Класифікація ГРМ
Класифікаційних ознак ГРМ багато. Розглянемо основні:
1) за взаємним розташуванням розподільного вала та клапанів:
- SV (8.4) (Side Valves) – з нижнім (у картері) розташуванням розподільного вала та
нижнім (точніше, бічним по відношенню до циліндра) розташуванням клапанів (рис. 8.1, а).
Клапани розміщені в блоці циліндрів (7.2). В основному це двигуни застарілих конструкцій
(ГАЗ-20, -51, ЗіЛ-157). Зараз така схема не використовується через погане наповнення циліндрів
(суміш рухається знизу угору) та нераціональну форму камери згоряння;
- IOE(8.5) (Inlet Over Exhaust) – нижнє розташування розподільного вала, нижнє бічне
розташування випускного клапана, верхнє розташування впускного клапана (рис. 8.1, б).
Найстаріша схема (двигуни транспортних засобів Бенца та Даймлера, мотоциклетні чотиритактні
Harley-Davidson), яка дозволяла використовувати клапани більших розмірів, але камера згоряння
мала знову нераціональну форму та низький ступінь стиску. Використовувалась до 1960-х рр.
(CJ-3B Jeep 1953-1964; 1966 Land Rover Six; Rolls Royce);
- OHV(8.6) (OverHead Valves) – з нижнім (або середнім) розташуванням
розподільного вала та верхнім розташуванням клапанів (рис. 8.1, в). Схема забезпечує гарне
наповнення циліндрів та спрощує конструкцію блок-картера (7.4), але має більшу кількість
(тобто, й масу) деталей привода. Верхнє розташування клапанів дозволяє застосовувати різні
варіанти форм камер згоряння, які сприятливі для протікання робочих процесів у циліндрі.
- OHC (8.7) (OverHead Camshaft) або SOHC (Single OverHead Camshaft) – з верхнім
розташуванням одного розподільного вала та верхнім розташуванням клапанів (рис. 8.1, г).
Схема дозволяє зменшити кількість деталей привода клапанів, що підіймає максимальну частоту
обертання.
- DOHC(8.8) (Dual (Double) OverHead Camshafts) – з верхнім розташуванням двох
розподільних валів та верхнім розташуванням клапанів (рис. 8.1, д). Використовується у
багатоклапанних ГРМ.
Рисунок 8.1. Типи ГРМ за взаємним розташуванням клапанів та розподільного вала
2) за кількістю клапанів. Мінімальна кількість клапанів – 2 (один впускний, один
випускний). Впускний, як правило, більший за розміром (рис. 8.2). Триклапанна конструкція (як
правило, два впускних клапани та один випускний) розповсюджена рідше (Mercedes-Benz) (рис.
8.3). ДВЗ з чотирма клапанами на циліндр (рис. 8.4) отримали розповсюдження з 1970-х років, і
сьогодні стали нормою на транспортних засобах усіх типів. Іноді використовуються ГРМ з
п’ятьма клапанами (Volkswagen, Audi, Yamaha) (рис. 8.5, 8.6). Існують і екзотичні схеми з
шістьма (рис. 8.7) та сімома (рис. 8.8) клапанами на циліндр.
Рисунок 8.2. Головка циліндрів ДВЗ з двома
клапанами на циліндр
Рисунок 8.3. ГРМ ДВЗ з трьома
клапанами на циліндр
Рисунок 8.4. ДВЗ з чотирма клапанами на циліндр
Рисунок 8.5. ДВЗ з п’ятьма клапанами на циліндр (Volkswagen)
Рисунок 8.6. ДВЗ з п’ятьма клапанами на циліндр (мотоциклетний ДВЗ Yamaha)
Рисунок 8.7. ДВЗ з шістьма клапанами на циліндр (Maserati „High Tech” V6 1985 р., у
виробництво не потрапив)
Рисунок 8.8. Головка ДВЗ з сімома клапанами на циліндр (мотоциклетний ДВЗ Yamaha)
3) за взаємним розташуванням клапанів (рис. 8.9). При двоклапанній схемі клапани
відносно поздовжньої осі можуть бути розташовані поздовжньо, поперечно або косо.
Поздовжнє розташування використовується при клинових та плоскоовальних камерах
згоряння, у схемах OHV та OHC. Розташування однойменних клапанів сусідніх циліндрів може
бути попарним або почерговим. Впускні та випускні колектори у рядних ДВЗ розташовують, як
правило, з одного боку для підігрівання суміші; у V-подібних – по різні боки для спрощення
компонування.
Поперечне або косе розташування використовується при полусферичних або шатрових
камерах згоряння, у схемах OHС та DOHC (дуже рідко – OHV (рис. 8.10)). При цьому
забезпечується більша плавність та більші перетини каналів. При поперечному розташуванні
впускні та випускні канали направлені у різні боки, при косому – у різні або у один бік.
Часто клапани установлюють під кутом відносно осі циліндра, який називають кутом
розвалу. Зі зростанням кута розвалу з’являється можливість збільшення діаметрів клапанів. У
дизелів та бензинових ДВЗ з плоскоовальними камерами згоряння клапани відносно осі циліндра
розташовують паралельно.
4) за типом привода розподільного вала.
Рисунок 8.9. Розташування і число клапанів на один циліндр:
а – два, б – три, в – чотири
Рисунок 8.10. Поперечне розташування клапанів у ДВЗ з ніжнім розташуванням розподільного
вала (Chrysler Hemi)
8.3. Привод розподільного вала
При нижньому розташуванні розподільного вала його установлюють у картері (7.3) ДВЗ,
а при V-подібному розташуванні – у розвалі блоку циліндрів. Привод найчастіше здійснюється
шестеренною передачею (рис. 8.11). Для зниження шуму зуби шестерень роблять косими. З цією
ж метою шестерню розподільного вала часто виготовляють з текстоліту. Для правильної збірки
ДВЗ на шестернях встановлюють мітки.
