до конца освобождаться от выхлопных газов или не до конца наполняться топливовоздушной смесью. Однако оптимальная точка начала фазы и ее продолжительность зависят от нагрузки на мотор и оборотов двигателя. Поэтому тюнинговые мастерские и умелые автомобилисты устанавливают вместо штатной шестерни распределительного вала разрезную шестерню, с помощью которой можно сдвигать фазу на угол до 10 градусов. Также используют тюнинговые распределительные валы, рассчитанные на различные режимы и нагрузки. Те, кто предпочитает ездить на максимальной скорости, устанавливают валы с максимальными фазами впуска и выпуска. Те же, кто ездит на средних оборотах двигателя, избегая резких стартов и больших скоростей, ставят валы с чуть уменьшенными фазами.

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.

Механизм газораспределения двигателя автомобиля КамАЗ

На двигателе установлен верхнеклапанный механизм газораспределения с нижним расположением распределительного вала. Устройство его показано на рис. 33.

Распределительный вал (рис. 34) стальной с цементированным поверхностным слоем кулачков и опорных шеек, подвергнутых термообработке т. в. ч., устанавливается в развале блока цилиндров на пяти опорах. Профиль кулачков безударный, неодинаковый для впускных и выпускных кулачков. На задний конец распределитель-

Читать еще:  Датчик оборотов двигателя бмв е39

Рис. 33. Механизм газораспределения: 1 — распределительный вал; 2 — толкатель; 3 — направляющие толкателей; 4 — штанга; 5 — регулировочный винт; б — коромысло клапана; 7 — контргайка; 8 — втулка; 9 — тарелка; 10 — внутренняя пружина; и — наружная пружина; 12 — шайба; 13 — впускной клапан; 14 — выпускной клапан; 15 — шпонка; 16 — корпус подшипника с фланцем; 17 — распределительная шестерня; 18 — сухарь; 19- манжет

Привод распределительного вала осуществляется от шестерни коленчатого вала через промежуточные шестерни. Для обеспечения заданных фаз газораспределения шестерни при сборке устанавливаются по меткам, выбитым на торцах. Шестерни стальные, штампованные с термообработанными зубьями. Подшипниками распределительного пала служат стальные втулки, залитые антифрикционным сплавом. Фиксация вала от осевого перемещения осуществляется корпусом 2 подшипника задней опоры, который крепится тремя болтами к блоку цилиндров.

Клапаны (рис. 35) из жаропрочной стали. Каждый цилиндр имеет один впускной 9 и один выпускной 6 клапан. Конструктивно исполнение впускного и выпускного клапанов одинаковое.

Стержень клапана перед установкой графитируется. Угол рабочей фаски клапанов 90°. Диаметр головки впускного клапана 51,5 мм, выпускного 46,5 мм.

Рис. 34. Распределительный вал: 1 — распределительный вал; 2 — корпус подшипника; 3 — распределительная шестерня; 4 — шпонка распределительного вала напрессована прямозубая шестерня 3.

Рис. 35. Головка цилиндров с впускным и выпускным клапанами: 1- опорное кольцо; 2- седло впускного клапана; 3- седло выпускного клапана; 4- направляющая втулка; 5 — втулка; 6 — выпускной клапан; 7 — тарелка; 8 — сухарь; 9 — впускной клапан; 10 — внутренняя пружина; 11- наружная пружина; 12 — манжет с пружиной; 13 — шайба; 14 — направляющая втулка

Клапаны перемещаются в направляющих втулках 4, изготовленных из металлокерамики. Для предотвращения попадания масла в цилиндр по зазору стержень-втулка на стержне впускного клапана 9 устанавливается манжет 12.

Привод клапана состоит из толкателей, штанг, коромысел. Клапаны при работе двигателя проворачиваются.

Толкатели тарельчатого типа с цилиндрической направляющей частью. Профиль тарелки — сфера радиусом 1500 мм. Толкатель изготовлен из стали с последующей наплавкой поверхности тарелки отбеленным чугуном. Для слива масла в направляющей части толкателя имеются два отверстия.

Направляющие толкателей (см. рис. 33) изготовлены из серого чугуна и выполнены съемными из соображений технологичности и ремонтоспособности блока цилиндров. На двигатель устанавливают четыре направляющих, в которых перемещаются по четыре толкателя. Каждая направляющая фиксируется двумя штифтами и крепится к блоку цилиндров двумя болтами. Болты фиксируются стопорными шайбами.

