На холодном двигателе стреляет из выхлопной

Porhen2107 › блог › грм. назначение и устройство.

Газораспределительный механизм (ГРМ) обеспечивает своевременный впуск в цилиндры свежего заряда горючей смеси и выпуск отработавших газов. Он включает в себя элементы привода, распределительную шестерню, распределительный вал, детали привода клапанов, клапана с пружинами и направляющие втулки.

Распределительный вал служит для открытия клапанов в определенной последовательности в соответствии с порядком работы двигателя. Распредвалы отливают из специального чугуна или отковывают из стали. Трущиеся поверхности распределительных валов для уменьшения износа подвергнуты закалке при помощи нагрева токами высокой частоты.

Распредвал может располагаться в картере двигателя либо в головке блока цилиндров. Существуют двигатели с двумя распредвалами в головке цилиндров (в многоклапанных ДВС). Один используется для управления впускными клапанами, второй – выпускными. Такая конструкция называется DOHC (Double Overhead Camshaft).

Привод клапанов осуществляется расположенными на распределительном валу кулачками. Количество кулачков зависит от числа клапанов. В разных конструкциях двигателей может быть от двух до пяти клапанов на цилиндр (3 клапана – два впускных, один выпускной;

4 клапана – два впускных, два выпускных; 5 клапанов – три впускных, два выпускных). Форма кулачков определяет моменты открытия и закрытия клапанов, а также высоту их подъема. Привод распределительного вала от коленчатого вала может осуществляться одним из трех способов: ременной передачей, цепной передачей, а при нижнем расположении распредвала — зубчатыми шестернями.

Цепной привод отличается надежностью, но его устройство сложнее и цена выше. Ременной привод существенно проще, но ресурс зубчатого ремня ограничен, а в случае его разрыва могут наступить тяжелые последствия. При обрыве ремня распредвал останавливается, а коленвал продолжает вращаться.

Чем это грозит? В простых двухклапанных моторах, где, как правило, поршень конструктивно не достает до головки открытого клапана, ремонт ограничивается заменой ремня. В современных многоклапанных двигателях при обрыве ремня поршни ударяются о клапана, «зависшие» в открытом состоянии.

Еще тяжелее при обрыве ремня приходится дизелям. Так как камера сгорания у них находится в поршнях, то в ВМТ у клапанов остается очень мало места. Поэтому при зависании открытого клапана разрушаются толкатели, распредвал и его подшипники, велика вероятность деформирования шатунов. А если обрыв ремня произойдет на высоких оборотах, возможно даже повреждение блока цилиндров.

Рабочий цикл четырехтактного двигателя происходит за два оборота коленвала. За это время должны последовательно открыться впускные и выпускные клапаны каждого цилиндра. Поэтому распредвал должен вращаться в два раза медленнее коленвала, а, следовательно, шестерня распредвала всегда в два раза больше шестерни коленвала.

Клапаны в цилиндрах должны открываться и закрываться в зависимости от направления движения и положения поршней в цилиндре. При такте впуска, когда поршень движется от в.м.т. к н.м.т., впускной клапан должен быть открыт, а при тактах сжатия, рабочего хода и выпуска – закрыт. Чтобы обеспечить такую зависимость, для правильной установки на шестернях ГРМ делают метки.

Распределительный вал Шестерни распредвала Привод распредвала

Привод клапанов может осуществляться разными способами. При нижнем расположении распредвала, в картере двигателя, усилие от кулачков передается через толкатели, штанги и коромысла. При верхнем расположении возможны три варианта: привод коромыслами, привод рычагами и привод толкателями.

Коромысла (другие названия – роликовый рычаг или рокер) изготавливают из стали. Коромысло устанавливают на полую ось, закрепленную в стойках на головке цилиндров. Одной стороной коромысла упираются в кулачки распредвала, а другой воздействуют на торцевую часть стержня клапана.

В отверстие коромысла для уменьшения трения запрессовывают бронзовую втулку. От продольного перемещения коромысло удерживается при помощи цилиндрической пружины. Во время работы двигателя в связи с нагревом клапанов их стержни удлиняются, что может привести к неплотной посадке клапана в седло.

Поэтому между стержнем клапана и носком коромысла должен быть определенный тепловой зазор. Во втором варианте распредвал располагается над клапанами, и приводит их в действие посредством рычагов. Кулачки распределительного вала действуют на рычаги, которые, поворачиваясь на сферической головке регулировочного болта, другим концом нажимают на стержень клапана и открывают его.

