Ремень или цепь ГРМ — часть системы «Газораспределительный механизм». В четырёхтактном двигателе распредвал вращается вдвое медленнее коленвала. Около конца выпуска возможно перекрытие: оба клапана короткое время приоткрыты.
Вращение
Привод вращает распредвал один раз за два оборота коленвала.
Открытие
Выступ кулачка через привод нажимает на клапан.
Закрытие
Пружина возвращает клапан к седлу, когда выступ уходит.
Цепь и звёздочки ГРМ в модели «Рядный четырёхцилиндровый двигатель»
Роликовая цепь с шагом 8 мм спереди двигателя, со стороны, противоположной маховику. Звёздочка коленвала 21 зуб, распредвала — 42: коленвал : распредвал = 2 : 1, распредвал вращается вдвое медленнее. Цепь смазывается маслом.
Признаки неисправности
Треск спереди в первые секунды после пуска, ошибки рассогласования валов — цепь растянулась. Меняют комплектом со звёздочками и натяжителем.
Неисправности, связанные с деталью
Растянута цепь ГРМ. Признаки: первые 1–2 секунды после пуска спереди двигателя слышен треск, горит Check Engine с ошибкой рассогласования коленвала и распредвала. Двигатель хуже тянет и иногда троит. Что происходит внутри: шарниры износились, цепь стала длиннее на 0,6 %. Натяжитель выдвинут почти до упора, распредвал отстаёт на 6°. Когда натяжения не хватило, цепь перескочила на один зуб: фазы сдвинулись ещё на 17° (всего 23° по коленвалу). Впуск закрывается позже, компрессия ниже, в одном из цилиндров пропуски (в модели — во 2‑м). Что проверить: совмещение меток в ВМТ, вылет штока натяжителя, отклонение фаз в сканере. Цепь меняют вместе со звёздочками, башмаками и натяжителем.
Отказ натяжителя цепи. Признаки: сильный треск спереди при пуске и на холостых, который стихает с ростом оборотов или не стихает совсем. Если не ремонтировать, цепь может перескочить. Что происходит внутри: плунжер не держит масло: изношен или засорён обратный клапан. Башмак отошёл, ведомая ветвь провисла и хлопает по башмаку. Распредвал дёргается на ±3°, двигатель работает неровно. Что проверить: ход плунжера и обратный клапан натяжителя, износ башмаков, давление масла. Растянутую цепь меняют вместе с натяжителем.
Погнут клапан после перескока. Признаки: двигатель заглох на ходу и не заводится или заводится и сильно троит. Стартер крутит неровно, в одном цилиндре нет компрессии. Что происходит внутри: ослабшая цепь перескочила на 5 зубьев, распредвал отстал на 86° по коленвалу. Выпускной клапан оказался открыт в верхней мёртвой точке и ударился о поршень. Погнутый клапан больше не садится на седло: в этом цилиндре нет компрессии. Что проверить: не крутить стартером повторно. Проверить метки и компрессию, осмотреть цилиндры эндоскопом. Ремонт: снять головку, заменить клапаны, направляющие и колпачки, поставить новый комплект цепи.
Как четыре цилиндра делят два оборота
Один цилиндр толкает вал только 180° из 720° цикла. Четыре цилиндра со сдвигом по 180° закрывают весь цикл: вал получает толчок каждые пол-оборота.
Порядок 1‑3‑4‑2. Шатунные шейки 1 и 4 стоят на одной линии, 2 и 3 — напротив. Поршни ходят парами: 1 и 4 вверх, 2 и 3 вниз. Какой из пары работает, решает распредвал: у одного сжатие, у другого выпуск.
Распредвал вдвое медленнее. Звёздочка коленвала 21 зуб, распредвала — 42. За два оборота коленвала распредвал делает один и открывает впускной и выпускной клапаны каждого цилиндра по одному разу.
Цепь держит фазы. Ведущая ветвь тянет распредвал, натяжитель выбирает слабину ведомой. Цепь, растянутая на 0,6 %, сдвигает фазы на несколько градусов, а перескок на один зуб — ещё на 17°.
Момент складывается. Каждый цилиндр толкает вал моментом до 560 Н·м, а на сжатии тормозит его. Сумма четырёх скачет от −120 до +560 Н·м, средний момент около 150 Н·м. Остаток пульсаций сглаживает маховик.
Цикл Аткинсона. Впуск закрывается не через 40°, а через 100° после НМТ: поршень выталкивает почти половину смеси обратно, сжатие начинается поздно (5,6 вместо 9,7), а расширение остаётся полным — 10,5. Момент ниже, зато газы расширяются сильнее, чем сжимались, и дроссель открыт шире. Поэтому цикл ставят на гибриды: электромотор добавляет момент на низких оборотах, ДВС работает в зоне лучшего КПД.
Упрощения модели
Камера сгорания нарисована мельче настоящей, чтобы клапаны и поршень были видны в одном разрезе: по чертежу её объём меньше, чем нужно для сжатия 10,5. В расчётах давления принято сжатие 10,5.
Вращение замедлено: на холостых 750–800 об/мин цикл 720° длится около 0,15 с.
Давление и момент посчитаны для полной нагрузки и не зависят от оборотов; силы инерции поршней и шатунов не учтены.
Зазоры во вкладышах, между клапаном и поршнем и вытяжка цепи увеличены, чтобы их было видно. Цепь показана роликовой, без верхнего успокоителя, масляного насоса и его привода.
Блок и головка разрезаны одной плоскостью по осям цилиндров и клапанов. Клапаны, пружины, стаканы, распредвал и свечи показаны целыми; свечи — без колодцев, катушки упрощены.
При износе вкладыша третья опора нарисована целой, хотя блок разрезан: срезанная половина перегородки и крышки показана стеклом. Без разреза у этой опоры вырезано окно в юбке картера, поддоне и масле. Зазор истёртого вкладыша (1,4 мм) и опускание вала при ударе увеличены, но щели на экране почти не видно; утечка масла показана условно.
Цикл Аткинсона — учебный режим той же модели: переключатель сразу меняет профиль впускных кулачков. В реальных двигателях позднее закрытие впуска делают фазовращателем впуска или отдельным профилем кулачка, а переключение «на ходу» здесь — упрощение. Геометрическое сжатие у таких двигателей 12–14, чтобы эффективное осталось около 9–10; здесь геометрия одна (10,5), поэтому эффективное падает до 5,6.
Давление, момент и КПД в режиме Аткинсона — условная оценка: сжатие идёт по политропе от закрытия впуска, масса заряда пропорциональна объёму цилиндра в этот момент, КПД — идеальный цикл (k = 1,3) с насосными потерями при одинаковой мощности. Это не расчёт реального двигателя.
Нет генератора, насосов и навесного оборудования: смазка, охлаждение и впрыск разобраны в отдельных лабораториях.
Связанные узлы и детали
Модель показывает принцип работы. Геометрия и режимы упрощены для обучения.