Клубни, понял. Не буду больше напрашиваться. Буду делиться. Коротко не получиться.
ГРМ - газораспределительный механизм.
Функция - подключение/отключение впускной и выпускной систем к цилиндрам в определенные моменты цикла.
В четырехтактных ДВС с кривошипно-шатунным преобразующим механизмом в основном используется клапанный ГРМ.
Принцип работы клапанного ГРМ всегда один:
- кулачковый вал (именно так переводится с английского
camshaft, мне больше нравится русский вариант - распределительный вал) напрямую или через дополнительный механизм воздействует на клапан и открывает его;
- возвратная пружина (или пружины) закрывает клапан, при этом возвращает в исходное положение и все детали механизма находящегося между кулачком и клапаном.
Как развивались ГРМ.
Нижний распредвал.
С авиационных V-образных и звездообразных моторов пришел ГРМ с нижним валом.В зездообразном моторе кулачковая шайба, в V-образном моторе кулачковый вал. Над шайбой или валом располагаются сперва толкатели, затем штанги, штанги упираются в коромысла, а коромысла, в свою очередь, толкают клапана.
Преимущество этой схемы в конструктивной простоте - технологически кулачок сложная и точная деталь, требующая специальных материалов и специальной термической обработки. Простота в том, что сложная (дорогая) в производстве такая деталь как РВ всего одна. С другой стороны, не нужен сложный привод кулачкового вала, т.к. он расположен рядом с коленчатым валом и достаточно одной зубчатой передачи, которая обеспечит очень высокую надежность. Сейчас в автомобильных моторах и в таком механизме применяют цепи или ремни.
Основные недостатки схемы с нижним валом:
- во-первых, при прогреве зазоры в механизме увеличиваются, причем в авиационных моторах до миллиметров. Зазор увеличивается т.к. вал внизу, а клапан вверху, и между ними металл, который при прогреве расширяется. Есть варианты с компенсацией, но сейчас уже не встречаются - дорого, хотя решение простое. Т.е. этот недостаток можно устранить конструктивно и в звездах так иногда делают.
- во-вторых, клапанной пружине (или пружинам, иногда ставят две, коаксиально, если габариты позволяют, при этом навивка в противоположные стороны, чтобы не закусило при поломке) приходится возвращать не только клапан, но и все перечисленные выше детали в исходное положение, а это приличная масса. Инерционные нагрузки в любом механизме прямо пропорциональны весу деталей и в квадрате зависят от скорости деталей. Соответственно чем выше вес деталей тем сложнее пружине, а при увеличении оборотов с 1000 до 3000, например, нагрузка возрастает в 9 раз, и с 1000 до 6000 в 36 раз. Причем если пружина справилась - закрыла клапан и разогнала все детали, то им приходится останавливаться, когда на кулачке заканчивается подъем. При торможении деталей (как и при разгоне, когда клапан начинает открываться) на кулачок действует максимальная нагрузка. Большой вес деталей ГРМ не позволял повышать обороты, т.к. пружины не справлялись и клапаны зависали.
С такими механизмами мощный мотор мог быть только большим и тяжелым.
Два верхних вала (схема DOHC)
Перед появлением двухвальных систем были и одновальные с двумя клапанами на цилиндр.
Технологии развивались. Требовались более мощные моторы. Авиационные V-образные ДВС первыми лишились нижнего вала и многие перешли сразу на схему с двумя верхними валами.
В такой схеме механизм резко упростился. Кулачок расположился непосредственно над клапаном. На клапане расположили элементы для регулировки теплового зазора. Оба недостатка были решены. Во-первых, при прогреве клапан расширяется и зазор снижается до минимальных значений, заданных регулировкой. Во-вторых, возвратной пружине приходится поднимать только клапан с сухарями, тарелкой, в которую она упирается. Инерционные нагрузки снизились пропорционально снижению веса набора перемещаемых деталей. Вроде все хорошо. Но на V-образный мотор теперь требуются 4 вала и теперь нужен механизм приводящий их. В авиации это решали зубчатыми передачами. В автомобильных ДВС валы вращают те самые ремень или цепь, которые мы периодически должны менять. Так же два верхних вала позволили конструкторам увеличить количество клапанов имея, при этом широкие кулачки с низким удельным давлением, а клапана стали меньше и легче - задача пружин еще упростилась. Для автомобильных моторов нужно было сократить обслуживание и появились гидрокомпенсаторы.
Один верхний вал с четырьмя клапанами на цилиндр (схема SOHC)
Дальше, как всегда бывает при массовом производстве, нужно было удешевлять конструкцию. Автомобильный двигатель не имеет права стоить как авиационный. Нашли компромиссное решение - убрали один вал и вернули коромысла. В самом простом четырехклапанном варианте ставили два коромысла, одно на два впускных, другое на два выпускных клапана.
Вот подобрал картинки:
Что сделала Хонда?
Инженеры Хонды придумали остроумный, надежный и простой механизм, в котором рядом с коромыслом толкающим клапан расположили еще одно коромысло, которое работает по своему кулачку. Т.е. на один клапан работает два разных кулачка в разное время. VTEC или VCM это маркетинговые названия одного конструктивного решения. Когда это VTEC, тогда один кулачок имеет профиль с одним подъемом,другой с другим. Когда это VCM, тогда один из двух кулачков не имеет подъема. Проблемы кроются в том, что кулачки пришлось делать уже, что увеличило контактное давление, и при этом вес деталей между валом и клапаном увеличился, т.к. теперь на один клапан работает не одно, а два коромысла. Соответственно контактное давление еще возрастает пропорционально весу. Причем именно при VCM, с точки зрения нагрузок дела хуже всего, т.к. если цилиндр подключен, то работают два коромысла на клапан. Правильным был бы вариант, когда на низких оборотах два коромысла, а на высоких одно отключается. На каком-то моторе с VTEC должен быть такой вариант. У VTEC много вариантов, но принцип работы всегда один.
Недостатками такого решения являются увеличенные нагрузки на кулачок и возвратную пружину, а также невозможность установить гидрокомпенсаторы, ведь масляные каналы заняты в системе управления клапанами. Поясню, может кто не знает, на коромыслах тоже могут быть гидрокомпенсаторы, но на VTEC-VCM их не установить.
Хонда идет верной дорогой!
Не забывайте про плюсы системы - реальная экономия топлива, если использовать систему.
Развитие ГРМ идет именно по пути управления клапанами. Есть уже системы индивидуального управления клапанами. Они построены по принципу современных Common Rail форсунок. Каждая такая форсунка стоит 20 000...50 000 р. Клапанов у нас 24. На клапан такая система, думаю будет стоить по верхней планке, т.к. нужна компактность. Если прикинуть 24 х 50 000 1 200 000 р плюс еще специальный масляный насос высокого давления 100 000 р. плюс электрика ампер по 100 на каждый клапан (на форсунку Common Rail требуется 70 ампер). Думаю только на этом ГРМ за 1 500 000 р. перевалим, и это только часть мотора!
Пока ждем прорыва в технологиях. Что-то мне подсказывает, что не в ГРМ он произойдет.