Регулировочный болт ввернут во втулку головки цилиндров и стопорится контргайкой. Существуют ГРМ, в которых между рычагом и клапаном устанавливается гидрокомпенсатор. Такие механизмы не требуют регулировки зазора. И, наконец, при третьем варианте привода распределительный вал при вращении воздействует непосредственно на толкатель клапана.

Существует три варианта исполнения толкателей – механические (жесткие), гидротолкатели (гидрокомпенсаторы) и роликовые толкатели. Первый тип в современных моторах практически не используется, в связи с большой шумностью работы и необходимостью частой регулировки зазора клапанов.

Второй тип наиболее широко применяется, так как не требует настройки и регулировки теплового зазора, а работа отличается мягкостью и гораздо меньшим шумом. Гидрокомпенсатор состоит из цилиндра, поршня с пружиной, обратного клапана и каналов для подвода масла.

Работа гидрокомпенсатора основана на свойстве несжимаемости моторного масла, которое постоянно заполняет его внутреннюю полость и перемещает поршень при появлении зазора в приводе клапана. Роликовые толкатели чаще всего применяются в спортивных и форсированных двигателях, так как позволяют улучшить динамические характеристики автомобиля за счет снижения трения.

В месте контакта с кулачком распредвала у них находится ролик. Поэтому кулачок не трется, а катится по толкателю. Вследствие этого роликовые толкатели выдерживают более высокие нагрузки и обороты, а также позволяют обеспечить более высокий подъем клапанов.

Недостатки – большая стоимость и вес, а, значит, и большие нагрузки на детали ГРМ. Привод клапанов коромыслами Привод клапанов рычагами Типы гидрокомпенсаторов Применение гидрокомпенсаторов Клапаны служат для периодического открытия и закрытия отверстий впускных и выпускных каналов.

Клапан состоит из головки и стержня. Головка клапана имеет узкую, скошенную под определенным углом, фаску. Фаска клапана должна плотно прилегать к фаске седла. Для этой цели их взаимно притирают. Головки впускных и выпускных клапанов имеют неодинаковый диаметр.

Для лучшего наполнения цилиндров свежей горючей смесью диаметр головки впускного клапана делают больше. Клапаны во время работы двигателя нагреваются неодинаково. Выпускные клапаны, контактирующие с отработанными газами, нагреваются больше. Поэтому их изготавливают из жароупорной стали.

Будет полезно Почему машина дергается на ходу

Стержень клапана цилиндрической формы в верхней части имеет выточку для деталей крепления клапанной пружины. Стержень выпускного клапана — полый, с натриевым наполнением для лучшего охлаждения. Стержни клапанов помещают в направляющих втулках, изготовленных из чугуна или металлокерамики.

Втулки запрессовывают в головку цилиндров. Клапан прижимается к седлу при помощи цилиндрической стальной пружины. Кроме того, пружина не дает возможности клапану отрываться от коромысла. Пружина имеет переменный шаг витков, что необходимо для устранения ее вибрации.

Другой вариант борьбы с вибрацией — установка двух пружин меньшей жесткости, имеющих противоположную навивку. Пружина одной стороной упирается в шайбу, расположенную на головке цилиндров, а другой – в упорную тарелку. Упорная тарелка удерживается на стержне клапана при помощи двух конических сухарей, внутренний буртик которых входит в выточку стержня клапана.

В теории открытие и закрытие клапанов должно происходить в моменты прихода поршня в мертвые точки. Однако в связи инерционностью процесса, особенно при больших оборотах коленвала, этого периода времени недостаточно для впуска свежей смеси и выпуска отработанных газов.

Поэтому впускной клапан открывается до прихода поршня в в.м.т. в конце такта выпуска, т.е. с опережением в пределах 9-24 градусов поворота коленчатого вала, а закрывается в начале такта сжатия, когда коленвал пройдет положение н.м.т на 51-64 градусов.

Таким образом, продолжительность открытия впускного клапана составит 240-270 градусов поворота коленчатого вала, что значительно увеличивает количество поступаемой в цилиндры горючей смеси. Выпускной клапан открывается за 44-57 градусов до прихода поршня в н.м.т. в конце рабочего хода и закрывается после прихода поршня в в.м.т. такта выпуска на 13-27 градусов.

Продолжительность открытия выпускного клапана составляет 240-260 градусов поворота коленчатого вала. В двигателе бывают моменты (в конце такта выпуска и начале такта впуска) когда оба клапаны открыты. В это время происходит продувка цилиндров свежим зарядом горючей смеси для лучшей их очистки от продуктов сгорания.

