Моторы с шестеренчатым приводом грм

Эволюция ГРМ: шестерни, цепь и ремень

Любите спорить на автомобильную тему и рассуждать, что лучше — ремень или цепь?

Ничто так не придает спорщику значимости, как знание истории развития механизмов!

Мы расскажем вам о том, как появились и ушли в небытие разные приводы ГРМ.

Два слова о ГРМ

Клапанный механизм газораспределения, сокращенно ГРМ, — это то, без чего четырехтактный двигатель существовать в принципе не может.

Он открывает впускные клапана, впуская воздух или горючую смесь в цилиндры на такте впуска, открывает выпускные на такте выпуска и надежно запирает горящую в цилиндре смесь во время рабочего хода.

От того, насколько хорошо он обеспечивает «дыхание» мотора — подачу воздуха и выпуск отработавших газов — зависит и мощность, и экологичность мотора.

Клапаны открывают и закрывают своими кулачками распределительные валы, а крутящий момент на них передается с коленвала, в чем, собственно, и состоит задача привода ГРМ.

Сегодня для этого используют цепь или ремень. Но так было не всегда…

Старый добрый нижний распредвал

В начале ХХ века проблем с приводами распредвала не было — его раскручивали обычные шестерни, а к клапанам от него шли штанги толкателей. Клапаны располагались тогда сбоку, в «кармане» камеры сгорания, прямо над распределительным валом, и открывались-закрывались штангами.

И наконец, клапаны перенесли в область прямо над поршнем, и камера сгорания стала совсем небольшой и почти правильной формы.

Расположение клапанов сверху камеры сгорания и привод клапанов более длинными толкателями (так называемая схема OHV), предложенные еще в начале ХХ века Дэвидом Бьюиком, оказались самыми удобными. Такая схема вытеснила варианты моторов с боковыми клапанами в гоночных конструкциях уже к 1920 году. Например, именно она применяется в знаменитых двигателях Chrysler Hemi и моторах Corvette и в наше время.

А моторы с боковыми клапанами могут помнить водители ГАЗ-52 или ГАЗ-М-20 «Победа», где данная схема применялась в двигателях.

Почему отказались от штанг?

Проблема — в лишнем весе. В 30-е годы скорость вращения гоночных моторов на земле и авиационных моторов на самолетах достигла величин, при которых появилась необходимость облегчить механизм газораспределения.

Ведь каждый грамм массы клапана вынуждает увеличивать и силу пружин, которые его закрывают, и прочность толкателей, через которые распредвал жмет на клапан, в результате потери на привод ГРМ быстро возрастают при увеличении оборотов мотора.

Выход был найден в переносе распределительного вала наверх, в головку блока цилиндров, что позволило отказаться от простой, но тяжелой системы с толкателями и значительно уменьшить инерционные потери.

Поднялись рабочие обороты мотора, а значит, увеличилась и мощность. Например, Роберт Пежо создал в 1912 году гоночный двигатель с четырьмя клапанами на цилиндр и двумя верхними распредвалами.

С переносом распределительных валов наверх, в головку блока, возникала и проблема их привода.

Еще одним вариантом стала установка нескольких цилиндрических шестерен, например в двигателях болидов Формулы-1 периода 60-х годов.

Удивительно, но «многошестеренная» технология находила применение и совсем недавно.

Например, на нескольких модификациях дизельных 2.5-литровых моторов Volkswagen, ставившихся на Transporter T5 и Touareg — AXD, AXE и BLJ.

У шестеренчатого привода было много «врожденных» проблем, главная из которых — шумность.

Помимо того, шестерни требовали точной установки валов, расчета зазоров и взаимной твердости материалов, а также — муфт гашения крутильных колебаний.

В общем, конструкция при кажущейся простоте была мудреной, а шестерни — отнюдь не «вечными». Нужно было что-то другое.

Когда впервые применили цепь для привода ГРМ, точно неизвестно. Но одной из первых массовых конструкций был двигатель мотоцикла AJS 350 с цепным приводом в 1927 году.

Читайте также:  Мотор отопителя фиат панда

Конструкция оказалась удачной: цепь не только была тише и проще в устройстве, чем система валов, но и снижала передачу вредных крутильных колебаний за счет работы своей системы натяжения.

