Эволюция ГРМ и основы регулировки

В своей практике, я достаточно часто сталкиваюсь с тем, что многие автовладельцы, пригоняя на ремонт автомобиль, требуют регулировки клапанов, не понимая, что во многих случаях в неисправности виноваты совершенно другие агрегаты. Или наоборот, греша на неисправность, например инжектора, не задумываются о том, что причиной неисправной работы двигателя является неисправность механизма ГРМ.

Для того, чтобы понять как влияет правильная регулировка и обслуживание системы механизма газораспределения на работу двигателя в целом, предлагаю немного окунуться в историю развития этих систем, попутно отмечая типичные неисправности и возможности их исправления, а также регулировку.

Поскольку вариантов исполнения ГРМ в результате эволюции автомобилестроения имеется множество, мы с вами не будем подробно рассматривать совсем «экзотические», а ограничимся их принципом работы, для того, чтобы были понятны основы. Тем более, что понимание процесса работы ГРМ позволяет более безопасно для двигателя эксплуатировать сам автомобиль.

DOHC

Эта система, как и SOHC наиболее распространена на современных автомобилях, а в последние годы можно заметить тенденцию вытеснения последней.

Расшифровка аббривеатуры DOHC звучит как Double Overhead Camshaft, что означает «два верхних распределительных вала». Те читатели, кто хоть немного знаком с техническим устройством автомобиля знают, что такие системы устанавливают на двигатели, имеющие 3 или 4 клапана на каждом цилиндре. Причем один вал отвечает за работу впускных, а второй — выпускных клапанов.

Говоря о том, что количество клапанов 3 или 4, я имел в виду наиболее распространенные модели двигателей. В принципе, их может быть любое количество — от 2 и более. Но основной принцип остается прежним — каждый из распредвалов отвечает за работу именно «своих» клапанов.

Для того, чтобы привести в движение клапаны впуска или выпуска, применяются две основных системы привода. Назовем их условно «рычажная» и «нажимная». В первом случае при вращении любого из распределительного валов, его кулачок воздействует на рычаг (правильно «рокер» — для тех кто хочет разобраться в терминах), который, в свою очередь, нажимая на штангу клапана открывает последний. А после окончания фазы открытия, последний возвращается в исходное положение под воздействием пружины или пружин, которые закреплены на его штанге при помощи специальных разрезных шайб — «сухарей».

Поскольку все детали изготовлены из различных типов металла, то и коэффициент их расширения при нагреве различается, что приводит к необходимости установки определенных зазоров между стержнем клапана и рокером. Это позволяет снизить степень износа самой головки стержня и рокера при открытии, а также юбки клапана при закрытии.

При увеличенных зазорах, сила удара рокера по стержню возрастает пропорционально увеличению зазора, что приводит к сплющиванию поверхностей, а при дальнейшей эксплуатации происходит падение мощности двигателя, увеличение его шума, обрыв юбки клапана и, как следствие, ремонт головки, а в «тяжелых» случаях и двигателя в целом.

В системах, где открытие клапана происходит за счет нажатия на него непосредственно самого кулачка распредвала через чашку с регулировочными шайбами, чаще всего наблюдается обратный «эффект» — зазоры уменьшаются. И если в первом случае неисправность определяется по возросшему шуму (цокоту) при работе двигателя, то вот во втором случае достаточно тяжело определить необходимость регулировки «на слух».
В этом случае происходит неполное закрытие клапана. Газы прорываются в пространство между юбкой и посадочным местом, вследствие чего образуются прогары клапана и седла, что опять-таки приводит к необходимости ремонта головки. Поэтому самым лучшим вариантом будет периодическая проверка и регулировка зазоров на станции технического обслуживания.

SOHC

Как уже упоминалось, эта система представляет собой «половину» от DOHC и управление впускными и выпускными клапанами производится всего одним распределительным валом, расположенном в головке двигателя.

Для каждого типа имеются «свои» кулачки, которые вращаясь приводят в движение соответствующие клапаны. Причем в качестве связующего звена между распредвалом и клапаном выступает рокер, поскольку только таким образом можно осуществить нажатие на удаленные от центра стержни клапанов.