Основные неисправности газораспределительного механизма.

Внешними признаками неисправности ГРМ являются: уменьшение компрессии, хлопки во впускном и выпускном трубопроводах, падение мощности двигателя и металлические стуки. Уменьшение компрессии, хлопки во впускном и выпускном трубопроводах, а также падение мощности двигателя возможно вследствие плохого прилегания клапанов к седлам.

Плохое прилегание клапана к седлу происходит вследствие отложения нагара на клапанах и седлах, образования раковин на рабочих поверхностях, коробления головок клапанов, поломки клапанных пружин, заедания стержня клапана в направляющей втулке, а также отсутствия зазора между стержнем клапана и коромыслом (рычагом).

Падение мощности двигателя и резкие металлические стуки могут происходить вследствие неполного открытия клапанов. Эта неисправность возникает из-за большого теплового зазора между стержнем клапана и коромыслом (рычагом) или отказа гидрокомпенсаторов.

Обрыв цепи грм на ниве 21214

Точнее предвестники были. Странный дребезжащий звук после пуска двигателя стал меня беспокоить примерно с конца зимы, но я грешил на щиток стартера. Потом звук пару раз появлялся во время движения по городу уже в конце весны, но быстро исчезал. Что вообще может случится с двигателем у которого пробег 68 тыс., гидронатяжитель цепи ГРМ и гидрокомпенсаторы клапанов?

Я было по привычке, после 213-ой Нивы через 10 тыс. пробега собрался подтянуть цепь и проверить зазоры в клапанах, но к своему великому удивлению не увидел в корпусе двигателя натяжителя цепи на штатном месте. Только трубки какие-то непонятные. Оказалось, что эти операции на двигателе 21214 не требуются. Т.е. вообще не зачем каждые 10 тыс. пробега снимать крышку головки блока цилиyдров и крутить гайки выставляя требуемые зазоры в клапанах по микрометру, а за одним подтягивая цепь с визуальным контролем. Здесь все за нас делает хитрая гидравлическая система придуманная умными инженерами.

Двигатель моей Ласточки со снятой ГБЦ, штатным стартером и новым реле. Видно что цилиндры для пробега в 68 тыс. км выглядят как новые. Несколько отличается цвет 1 и 3 поршней, но это скорее всего уже последствия поломки и не корректно работающей системы ГРМ.

Вот и ездил я так, забыв про трудоемкую операцию. Потом у меня начались проблем со стартером и я заменил его на КЗАТЭковский. И вот, примерно дней за 10 до отъезда в большой вояж «Вкруг Онеги 2022» случилось страшное.

Причем случилось это страшное не где-нибудь на трассе, а прямо в городе, в центре. Отъезжаю я от парковки у Рынка, ключ на старт и вместе с привычным звуком стартера слышится какое-то грым-грым. Машина вроде даже заводится но практически сразу глохнет.

Я пару раз погонял стартером, но звук был какой-то странный, как будто без нагрузки. Естественно я, зная качество запчастей, стал грешить на стартер, его венец. бендикс или даже сорванный венец маховика. Прокляв все, попросил толкнуть меня таксистов, но против обыкновения Нива не завелась.

Ну, думаю, это особенность 214-ой с ее инжектором. Наверное ее вообще нельзя с толкача заводить. Тем не менее поймал джип и протащил пару сотен метров с нулевым результатом. Меня еще насторожило, что сопротивления качению практически не было при таком способе завода.

Подумал еще что со сцеплением какой-то косяк. В итоге притащил машину домой буксиром, по пути попробовал еще завезтись и безрезультатно, скинул стартер. Стартер работает, правда почему-то на венце за 3 месяца работы было много черной грязи, налипшей на масло.

Продолжая грешить на стартер, я с трудом за 900 руб. все-таки нашел втяжное реле к штатному старому стартеру «Искорка», заменил его и поставил родную «Искорку» на место. Результат меня несколько удивил. Стартер свободно крутил коленвал не встречая сопротивления. И тут до меня доходит, что привод на распредвал отсутствует. Кажется я попал. До отъезда оставалось около 10 дней.

На фото хорошо видны забитости на поршнях в тех местах, где они колотили по клапанам

Весь масштаб проблемы заключался не только в сложности, длительности и дороговизне ремонта, но и отсутствии грамотных знакомых специалистов по ремонту двигателей. За более чем 20 лет водительского стажа я ни разу не сталкивался с такой крупной поломкой и вообще ничего не ремонтировал в двигателе, только обслуживал.

