ГРМ — роль газораспределительного механизма в работе двигателя

Простыми словами, ГРМ необходим для подачи в мотор готовой топливной смеси, а также выпуска в полости цилиндров сгоревшего горючего. Эта функция активна, благодаря клапанам, открывающимся / закрывающимся в конкретный момент времени. На большинстве ДВС используется 4-тактный принцип, обеспечивающий преобразование энергии тепловой в механическую.

Весь процесс проходит в цилиндровой группе, где клапаны и поршни синхронно перемещаются в определенной последовательности с соблюдением фаз. При этом в функции ГРМ входит перемещение клапанов во взаимодействии с коленвалом. В зависимости от ситуации происходит открытие / закрытие впускных / выпускных клапанов.

Условно в назначение ГРМ входит обеспечение работы следующих четырех фаз:

1. Подача горючего. Поршень перемещается от максимально верхней точки вниз, после чего открывается топливный клапан, и в цилиндр подается подготовленное горючее. Форсунка во взаимодействии с ЭБУ выпрыскивает нужный объем воздушно топливной смеси, а клапан перекрывает доступ. При этом коленвал разворачивается на 1800 по отношению к первоначальной позиции.
2. Сжатие. После максимального снижения поршень начинает перемещаться вверх. Параллельно происходит создание нужной компрессии в цилиндре. При достижении максимального уровня процесс сжатия считается оконченным. При этом коленвал полностью разворачивается вокруг оси.
3. Рабочий ход. Как только поршень достигает верхнего уровня, срабатывает свеча, а горючее загорается. Возникает давление, которое толкает поршень к нижней позиции. В результате происходит рабочий ход, а сам процесс движения коленвала считается завершенным. В этот момент узел развернулся на 5400.
4. Вывод отработавших газов. Вместе с вращением коленвала происходи подъем поршня к верхней позиции. При этом газы выдавливаются через своевременно открытый выхлопной клапан. Дальше отработавшие газы выходят через выхлопную трубу. При этом коленвал совершил 720-градусный (двойной) разворот.

Газораспределительный механизм двигателя гаратирует точное и своевременное открытие клапанных узлов впуска / выпуска. При этом ГРМ взаимодействует с коленвалом, а вращение распредвалу передается с помощью цепи, ремня или шестерней. На этом вопросе мы еще остановимся ниже.

Устройство газораспределительного механизма

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

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

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

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

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

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

Признаки износа ремня ГРМ

Главным препятствием своевременному выявлению неисправности ремня является сложность к его доступу. В отличие от ремней навесного оборудования привод ГРМ надежно закрыт различными кожухами. Для проведения ревизии или хотя бы визуального осмотра зачастую требуется частичный разбор двигателя, а это может сделать далеко не каждый автовладелец. Однако, помимо визуального осмотра, определить возможные дефекты узла можно и по косвенным признакам. Ниже перечислены наиболее часто встречаемые.

Большой возраст ремня ГРМ

Чаще эксплуатационный срок приводов ГРМ определяется по пробегу автомобиля. Если он прошел несколько десятков тысяч километров, то обязательно нужна замена. Однако это еще не все, для этого элемента очень важным показателем является его возраст. Ремень может храниться без потери свойств до пяти лет, а после начинает растрескиваться и терять эластичность, не зависимо от того, сколько он проработал.

Автовладельцам, редко использующим свое транспортное средство, стоит серьезно отнестись к данному моменту. Этот узел изготавливается из материалов, которые подвержены быстрому старению и утрате своих свойств. По этой причине настоятельно рекомендуется заменить ремень после покупки подержанного автомобиля – ведь нет гарантии, что прежний владелец был добросовестным и соблюдал регламент замены и пользовался качественными изделиями.

Затруднительный запуск двигателя. Уменьшение его мощности

При большом износе или недостаточном натяжении ремень ГРМ может перескакивать на один или несколько зубцов. Что ведет к нарушениям работы зажигания – воспламенение топливной смеси будет происходить раньше или позже требуемого момента.