Штанги толкателей стальные, пустотелые, со вставными наконечниками.

Коромысла клапанов стальные, штампованные, представляют собой двуплечий рычаг, у которого отношение большего плеча к меньшему составляет 1,55. Коромысла впускного и выпускного клапанов устанавливаются на общей стойке и фиксируются в осевом направлении пружинным фиксатором. Подшипниками коромысел служат бронзовые втулки.

Стойки коромысел фиксируются двумя штифтами и крепятся на головке цилиндров двумя шпильками.

Клапанные пружины (см. рис. 35) винтовые, устанавливаются по две на каждый клапан. Наличие двух пружин с противоположной навивкой обеспечивает приводу высокую резонансную характеристику.

Нижними концами пружины опираются на стальную шайбу 13, верхними — на тарелку 7. Тарелка, в свою очередь, опирается на стальную втулку 5, которая соединяется со стержнем клапана посредством двух конусных сухарей 8. Во время работы двигателя под действием вибрации клапан имеет возможность проворачиваться относительно седла, что повышает работоспособность клапана.

Блок шестерен (рис. 36), расположенный на заднем торце блока цилиндров, служит для привода вала газораспределительного механизма, топливного насоса высокого давления, компрессора и насоса гидроусилителя рулевого привода. Привод вала газораспределительного механизма осуществляется от прямозубой шестерни /, установленной с натягом на коленчатом валу, через промежуточные шестерни 2 и 3. Блок промежуточных шестерен вращается на сдвоенном коническом роликовом подшипнике. Ведомая шестерня 4 привода газораспределительного механизма установлена на шейку вала с натягом. Сборку шестерен следует производить так, чтобы метки на торце шестерен, находящихся в зацеплении, были совмещены.

Рис. 36. Блок распределительных шестерен

Привод топливного насоса высокого давления осуществляется валом, на котором установлена шестерня 5, находящаяся в зацеплении с шестерней 4. Вал привода насоса карданный с упругими элементами диафрагменного типа, компенсирующими несоосность установки вала топливного насоса и вала шестерни.

С шестерней 5 привода топливного насоса высокого давления находятся в зацеплении шестерня 7 привода компрессора и шестерни 6 привода насоса гидроусилителя рулевого привода, установленные на валах.

Купить химию для промывки дизельных форсунок, бензинового инжектора

Поделиться интересной информацией с друзьями

Классификация ГРМ [ править ]

Классифицирующими признаками для конструкции газораспределительного механизма являются расположение клапанов и распределительного вала.

По расположению клапанов выделяют двигатели:

  • Нижнеклапанные (с боковым расположением клапанов);
  • Верхнеклапанные (в старой литературе — «с подвесными клапанами»);
  • Со смешанным расположением клапанов.

По расположению распределительного вала выделяют двигатели:

  • С распредвалом, расположенным в блоке цилиндров (Cam-in-Block);
  • С распредвалом, расположенным в головке блока цилиндров (Cam-in-Head);
  • Без распределительного вала.

По этим признакам клапанные механизмы четырёхтактных двигателей внутреннего сгорания разделяются на целый ряд подтипов [1] .

Двигатели с распредвалом в блоке цилиндров [ править ]

Нижнеклапанные [ править ]

Нижнеклапанный двигатель (с боковым расположением клапанов, англ. L-Head, Flathead, SV — Side-Valve) — двигатель, у которого распредвал расположен в блоке и клапаны расположены также в блоке, в ряд сбоку от цилиндров, тарелками вверх. Привод непосредственно от расположенного под ними распредвала.

Плюсы схемы — малая шумность, простота в изготовлении и обслуживании, отсутствие опасности касания клапанов и поршня при неправильной установке угла распределительного вала. При наличии гидравлических толкателей клапанов или правильно выставленном клапанном зазоре нижнеклапанные двигатели работают на холостых оборотах почти совершенно бесшумно — отчётливо слышен только шум воздуха, обтекающего вентилятор системы охлаждения. 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 стальную 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 — из-за сложного пути бензовоздушной смеси значительно ухудшается наполнение цилиндров, в особенности на высоких оборотах, как следствие — достигается ощутимо меньшая удельная мощность по сравнению с остальными конфигурациями, двигатель получается тихоходным и неэкономичным. 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 характере работы камер сгорания одной головки. Длинные выпускные каналы способствуют перегреву нижнеклапанного двигателя. 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 сильно вытянутую форму и не даёт уменьшить её объём, а это, в свою очередь, не позволяет увеличить степень сжатия, что является наиболее простым и эффективным способом повышения удельной мощности, выше 7÷7,5:1 — при дальнейшем росте степени сжатия нижнеклапанный двигатель становится склонен к детонации (в незначительной степени этот недостаток может быть устранён наклоном осей клапанов относительно оси цилиндров, однако при этом растут габариты двигателя). По той же причине невозможно создание нижнеклапанного дизеля, поскольку в дизель-моторах необходимы степени сжатия порядка 19 и выше.

