Газораспределительный механизм (ГРМ) является узлом, обеспечивающим открытие и закрытие впускных и выпускных клапанов двигателя в определенный момент времени. Основная задача ГРМ заключается в своевременной подаче топливовоздушной смеси в камеру сгорания и выпуск отработавших газов.

В состав газораспределительного механизма входят следующие основные элементы:

• Распределительный вал. В зависимости от конструкции ГРМ распредвал может устанавливаться в головке блока цилиндров или в картере двигателя (такая компоновка не применяется на современных двигателях). Это основная деталь, которая отвечает за последовательное открытие и закрытие клапанов.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.

• Привод ГРМ. Крутящий момент от коленчатого вала передается через привод на распределительный вал. Шестерня коленвала  в два раза меньше шестерни распредвала. Таким образом, коленчатый вал вращается в два раза быстрее. Как правило привод ГРМ делят на два типа: цепной привод и ременной привод, однако встречается шестеренчатый тип привода. 

• Впускные и выпускные клапаны  как правило отличаются по конструкции и размеру. Впускной изготавливается цельной деталью. Также он имеет больший диаметр тарелки для обеспечения лучшего наполнения цилиндра. 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. На тарелках клапанов сделаны специальные фаски, которые обеспечивают более плотное прилегание к отверстиям в головке блока цилиндров. Это место называется седлом клапана.

Кроме самих клапанов, в механизме предусмотрены дополнительные элементы:

• Пружины. Возвращают клапаны в исходное положение после нажатия.
• Маслосъемные колпачки. 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.

• Толкатели. Через толкатели передается усилие от кулачка распредвала на стержень клапана. Толкатели бывают разных видов (механические (стаканы или шайбы), роликовые, гидрокомпенсаторы). 

• Коромысло или рычаги. Простое коромысло представляет собой двуплечный рычаг, который совершает качательные движения. В различной компоновке коромысла могут работать по-разному.

• Системы изменения фаз газораспределения. Данные системы могут иметь различную конструкцию и устанавливаются не на все двигатели. Работу таких систем мы рассмотрим в отдельной статье.

Основная задача газораспределительного механизма - это вовремя открыть и закрыть клапана на определенный промежуток времени. Соответственно на такте впуска открываются впускные, а на такте выпуска - выпускные. Технически это происходит следующим образом: Коленчатый вал передает крутящий момент посредством привода на распределительный вал. Кулачок на распределительном валу нажимает на толкатель или коромысло. Клапан перемещается внутрь камеры сгорания, открывая доступ свежему заряду или отработавшим газам. После того как кулачок проходит активную фазу воздействия, клапан возвращается на место под действием пружины. За полный рабочий цикл распредвал совершает 2 оборота, попеременно открывая клапана в каждом цилиндре. Например, при схеме работы 1-3-4-2 в один и тот же момент времени в первом цилиндре будут открыты впускные клапаны, а в четвертом выпускные. Во втором и третьем клапаны будут закрыты.

Типы ГРМ

Двигатели могут иметь различную компоновку газораспределительного механизма:

По расположению распределительного вала. 

Существуют два типа положения распредвала: нижнее; верхнее. При нижнем расположении распредвал находится в блоке цилиндров рядом с коленчатым валом. Данный тип расположения на современных моторах не применяется. При верхнем положении распредвал находится в головке блока цилиндров (ГБЦ) непосредственно над клапанами. При таком положении могут быть реализованы различные варианты воздействия на клапаны: через толкатели, коромысла или рычаги.

По количеству распределительных валов.

На рядных двигателях могут быть установлены один или два распределительных вала. Моторы с одним распредвалом имеют аббревиатуру SOHC (Single Overhead Camshaft), а с двумя — DOHC (Double Overhead Camshaft). При двухвальной конструкции - один вал отвечает за открытие впускных, а другой за открытие выпускных клапанов. В двигателях c V-образной компоновкой используются два или четыре распредвала, по одному или по два на каждый ряд цилиндров соответственно.

По количеству клапанов.

От количества клапанов на один цилиндр будет зависеть количество и форма распредвалов и количество кулачков на них. Клапанов может быть два, три, четыре или пять. Самый простой вариант с двумя клапанами: один работает на впуск, другой на выпуск. В трехклапаном двигателе два работают на впуск и один на выпуск. При четырех клапанах: два на впуск и два на выпуск. Пять клапанов: три на впуск и два на выпуск. Чем больше клапанов на впуске, тем больше объем поступающей топливовоздушной смеси в камеру сгорания. Повышается мощность и динамика двигателя. Наиболее часто встречается схема с четырьмя клапанами на цилиндр.

По типу привода.

Различают три типа привода распределительного вала:

• Шестеренчатый. Главное преимущество такого привода – надежность. Однако применяется такой тип привода редко.
• Цепной. Этот привод считается более надежным. Но использование цепи требует особых условий. Для гашения колебаний устанавливаются успокоители, а натяжение цепи регулируется натяжителями. В зависимости от количества валов могут применяться несколько цепей. Ресурса цепи хватает в среднем на 150-200 тысяч километров пробега. Главной проблемой цепного привода считается поломка натяжителей, успокоителей или разрыв самой цепи. При плохом натяжении цепь может перескакивать между зубьев в ходе работы, что приводит к нарушению фаз газораспределения и повреждению клапанного механизма. 
• Ременный. Ременный привод не требует смазки, в отличие от цепного. Ресурс ремня также ограничен и в среднем он равен 60-90 тысячам километров пробега. Для лучшего сцепления и надежности используются зубчатые ремни. Такой привод более прост. Разрыв ремня при работающем двигателе приведет к тем же последствиям, что и при разрыве цепи. Главными преимуществами ременного привода является простота эксплуатации и замены, дешевизна и бесшумная работа.

От правильной работы всего газораспределительного механизма зависит работа двигателя, его динамика и мощность. Чем больше количество и объем цилиндров, тем сложнее будет устройство ГРМ.

 При написании статьи использовались материалы портала ТехАвтоПорт