Узнать о таком дефекте можно по: «неуверенным» пускам двигателя, потере тяги и сильных вибрациях моторного отсека. В таком режиме авто может отработать довольно долго, однако это приводит не только к дискомфорту при вождении, но и к более серьезным поломкам.

Сильное задымление из выхлопной системы

В первую очередь это может указывать на оплавление или полное разрушение катализатора. Такой дефект вызван неполным сгоранием топлива в двигателе. Из-за сбитого зажигания смесь частично попадает через клапан в систему выпуска, это влечет резкое возрастание температур за пределы допустимых норм и приводит к спеканию сот.

Определить неисправность можно наблюдением за выхлопом. Если во время работы двигателя происходят хлопки, а при определенных режимах работы начинает идти черный дым – это явный признак неполного сгорания топливной смеси. Неисправности узла ГРМ относится к частым причинам возникновения таких симптомов.

Тикающий звук со стороны моторного отсека

В случае чрезмерного износа ремня ГРМ он начинает трескаться, а в итоге расслаиваться. Во время работы двигателя это характеризуется различными тикающими, шаркающими либо щелкающими звуками, которые доносятся со стороны кожуха узла. Шумы происходят с определенной периодичностью, зависящей от оборотов мотора – с их увеличением, частота появления звуков повышается.

Такой дефект не всегда связан с приводом ГРМ. Шумы могут появляться из-за подклинивающего подшипника натяжного ролика или из водяного насоса. Однако проверить ремень лишним не будет. Для точного определения потребуется снять крышку привода.

Течь из-под крышки ремня ГРМ

Масляные подтеки или течи охлаждающей жидкости являются явным признаком, указывающим на неисправности данного узла. Масло может попасть на ремень из-под изношенного сальника коленвала мотора, а ОЖ – из-за недостаточной герметичности стыков или из-под шкива водяного насоса. В любом случае это увеличивает скорость износа ремня ГРМ, к тому же появляется риск проскакивания его на шкивах. В таком случае потребуется разборка узла и замена ремня на новый. К тому же если потекла помпа это говорит о том что в скором времени ее подшибник развалится и заклинит вал, что преведет к обрыву ремня ГРМ и ко всем вытекающим отсюда последствиям.

Трещины и потертости ремня ГРМ

Если у Вас есть доступ к приводу ГРМ, тогда можно провести его осмотр. Для этого нужно поставить авто на передачу и руками плавно прокрутить коленвал, предварительно вывесив одно из колес и выкрутив свечи зажигания. В случае выявления хоть малейших признаков износа деталь необходимо заменить, даже если она еще не выработала свой ресурс.

Визуально определить на сколько сильно изношен ремень довольно сложно. Даже с виду нормальный привод может порваться при попытке перекрутить его.

Мотор не получается завести, стартер крутит вхолостую

В случае обрыва ремня выявить это не составит труда. При повороте ключа стартер работает очень бодро, даже лучше, чем обычно, но вхолостую. Смесь в цилиндрах не воспламеняется и запуска двигателя не происходит. Это явный признак отсутствия компрессии, вызванной загибом клапанов после встречи с поршнями.

В ряде случаев такой мотор уходит на свалку. Но в большинстве случаев можно обойтись простой заменой клапанов с притиркой, но все равно стоить это будет очень недешево.

Признаки скорой замены ремня ГРМ

Диагностика ремня ГРМ с целью предотвращения его обрыва является более сложным действием в сравнении с серво-ремнем, который контролирует функциональность гидроусилителя, генератора и других деталей. Это связано со сложностями доступа к узлу, спрятанному под кожухами.

Для оценки состояния ремня необходимо выполнить частичную разборку двигателя, используя специальные инструменты и профессиональные навыки. При этом судить о состоянии ремня можно не только на фоне визуального осмотра, но и с помощью некоторых признаков неисправностей.

1. Превышение допустимого времени использования

Точный эксплуатационный ресурс зависит от пробега транспортного средства и продолжительности его использования. К примеру, отдельные производители автомобилей утверждают, что ремень ГРМ на их машинах нужно менять не реже, чем через 60 тыс. км пробега. При этом необходимо учитывать и время эксплуатации привода, а также долговечность материала его изготовления.

Максимальный срок службы резины составляет 4-5 лет. После этого ремень теряет эластичность, покрывается трещинами и подвергается обрыву. Многие автомобилисты игнорируют важность замены, особенно при выезде на небольшие расстояния.

Ремни ГРМ производятся из недолговечных материалов, которые изнашиваются из-за естественного старения. Поэтому важно проводить тщательную проверку детали при покупке подержанного автомобиля, т.к. нет никаких гарантий, что предыдущий владелец придерживался регламентных требований и обслуживал транспортное средство с учетом рекомендаций производителя.

2. Некорректный запуск мотора или уменьшение его производительности

Растягивание или износ ремня ГРМ приводит к тому, что он начинает перескакивать на один или больше зубьев. В результате срабатывание зажигания нарушается, а топливно-воздушный состав не возгорается в нужный момент.

При таких ошибках мотор плохо заводится, а его запуск сопровождается вибрациями и провалами в функционировании. Чтобы это устранить, достаточно ознакомиться с тонкостями проверки натяжения ремня. Если не сделать этого, эксплуатация двигателя в таком режиме повлечет за собой более опасные повреждения.

3. Сильный дым после запуска двигателя

Износ и растягивание ремня вызывает повреждение катализатора, поскольку горючее не выгорает до конца в камерах и направляется в систему выхлопов. На фоне таких явлений катализатор подвергается высокотемпературному воздействию, а соты спекаются.

Чтобы продиагностировать систему, достаточно выполнить визуальный осмотр механизма. Если при запуске мотора слышны хлопки, а из выхлопной трубы виден черный дым, это указывает на чрезмерное содержание воздуха в топливной смеси из-за повреждения ремня ГРМ.

4. Тикающие звуки после запуска мотора

Если резиновая поверхность ременного привода лишилась эксплуатационных характеристик по причине естественного износа, она начнет трескаться или покрываться повреждениями. Это вызывает образование тикающих звуков. Интенсивность шумов определяется числом оборотов мотора.

Идентичное звучание возникает и при подклинивании подшипников. Поэтому, столкнувшись с такими признаками, следует незамедлительно обратиться за помощью к специалисту и выполнить диагностику узла с целью устранения всех проблем. Проверка начинается только после демонтажа защитного кожуха.

5. Подтеки из-под кожуха

Важным свидетельством того, что ремень ГРМ нужно заменить, является подтекание технических составов возле крышки ГРМ. Охлаждающая жидкость из-под шкива насоса или масла из-под сальника коленчатого вала проникает к ремню, вызывая его растрескивание и износ. Для проверки механизма и замены комплекта ГРМ потребуется разобрать узел.

6. Невозможность запуска двигателя, хотя стартер исправен

Явление указывает на наличие серьезных проблем с транспортным средством. Если стартер вращается нормально, но мотор отказывается запускаться, это свидетельствует о потере компрессии из-за обрыва ременного привода газораспределительного механизма и повреждения клапанов на фоне взаимодействия с поршнями. После обрыва ремня нужно провести ремонт или поменять двигатель. В двух случаях автовладельца ждут существенные затраты.

7. Затвердевание резины на обратной стороне ремня ГРМ

Поверхность приобретает блестящий эффект, становится твердой и лишается эластичности. Это провоцирует потерю контакта между шкивом газораспределительного механизма. Проверка начинается с демонтажа защитного кожуха и изъятия детали.

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.

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.

Чаще всего в авто встречается как ГРМ с ременным типом привода. Данный привод оснащен несколькими зубчатыми шкивами, в свою очередь которые располагаются на валу ГРМ, и на коленвале. Также интересно, что зубчатый вид оснащен шкивом водяного насоса.

В устройстве применяются так называемые промежуточные блоки/ролики, необходимые для наиболее плотного прилегания к поверхностям шкивов ремня. Как раз за счет этих роликов ремень всегда находится на своем месте, а это не позволяет перекоситься зубчатому соединению во время работы силовой установки.

Ремень мог бы проскакивать и не прилегать плотно, если в конструкции не присутствовала система напряжения, регулирующая степень натяжки ремня непосредственно на различных режимах работы мотора. Благодаря такому уникальному взаимодействию система в целом имеет достаточно продолжительный эксплуатационный срок.