Іноді привод нижнього розподільного вала здійснюють ланцюгом (рис. 8.12) або ременем
(рис. 8.13).
Рисунок 8.11. Привод нижнього розподільного вала шестернею
Рисунок 8.12. Привод нижнього розподільного вала ланцюгом (Austin A-series)
Рисунок 8.13. Нижній розподільний вал з ремінним приводом
При верхньому розташуванні розподільного вала (валів) його (їх) установлюють у головці
циліндрів ДВЗ. Привод може здійснюватися п’ятьма способами:
- блоком шестерень (рис. 8.14);
- додатковим валом (рис. 8.15);
- зубчастим ременем (рис. 8.16);
- ланцюгом зубчастим (ланцюгом Морзе) або втулочно-роликовим (рис. 8.17);
- комбінований (багатоступеневий).
Рисунок 8.14. Шестеренний привод верхнього розподільного вала
Рисунок 8.15. Привод верхнього розподільного вала додатковим валом (МАЗ-530)
Рисунок 8.16. Привод верхнього розподільного вала зубчастим ременем
Рисунок 8.17. Привод верхніх розподільних валів ланцюгом
Рисунок 8.18. Багатоступеневий привод верхніх розподільних валів
Найбільш розповсюджені три останні схеми.
Зубчастий ремінь забезпечує достатню довговічність, низьку вартість, низький рівень
шуму та не потребує змащення. Схеми ремінного привода наведені на рис. 8.19. Ремінь
виготовляють із синтетичних матеріалів, які армовані скловолокном або дротовим кордом. Для
забезпечення натягування ременя використовують натяжні механізми (рис. 8.20).
Схеми ланцюгових приводів наведені на рис. 8.21. До недоліків ланцюгової передачі
відносяться вібрація ланцюга при різкій зміні навантаження, її зношування та витягування при
експлуатації. Для ліквідації цього використовують натяжні прилади (рис. 8.22) та заспокоювачі
коливань (рис 8.23).
Рисунок 8.19. Схеми привода розподільних валів зубчастим ременем
а – при одному розподільному валу; б – при двох розподільних валах; в – V-подібних
ДВЗ; 1 – шків привода допоміжних агрегатів; 2 – паразитний ролик; 3 – шків балансирних валів.
Рисунок 8.20. Механізми натягування зубчастих ременів
а – вручну поворотом ролика на осі при ексцентричному кріпленні; б – напівавтоматично
пружиною після ослаблення кронштейна ролика; в – вручну поворотом корпусу насоса
охолодної рідини; г – автоматично гідромеханічним натяжником; д – схема гідромеханічного
натяжника; 1 – шток з поршнем; 2 – зворотній клапан; 3 – масляна порожнина; 4 – порожнина
високого тиску; 5 – порожнина низького тиску.
Рисунок 8.21. Схеми приводів розподільних валів ланцюгами:
а – при одному розподільному валу; б – при двох розподільних валах; в – V-подібних
ДВЗ; г – схеми привода ДВЗ Mercedes-Benz
Рисунок 8.22. Натяжники ланцюга:
а – механічний з ручним регулюванням; б – механічний з напівавтоматичним
регулюванням; в – механічний з автоматичним регулюванням; г – гідравлічний; д – гідравлічний
з обмеженням зусилля натяжіння; е, ж – гідромеханічні; з – гідравлічний зі зворотнім клапаном;
1 – жиклер; 2 – пружина; 3 – прилад обмеження зворотного ходу; 4 – зворотній клапан
Рисунок 8.23. Конструкції напрямних приладів (заспокоювачів) ланцюга (а) та схема
кріплення заспокоювача (б)
При використанні шестерень або додаткових валів збільшується маса ДВЗ та складність
конструкції.
У V-подібних ДВЗ привод рядів може бути як окремим (рис. 8.24), так і загальним (рис.
8.25).
При двох розподільних валах можливий їх загальний привод (рис. 8.17), а можливий
привод лише одного з двох валів. Тоді другий приводиться або шестеренною передачею (рис.
8.18, 8.24), або ланцюговою (рис. 8.25, 8.26).
Рисунок 8.24. Привод верхніх розподільних валів V-подібного ДВЗ окремими ланцюгами
Рисунок 8.25. Привод верхніх розподільних валів V-подібного ДВЗ загальним ланцюгом
Рисунок 8.26. Привод верхніх розподільних валів ременем та ланцюгом (Ford Focus)
При багатоступеневому приводі колінчастий вал передає обертання на проміжний вал, від
якого приводяться розподільні вали (рис. 8.18, 8.27).
Рисунок 8.27. Двоступінчастий привод верхніх розподільних валів ланцюгом (ЗМЗ-406)
Привод розміщується, як правило, на носку колінчастого вала. У мотоциклетних ДВЗ
привод може розміщуватися у середній частині валів (рис. 8.28). Іноді привод може
розміщуватися на хвостовику колінчастого вала (рис. 8.29).
Абсолютна більшість ДВЗ має на шківах, шестернях, зірочках і на відповідних корпусних
деталях мітки для правильного монтажу ГРМ.
Рисунок 8.28. Привод розподільних валів ланцюгом у їх середній частині (Suzuki)
Рисунок 8.29. Привод розподільних валів ланцюгами у хвостовій частині валів (Audi)