В массовых моторах нужды в цепном приводе долго не возникало — до 80-х годов. Маломощные двигатели выпускались с нижним распредвалом, и это не только «Волги», но и Skoda Felicia, Ford Escort 1.3 и множество американских машин — на V-образных моторах штанги-толкатели стояли до последнего. А вот на высокофорсированных моторах европейских производителей цепи появились уже в 50-е годы и до конца 80-х оставались преобладающим типом привода ГРМ.

Как появился ремень?

Примерно тогда же у цепи появился опасный конкурент. Именно в 60-е развитие технологий позволило создать достаточно надежные зубчатые ремни. Хотя вообще-то ременная передача — одна из старейших, она использовалась для привода механизмов еще в античности. Развитие станочного парка с групповым приводом механизмов от паровой машины или водяного колеса обеспечило развитие технологий производства ремней. Из кожаных они стали текстильными и металлокордными, с применением нейлона и других синтетических материалов.

В 1966 году, Opel/Vauxhall начал производство массовых моторов серии Slant Four с ремнем в приводе ГРМ. В том же году, несколько позже, появились моторы Pontiac OHC Six и Fiat Twincam, тоже с ремнем. Технология стала по-настоящему массовой.

Причем мотор от Fiat чуть было не попал на наши» Жигули»! Рассматривался вариант его установки вместо нижневального мотора Fiat-124 на будущий ВАЗ 2101. Но, как известно, старый мотор просто переделали под верхние клапаны, а в качестве привода поставили цепь.

Как видно, сначала ремень использовался исключительно на недорогих моторах. Ведь его основными преимуществами была низкая цена и малая шумность привода, что актуально для небольших машин, не обремененных шумоизоляцией.

Но его нужно было регулярно менять и следить, чтобы на него не попадали агрессивные жидкости и масло, причем интервал замены уже тогда был немаленьким и составлял 50 тысяч километров.

И все же славу не слишком надежного способа привода ГРМ он получить успел. Ведь достаточно было погнуться одной шпильке или выйти из строя одному ролику, как его ресурс снижался в разы.

Впрочем, все нюансы применения некачественных ремней ГРМ у нас знакомы владельцам переднеприводных ВАЗ.

Мотор 2108 разрабатывался как раз в 80-е, на пике увлечения ремнями.

Тогда их стали ставить даже на большие моторы вроде ниссановского RB26, и надежность лучших образцов была на уровне. С тех пор споры о том, что лучше — цепь или ремень, не утихают ни на минуту.

Будьте уверены, прямо сейчас, пока вы читаете эти строки, на каком-нибудь форуме или в курилке два апологета разных приводов спорят до полного изнеможения.

Понравилась статья? Подпишитесь на канал, чтобы быть в курсе самых интересных материалов

Источник

Типы ГРМ: плюсы и минусы

В нашей сегодняшней статье речь пойдет о том, какие бывают типы ГРМ. Такие основы полезно знать каждому автовладельцу, потому что они прилично помогают при самостоятельном ремонте автомобиля.

Содержание:

  1. Типы привода ГРМ
  2. Что такое распредвал
  3. Типы ГРМ
    • Газораспределительный механизм SOHC
    • Система газораспределения DOHC
    • Система газораспределения OHV

  4. Заключение

В каждом газораспределительном механизме имеется привод от коленчатого вала. Он может быть изготовлен либо в виде ремня, либо в виде шестерни от коленвала, либо в виде цепи. Каждый привод имеет свои недостатки и преимущества.

Типы привода ГРМ

Существует три основных типа приводов, есть и другие, но они не используются на серийных автомобилях:

    Ремень обладает меньшей шумностью при работе, однако, его обрыв часто приводит к повреждению клапанов. Недостаточный натяг приводит к перескакиванию и смещению фаз, соответственно, к трудному запуску, нестабильному холостому ходу, неполной мощности двигатель и т.д.

Цепь тоже имеет такой «грешок», однако, у нее есть натяжитель, который прикладывает значительно большее усилие, нежели на ремень. Такой привод ГРМ отличается надежностью, но он довольно шумный, поэтому автопроизводители стараются все реже его использовать.

  • Привод газораспределительного механизма шестерней от коленвала применяли довольно давно, в нижневальных двигателях, то есть, когда распредвал находился прямо в блоке цилиндров, а не в головке, об этом мы поговорим в следующем подразделе.
  • Что такое распредвал?

    Этот вал нужен для того, чтобы в определенный момент клапана открывали, после чего в цилиндр поступала рабочая смесь, выходили выхлопные газы. Это делается благодаря эксцентрикам, которые имеются на валу. Он жестко связан с коленчатым валом, поэтому, например, впускной клапан открывается только перед началом такта впуска, когда цилиндр находится в нижней мертвой точке.

    Распределительный вал может находиться в головке блока, такие двигатели называются верхенвальные, неважно, сколько валов здесь установлено. Так же он может быть в блоке цилиндров, как упоминалось выше. Это называется нижневальный двигатель. В таком случае привод на клапан передается через штанги, которые проходят через весь двигатель в головку блока. Основным минусом такого механизма является медлительность и большая инерционность. Нижневальные двигатели довольно тяжело крутятся, у них высокий расход масла, в отличие от верхневальных, где практически нет недостатков.

    Типы ГРМ

    Сразу надо уточнить, что выше мы рассматривали типы привода газораспределительного механизма, а не сами механизмы. Так вот, сейчас посмотрим, например на отличие DOHC от SOHC. Итак, начнем.

    Газораспределительный механизм SOHC

    Данное название получено не случайно. Изначально такой тип назывался просто OHC. Это значит Overhead Camshaft, что переводится как «верхний распределительный вал». Позже он был переименован в SOHC, после того, как был спроектирован первый двигатель с DOHC, о нем поговорим позже.

    На видео Показан принцип работы SOHC:

    Так вот, такой двигатель отличается установкой одного распределительного вала в головке блока цилиндров. Система газораспределения SOHC, вопреки общим убеждениям, может комплектоваться как двумя, так и четырьмя клапанами на цилиндр.

    Посмотрим, какие здесь положительные моменты, а какие отрицательные, их не так много:

      Относительная тишина работы. В отличие от DOHC, здесь всего 1 вал, а значит двигатель работает тише, хоть и совсем ненамного.

    Относительная простота. Тот же двигатель DOHC имеет 2 вала, что усложняет конструкцию.

    Один минус, пожалуй, условный. Если двигатель оснащается двумя клапанами на цилиндр, то последние хуже вентилируются, что приводит к падению мощности.

  • А вот еще один минус, который точно есть во всех двигателях такого типа. Он заключается в том, что у двигателя с 4-мя клапанами на цилиндр все они приводятся в движение одним распредвалом. Это делает делать более хрупкой и подверженной нагрузкам. Кроме того, снижается угол фазы, что способствует худшему наполнению и вентиляции цилиндров.
  • Система газораспределения DOHC

    Такой механизм выглядит почти так, как и вышерассмотренный, однако, отличается от него наличием второго распределительного вала. Таким образом, один вал приводит в движение только впускные клапана, а второй – только выпускные. У такой системы тоже есть свои недостатки и преимущества, не будем останавливаться на них более подробно. Такая система была изобретена в 80-х годах прошлого столетия и за это время практически не изменилась. Так вот, наличие второго распредвала значительно удорожает, а так же усложняет конструкцию.

    На видео показано, как работает ГРМ DOHC:

    С другой стороны, газораспределительный механизм DOHC отличается меньшим расходом топлива, поскольку цилиндры лучше наполняются, а затем из них выходят практически все картерные газы. Таким образом, КПД силового агрегата вышел на новый уровень с появлением DOHC.

    Система газораспределения OHV

    Такой механизм газораспределения был спроектирован еще в 20-х годах прошлого века. В самом начале статьи мы уже немного его затронули. Здесь распредвал в блоке цилиндров, а клапана приводятся я в движение через коромысла и рокера (коромысла). Основным преимуществом данной системы перед верхневальными является отсутствие нагромождений в головке, таких как распредвал и его постели. Особенно это актуально для V-образных двигателей, поскольку значительно уменьшается их ширина. Минусы уже были оговорены – ограниченные обороты, высокая инерционность, низкий крутящий момент и мощность. Кроме того, такая система практически исключает использование 4-х клапанов в одном цилиндре, кроме как в очень дорогих решениях. Конечно, в болидах Nascar это реализовано, но никак не в серийном автомобиле.

    Работа двигателя OHV показана на видео:

    Заключение

    Стоит помнить, что это далеко не все типы газораспределительных механизмов. Например, в двигателях, обороты которых превышают 9000 оборотов в минуту практически невозможно использование пружин под тарелками клапанов, поскольку они должны быть очень жесткими, а это потери. Так вот, в таких двигателях один распределительный вал открывает клапан, а второй его закрывает. Такая система позволяет работать без «зависаний клапанов» на оборотах, превышающих 14000 оборотов коленчатого вала в минуту. В основном, сфера применения такой технологии ограничена мотоциклами, мощность которых переваливает за 120 лошадиных сил.

    Источник

    5 типов двигателей, которые не боятся обрыва ремня ГРМ

    Как все знают, обрыв ремня ГРМ почти всегда ведет к повреждению клапанов и дорогостоящему ремонту. Однако, на сегодняшний день, разработано множество вариантов двигателей, которым обрыв ремня газораспределения вовсе не страшен.

    Нижнеклапанные двигатели

    Большинство автомобилей работают на двигателе внутреннего сгорания для которого характерны клапана и распределительный вал, которые регулирует синхронный выброс и заброс воздуха. В обычном двигателе клапана открываются навстречу поршню, в нижнеклапанном они расположены параллельно и в одной плоскости. Также в этом блоке находится и привод.

    Такие двигатели стали настоящим прорывом в 1950 годы, ведь с его использованием практически полностью подавлялся шум, исключалась встреча клапана с поршнем, и значительно сокращалась возможность перегрева. Плюс ко всему поршни того времени нуждались в чистке и тут наблюдалось значительное превосходство, ведь добраться до этого узла не составляло труда.

    Однако с развитием и появлением топлива с высоким октановым числом, двигатели такого плана ушли на второй план, ведь они значительно уступали в скорости и имели повышенный риск детонации.

    Привод клапанов штангами

    Конструкция, созданная Дэйвидом Данбаром Бьюиком в начале 20 века производится и сейчас, но в несколько измененном виде. Вся конструкция заключается в том, что клапана расположены в головке цилиндров, а распредвал в блоке. Привод клапанов выполняется посредством толкателей, штанг толкателей и коромысел.

    Главный плюс – это конструктивная простота, которая обеспечивает надежность, устранение рисков обрыва ремня ГРМ, снижение эксплуатационной нагрузки, что повышает срок службы, а также компактность.

    Главной проблемой, с которой столкнулись инженеры – это невозможность развития высоких оборотов. Однако путем замены комплектующих удавалось достичь 11000 оборотов на данном двигателе.

    Цепной привод

    Стандартный ДВС, в котором вместо ремня ГРМ используется 1-3 рядная цепь, которая приводит клапана в движение и в теории не должна рваться.

    На заре внедрения цепного привода инженеры были уверены, что цепи вечные и не будут требовать замены. Да, в основном так и было. Цепь не рвалась, она могла растянуться и начать шуметь, иногда этот процесс затягивался до полумиллиона километров, но трёхрядной цепи это было ни по чем.

    Далее, с целью упрощения и облегчения конструкции, цепь стала сначала двурядной, а потом и вовсе однорядной и не более, чем велосипедная. Это напрочь убило смысл использования цепных приводов вместо стандартных ремней.

    С шестеренчатым приводом ГРМ

    ДВС с приводом клапанов посредством вращения шестерней достаточно умная задумка инженеров. Если конструкция будет собрана из качественных комплектующих, что исключит возможность появления люфта в процессе эксплуатации, то шестерни прослужат гораздо дольше, чем ремень и обрыва ждать не от чего, а значит такие двигатели более долговечны. Однако привести в движение массивные шестерни сложнее, значит и экономичность значительно упадет и производительность двигателя будет снижена.

    Клапана с электропневматическим актуатором

    Так называемая система Кенигсегга, когда клапана открывают и закрывают 2 системы – пневматическая и гидравлическая. Они всегда находятся под давлением и способны в заданное время максимально быстро открыть, либо закрыть клапан.

    Основной плюс, что работа производится по отлаженной программе и риск сбоя исключен полностью. Также такие двигатели производительнее и способны развивать до 15000 оборотов в минуту. Все дело в том, что клапан открывается в определенное время и может долгое время находиться в этом положении, что позволяет максимально концентрированной смеси быстрее пройти через клапан.

    Мы рассмотрели 5 наиболее известных типов двигателей, которым не страшен обрыв ремня газораспределения. Какие-то из них не оправдали надежд, какие-то, наоборот, считаются будущим автомобилестроения.

    Источник

    Поделиться с друзьями