Как видно — система несколько проще, но и обладает своими недостатками. И основной из них — жесткая фиксация углов. Или проще — независимо от оборотов двигателя клапаны будут открываться только в строго определенные моменты. А поскольку скорость горения топлива является величиной относительно постоянной, то и оптимальные значения выставляются инженерами где-то посередине. Таким образом, на низких и высоких оборотах двигателя мощность может немного теряться, а износ клапанов увеличиваться.

Этого недостатка, кстати, избавлена система DOHC, имеющая систему изменяемых фаз газораспределения, например VVT-i, при работе которой сдвиг времени открытия и закрытия клапанов меняется в зависимости от оборотов и нагрузки двигателя. Однако, ее работа зависит от многих факторов, в том числе дополнительных узлов и датчиков, поэтому подход к проверке более сложен и включает в себя целый комплекс проверок.

OHV

Одна из самых старых, но распространенных систем газораспределения — Overhead Valve, который применяется до сих пор. Верхнее расположение клапанов и нижнее расположение распредвала.
Система несколько более сложная по своему конструктиву, но имеющая свои плюсы.

Распределительны вал расположен в блоке цилиндров и «купается» в масле, что позволяет значительно снизить износ поверхности кулачков, опорных подшипников и вообще всех трущихся деталей, а также шум двигателя. Кстати, именно такое расположение позволяет значительно уменьшить размеры V-образных двигателей.

Привод на клапаны осуществляется при помощи штанг, которые в свою очередь приводят в движение рокеры, а уже последние нажимают на стержень клапана.

Поскольку конструкция имеет в своем составе больше движущихся деталей, она обладает высокой инерционностью, что сказывается на уменьшении максимальных рабочих оборотов двигателя, а также возможности применения 4 клапанов в составе одного цилиндра — разве что в очень дорогих моделях.
Для обеспечения необходимых зазоров используется система гидравлической компенсации, которая позволяет при помощи давления масла в системе «выбирать» образующиеся при эксплуатации зазоры и приводить их в норму. Стоит также отметить, что эта же система с успехом используется и в системах DOHC и SOHC.

Редкие и старые системы ГРМ

Смешанное расположение клапанов F-Head. Представляет собой систему расположения клапанов, где впускные располагаются традиционно в головке цилиндров, а выпускные непосредственно в блоке двигателя. Там же находится и сам распредвал. Привод впускных клапанов осуществляется при помощи штанг, а выпускные непосредственно кулачками вала.

Преимуществом использования этого типа ГРМ является возможность получить более высокую мощность двигателя, нежели у традиционного нижнеклапанного, о котором будет сказано ниже, поскольку позволяет более качественно наполнять горючей смесью цилиндры. Хочется отметить, что именно такой тип газораспределительного механизма устанавливался на знаменитые «ЗИМ» и «Победа» первых выпусков.

Нижнеклапанные системы — L-Head или Side-Valve. Как видно из названия, оба типа клапанов располагаются непосредственно в блоке цилиндров, что позволяет получить очень компактный по своим размерам мотор.

Из плюсов стоит отметить малую шумность и очень простую конструкцию, а также отсутствие опасности загнуть клапаны вследствие их касания с поверхностью поршня, например, вследствие обрыва привода распредвала.

Минусы — очень малая мощность и большой расход топлива, а также очень трудная регулировка и обслуживание, требующая частичной разборки двигателя.

Такая схема применялась при выпуске практически всех типов двигателей до 50-х годов прошлого века, например в легендарных «Студебеккерах» во время войны или «ГАЗ-12». А о надежности и простоте конструкции говорит тот факт, что такой тип ГРМ продержался на моделях «ЗИЛ-157» до начала 90-х годов, а сегодня используется при конструировании спецтехники.

К сожалению, в рамках одной статьи невозможно рассмотреть все типы ГРМ. Поэтому, при возникновении вопросов, пишите в комментариях, а я по мере их накопления постараюсь ответить на них.

Удачных дорого, и, конечно, ни гвоздя, ни жезла!