Читать еще:  406 двигатель ремонт своими силами

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, 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 (Plymouth, Studebaker, Rambler, Simca Vedette, ЗИМ ГАЗ-12), а на грузовых автомобилях эта схема вообще использовалась вплоть до семидесятых годов, если не дольше — например, грузовик ГАЗ-52 с нижнеклапанным мотором выпускался до 1990-х годов. В спецтехнике нижнеклапанные двигатели широко используются и в наши дни.

Разновидностью схемы были имевшие некоторое распространение до Второй мировой войны двигатели с Т-образной головкой (T-head в англоязычной литературе). В них впускные клапаны находились с одной стороны блока цилиндров, а выпускные — с другой. Распределительных валов также было два. Цель конструкции — устранить перегрев впускных клапанов. 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). Такими двигателями, в числе прочих, оснащались и первые «Руссо-Балты».

Двигатель получался громоздким, дорогим, поэтому схема распространения не получила.

Со смешанным расположением клапанов [ править ]

Также встречается обозначение — F-Head. 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. Как правило, такие двигатели переделывались из нижнеклапанных в качестве меры текущей модернизации.

Подобные «полуверхнеклапанные» переделки 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.

Такие двигатели широко применялись фирмами Rolls-Royce и 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-толкателей).

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.

Верхнеклапанные с приводом клапанов толкателями (тип OHV) [ править ]

Данная конструкция ГРМ была изобретена Дэйвидом Данбаром Бьюиком (David Dunbar Buick) в самом начале XX века. У этих двигателей клапаны расположены в головке цилиндров, а распредвал — в блоке (англоязычное обозначение — OHV«OverHead Valve»; также встречается I-Head, или Pushrod, то есть, «с толкателями»). Привод клапанов — штангами-толкателями через коромысла.

Плюс такой схемы — 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. Эксплуатационные нагрузки на детали ГРМ также оказываются сравнительно невысокими, чем обеспечивается высокая долговечность.

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 коромысла опираются на шаровые пальцы; для рядных двигателей это в особенности касается габарита по высоте, а для V-образных — и высоты, и габаритной ширины.

Существенный минус ГРМ типа OHV по современным меркам — большая инерционность такого механизма газораспределения, что несколько ограничивает безопасные максимальные обороты коленчатого вала двигателя и, следовательно, развиваемые двигателем крутящий момент и литровую мощность (степень форсирования). Спортивные двигатели с ГРМ типа OHV, например — у машин, участвующих в гоночной серии NASCAR, могут работать и на 11 000 оборотах в минуту, но для обеспечения этого требуются специальные, достаточно дорогостоящие конструктивные и технологические решения (впрочем, это касается любых специализированных гоночных агрегатов).

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.

Двигатели этой схемы, как правило, сравнительно низкооборотные и относительно тихоходные, но с гибкой моментной характеристикой. Если не используются гидравлические толкатели, такой двигатель будет одним из наиболее шумных по сравнению с остальными схемами.

В СССР первым массовым верхнеклапанным мотором 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 «Волга» (все массовые карбюраторные модели), «Москвичи» семейств М-407, М-408 и М-2138, а также грузовики с карбюраторными двигателями конфигурации V8 (ЗИЛ, ГАЗ).

В мировой практике легкового автомобилестроения такие двигатели достаточно широко использовались ещё с 1910-х — 1920-х годов, однако вплоть до появления в 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. 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 первой половины 1970-х. Вплоть до конца 1960-х, а в США — и до середины 1980-х годов, двигатели с таким ГРМ были наиболее распространены, но впоследствии их популярность стала резко снижаться из-за распространения верхневальных моторов, и к настоящему времени они производятся практически только в США. Там даже разрабатываются принципиально новые конструкции двигателей с таким типом ГРМ — например, 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 используются 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 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.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector