Тонкости работы системы газораспределения и что происходит, когда что-то в ее работе идет не так
Двигатель очень сложный механизм. Более того, весь автомобиль крайне непростая технологичная вещь где работа каждой, даже небольшой части рассчитана порой до микронов и миллисекунд. Рабочая связь между подвижными частями двигателя рассчитана до чрезвычайно высоких допусков, что стало возможным благодаря разработке очень точного механизма газораспределения. Вот как он работает.
Представьте себе, в среднестатистическом автомобиле с двигателем внутреннего сгорания существует около 10.000 (!) подвижных частей. Только взглянув с такого ракурса на машину начинаешь осознавать насколько это сложная и идеально рассчитанная вещь, причем не важно, говорим мы о Запорожце или о Майбахе, по сути в техническом плане для реализации передвижения автомобиля инженеры выполняют схожие сложные расчёты и это можно назвать настоящим подвигом коллективной мысли человечества, что при более глубоком осмыслении завораживает. И во всем этом движимом механизме одну из ключевых ролей играет один из самых сложных и высоконагруженных агрегатов- двигатель. А сердцем самого двигателя внутреннего сгорания является газораспределительный механизм (ГРМ). Именно его можно считать центром всего автомобиля.
Точное движение распределительных валов, клапанов, поршней и коленчатого вала является неотъемлемой частью процесса работы двигателя внутреннего сгорания. В нем действительно нет права на ошибку, учитывая скорости и энергию, с которой эти компоненты взаимодействуют друг с другом.
Чтобы понять важность синхронизации работы двигателя, давайте разберемся, что происходит в цилиндрах обычного четырехтактного двигателя.
Во-первых, поршень в цилиндре с огромной силой и скоростью направляется сверху вниз, подается воздушно-топливная смесь через открытое отверстие впускного клапана. После того, как поршень достигает НМТ (нижней мертвой точки), он начинает обратное движение к вершине цилиндра (к ВМТ- верхней мертвой точке). Одновременно с этим закрывается впускной клапан, тем самым позволяя поршню создать давления для сжатия топливовоздушной смеси.
В бензиновых двигателях для воспламенения смеси используется искра от свечи зажигания, быстрое сгорание подготовленной смеси заставляет поршень вновь опускаться к НМТ. И наконец происходит открытие выпускного клапана, через который из камеры сгорания удаляются газы, образовавшиеся в третьем такте для того чтобы цикл, начался заново.
На этой гифке вы можете увидеть, как коленвал завершает два полных оборота за один цикл работы двигателя. Цифрами отмечены такты работы мотора. 1. Впуск, 2. Такт сжатия, 3. Рабочий ход 4. Выпуск
В рабочем цикле четырехтактного двигателя коленчатый вал должен сделать повернуть два полных оборота (или провернуться на 720 градусов), чтобы завершить один цикл работы, проворачиваясь каждый раз на 360 градусов, когда поршень проходит от верхней мертвой точки, до нижней мертвой точки и обратно. К примеру, в автомобиле двигатель которого имеет отсечку на 7.500 об/мин, такие возвратно-поступательные движения происходят около 125 раз в секунду!
Чтобы производить этот чрезвычайно точный ряд рабочих мероприятий вместе используется ремень ГРМ или цепь, соединяющая жизненно важные компоненты двигателя вместе, чтобы синхронизировать их. Ремень ГРМ представляет из себя толстый, эластичный зубчатый ремень, который надет на звездочки распределительных валов, шкива водяного насоса и коленчатого вала, вращающегося в нижней части блока двигателя.
На данной анимации вы видите цепь газораспределительного механизма с вращающимися в унисон распредвалами и коленчатым валом
Синхронизация элементов системы, и в частности водяного насоса означает, что работа насоса, через который перегоняется охлаждающая жидкость, также будет ускоряться или замедляться в зависимости от режима и скорости работы мотора, уводя большее количество тепла при увеличении оборотов при циркуляции жидкости вокруг блока цилиндров, когда двигатель работает под большей нагрузкой.
И наконец, заключительная, но не менее важная часть системы газораспределения- натяжитель ремня ГРМ, который работает как подпружиненный толкатель, давящий на боковую сторону ремня, натягивая последний до определенного предела, что предотвращает ремень от проскальзывания или перепрыгивания через зубья звездочек за которые он зацеплен.
Система газораспределения также должна быть синхронизирована с системой зажигания при помощи регулировочных меток или меток ГРМ на клапанной крышке, звездах распредвалов и коленвала. Таким образом при помощи небольших рисок или цифр, расположенных на звездочках, система ГРМ синхронизируется таким образом, что как только двигатель будет запущен, вращение ремня ГРМ синхронизует работу распредвалов открывающих соответствующие клапаны для работы с поршнями, двигающимися в возвратно-поступательном движении совместно с работой системы зажигания. Производитель ставит эти метки для установки угла поворота коленчатого вала (в пределах его охвата в 360 градусов) для своевременного срабатывания системы зажигания.
Установочная метка на звездочке распредвала выровнена с соответствующей меткой на клапанной крышке
Цепь как привод ГРМ
В качестве альтернативы ремню существует иной вариант привода в движение элементов мотора. Он является гораздо более прочным и по многим факторам обходит ременную передачу, это цепь ГРМ. Цепь ходит дольше, в то время как в среднем ремень нужно менять каждые 60- 120 тыс. км, каждый автопроизводитель устанавливает различные сроки службы своих ремней.