При износе или по регламенту в устройстве ГРМ замене подлежат промежуточные ролики, непосредственно сам ремень и плюс натяжительный механизм. Эти детали способны отработать порядка 150 тыс. км пробега, однако, изготовитель советует владельцам авто производить замену ремня ГРМ через каждые 90 тыс. км пробега.

Самое важно, что следует помнить во время замены ГРМ, так это соблюдение меток, в противном случае можно серьезный урон нанести «движку», произойдет загибание клапанов, а также направляющих головки блока цилиндров.

Последствия обрыва ремня ГРМ

Отказ ремня ГРМ может носить постепенный характер. Как правило, это растяжение ремня, смещение фаз газораспределения и, как следствие, затруднённый пуск двигателя, повышенная задымлённость выхлопных газов (результат неполного сгорания), вибрации двигателя и появление посторонних шумов.

Проявление таких симптомов может быть вызвано и другими причинами, но является лишним поводом проверить состояние ремня ГРМ. В противном случае возрастает риск обрыва ремня, влекущий куда более серьёзные последствия.

Обрыв ремня ГРМ может носить и внезапный характер, вследствие использования некачественных комплектующих или выхода из строя (заклинивание) водяной помпы, приводимой в движение тем же ремнём.

Для понимания и оценки негативных последствий целесообразно вновь рассмотреть схему работы ГРМ с ременным приводом. На следующем рисунке изображён разрез двигателя, иллюстрирующий все 4 такта работы и расположение клапанов в каждом такте.

Если представить, что произошёл обрыв ремня, то становится понятно, что клапана «замирают» в положении на момент обрыва, а поршни продолжают возвратно-поступательное движение. Соответственно, в определённый момент времени происходит «встреча» опускающихся вниз тарелок клапанов и верхних частей поршней.

Характерный результат такой «встречи», получивший в обиходе название «загнуло клапана», представлен на рисунке ниже. Замена же клапанов на современном двигателе – процесс дорогостоящий и не быстрый (если только работы производятся не в авральном режиме).

Иногда последствия встречи ещё серьёзнее: клапан пробивает поршень, и тогда трудоемкость и стоимость ремонта значительно возрастают.

Какие поломки могут возникнуть с ремнем ГРМ?

Вот распространенные поломки ремней газораспределительного механизма:

1. Ослабление натяжения. Такое происходит в связи с естественным износом изделия. Обычно этот параметр проверяется приблизительно на половине срока службы элемента.
2. Ускоренный износ зубьев. Чаще всего эта проблема появляется в чрезмерно натянутых ремнях. Если ничего не предпринимать, в большинстве случаев ремень обрывается.
3. Попадание посторонних предметов в привод ГРМ. Такое происходит редко, но все же имеет место в данном перечне. Если такое произошло, в ближайшее время элемент подлежит замене.
4. Зубья проскальзывают на шкиве. Такая неисправность является последствием попадания масла на зубья или плохого натяжения ремня. Если такое произойдет в незначительной степени, мотор продолжит работать, но уже не с той эффективностью. Причина – сбилась синхронность работы фаз и тактов. При серьезном проскальзывании зубцов двигатель может сломаться из-за ударов поршней о клапана.
5. Клин натяжного ролика. Такое часто происходит когда покупают дешевый товар или игнорируют его замену.
6. Обрыв ремня. В зависимости от типа мотора эта проблема может быть причиной разных поломок силового агрегата. Большинство современных двигателей получают серьезные повреждения в результате порыва газораспределительного ремня.

Рассмотрим последнюю поломку подробней.

Что будет, если порвется ремень ГРМ

Фазы газораспределения нужно настроить так, чтобы при положении поршня в верхней мертвой точке клапаны были закрыты. Если в этот момент клапан будет открыт, поршень ударит по нему и согнет его стержень. Когда ремень двигателя автомобиля порвется, контакт этих двух деталей во многих моторах неизбежен, так как на вал ГРМ не поступает крутящий момент (клапаны замирают в открытом положении), но коленвал продолжает вращаться по инерции.