Но многие автослесари советуют производить замену ремня заранее (в зависимости от состояния ремня), чтобы полностью исключить разрыв последнего. Поверьте, это будет последней вещью, которую вы бы желали, чтоб она произошла. Пренебрегать этим не стоит, иначе вас ждет долгий и дорогой ремонт мотора. Поскольку ремень- эластичная субстанция, со временем он может растянуться или наоборот огрубеть, на нем могут появится трещины, а зубцы постепенно начать вылетать, что только приблизит автовладельца к катастрофическим для двигателя последствиям.
Допустим, ваш ремень ГРМ потерял натяжку и начал прыгать на зубьях звезд или звезды из него начали выгрызать зубцы. Рано или поздно такой ремень собьет настройки газораспределительной системы, клапан (ы) в одном из цилиндров останутся открытыми в ненужный момент и при ходе поршня в ВМТ произойдет встреча элементов мотора которая станет фатальной для как для поршня, так и для клапанов (смятые или сломанные клапаны, прибитые поршни, задиры на стенках цилиндров и другие малоприятные последствия).
Чтобы этого никогда не произошло даем совет.
Совет от 1GAI.RU: Визуально проверяйте состояние ремня на каждом ТО. И не важно сколько он проехал, 15 или 100 тыс. км. Меняйте ремень заранее, лучше не доездить на старом ремне тысяч 20 км, чем дождаться его обрыва. Также помните, что у ремней ГРМ есть не только ограничение по пробегу, но и по времени эксплуатации, обычно от 4 до 10 лет, посмотрите данные в мануале к вашей машине. Связано это с тем, что резина со временем теряет свои свойства.
Также стоит всегда менять ремни ГРМ на подержанном автомобиле, купленном с рук. Если только нет железных доказательств тому, что ремень был недавно заменен. В этом случае лучше перестраховаться!
Последствия оборванного ремня ГРМ…
И так, второй вариант, цепь ГРМ. Обычно в течение всей жизни двигателя автомобиля ее не нужно менять, цепь можно считать неотъемлемой частью блока цилиндров, нуждающийся разве что в смазке. Хотя ремень дешевле в производстве, а значит и в стоимости, его замена может быть дорогой в зависимости от их установки. В качестве примера можно привести двигатель экзотического автомобиля Alfa Romeo Twinspark. Компоновка подкапотного пространства машины для лучшей развесовки такова, что двигатель расположен вплотную к задней стенке моторного отсека, а сам ремень установлен в задней части двигателя, а не сбоку или спереди, как на большинстве моделей. Этот конструкторский изыск выливается в большой счет при замене ремня, в среднем во многих странах мира нужно заплатить 30 тыс. рублей за работу.
Впрочем, и цепной привод не без изъянов. Со временем звенья цепи также растягиваются или происходит поломка натяжителя, появляется свободный ход цепи, и звон при работе мотора, это чревато такими же проблемами, как и с порванным ремнем ГРМ, клапаны и поршни перестают работать в унисон и привет дорогой ремонт!
Alfa Romeo GTV также имел нестандартное расположение ремня ГРМ. Но это было пол беды. К сожалению, ремни на этом автомобиле не выхаживали большого ресурса, менять их приходилось часто, поэтому стоимость обслуживания автомобиля была нешуточная.
Другие системы ГРМ
После того как ремень ГРМ сделал свою работу, в игру вступают фазы газораспределения и опережения зажигания. Эти части системы ГРМ также важны и вот почему.
Открытие и закрытие клапанов в своей простейшей форме контролируется кулачками распредвалов с целью открытия клапанов двигателя точное количество времени для получения как можно большей топливовоздушной смеси при заполнении цилиндров и максимального очищения цилиндра от выхлопных газов для каждого цикла, увеличивая эффективность двигателя. Кулачки контролируют подъем открытия клапана и длительность (время на которое открывается клапан). В 90-х годах в этом направлении с появлением технологии VVT (Variable Valve Timing или Регулируемых фаз газораспределения) была произведена местная революция, которая серьезно повлияла на последующее развитие двигателей, сделав работу распределительного вала максимально универсальной.
Honda V-TEC является самой известной технологией VVT
Опережение зажигания, с другой стороны, сосредотачивается на том, чтобы искра воспламеняла воздушно-топливную смесь в пределах цикла работы двигателя, с возможностью опережения или запаздывания (задержки) времени зажигания в зависимости от необходимости и режима работы. В целом, опережение зажигания воспламеняет рабочую смесь в цилиндре прежде чем поршень достигает ВМТ, давая немного больше времени для воспламенения воздушно-топливной чтобы увеличить горение.
Задержка зажигания, напротив, означает, что искра возникает чуть после прохождения поршнем ВМТ, поршень начинает идти вниз, и давление смеси снижается. Угол опережения зажигания можно проверить с помощью стробоскопа в любом из квалифицированных автосервисов.
Таким образом, даже несмотря на то, что шансы сбоя в работе системы газораспределения низки, всегда нужно быть уверенным, что ремень или цепь на вашем автомобиле в хорошей форме. Простая проверка может сохранить вам большие деньги и нервы.
Сегодня мы постарались показать вкратце, как работает система ГРМ. Надеюсь вам было это интересно!