Меня всегда удивляло, что у кого-то обрывало ремень ГРМ и заворачивало клапана — на Ниве надо ездить, там не пластиковый ремень, а двойная цепь. И вот на тебе. Тем не менее, через Музей «Ретро-гараж» я нашел сервис, а главное человека, понимающего в моторах Нивы.

Вид на двигаетль с левой стороны. Еще мне тут не понравились отложения в каналах системы охлаждения от штатного антифриза CoolStream Standart (зеленый). Он был залит с завода и я продолжаю его юзать несмотря на трудности с приобретением. В Перми можно купить только в сервисном центре МАЗ.

С одной стороны мне повезло, что цепь оборвало не на скорости 130 км/час, а при попытке завода двигателя. Но последующие попытки завода с помощью буксира сделали свое черное дело. Выпускные клапана были загнуты. Более того, деформированы их направляющие.

В процессе извлечения направляющих был сломан специальный инструмент и стало понятно, что никто не даст гарантию наличия трещин в ГБЦ, которые потом могут свести на нет все усилия по ремонту. В ситуации временного цейтнота было принято решение о замене ГБЦ. затраты больше, но времени тратится меньше.

ГБЦ стоимостью в 8 с хвостиком тысяч была уже с клапанным механизмом и у меня осталось энное количество запасных слегка б/у деталей. При сборке двигателя был выкинут нафиг гидронатяжитель цепи, как основная причина поломки и заменен на механический.

Но не на такой, как стоит на 2121 и 21213, а хитрый, не требующих постоянных операций по подтягиваю цепи, а натягивающий ее автоматом с помощью пружины и самофиксирующийся. Мне предлагали еще отказаться от гидрокомпенсаторов клапанов, но я уже привык к необслуживаемому двигателю и решил их оставить на свой страх и риск.

Снятая головка блока цилиндров после нескольких попыток вытащить направляющие клапанов. Виден торчащий злосчастный натяжитель цепи ГРМ

На фото виден расколотый направляющий выпускного клапана первого цилиндра и вытащенный с трудом направляющий выпускного клапана третьего цилиндра

На фото в 4-ом цилиндре заметен расколотый и намертво застрявший направляющий выпускного клапана. В 3-м цилиндре на месте вытащенного направляющего похоже трещина.

Один из выпускных клапанов с согнутой шейкой — жалкое зрелище.

Теперь давайте попытаемся реконструировать то, как развивалась поломка двигателя и ее причины.

Скорее всего причина в некорректно работающем гидронатяжителе цепи. Цепь перестала натягиваться, но почему-то характерного звука не было или я просто не обращал внимание, зная что все там само натягитвается. Из-за плохо натянутой цепи при пуске на холодную и на больших оборотах стали разрушаться от вибрации эбонитовые башками натяжителя и успокоителя.

Далее сломался скорее всего успокоитель, но двигатель продолжал работать, только издавая дребезжание при пуске. Цепь постепенно истирает не штатно вставшие остатки успокоителя и выламывает их из крепления, возрастают нагрузки и на башмак натяжителя и он вскоре обламывается.

Далее цепь начинает есть звездочку маслонасоса и изнашиватся сама. У двигателя 21214 звездочка насоса меньшего чем у 21213 диаметра. Это сделано для повышения оборотов малонасоса (он остался штатным) и повышения давления в системе смазки двигателя. Ведь теперь надо гнать масло на гидронатяжитель и гидрокомпенсаторы. Спустя какое-то время износ системы становится критическим и при пуске двигателя цепь просто обрывается.

Детали привода ГРМ. Порванная цепь, звездочки, большой обломок от башмака натяжителя цепи и два обломка от башмака успокоителя. На фото хорошо видны повреждения на шестерне привода маслонасоса. остальные шестерни без видимых повреждений, но я их заменил на всякий случай.

Еще один момент. К моему большому удивлению цепь у 21214 оказалась одинарной. С одной стороны снизилась ее прочность, но с другой стороны снизилась масса, а значит и момент инерции. Теперь становится понятно, что сочетание гидронатязителя цепи и одинарной цепи с меньшей звездочкой маслонасоса делает систему привода ГРМ на 21214 менее надежной чем на 21213, где подобная поломка практически не возможна.

Разрыв цепи ГРМ и обломки башмаков

Разрыв цепи ГРМ и обломки башмаков

На фото хорошо виден износ фрагмента башмака успокоителя цепи и повреждения звездочки привода маслонасоса

Выработка на звездочке привода маслонасоса

Сервис на Нагорном где мне ремонтировали мою ласточку. Что касается Опелей и Шкод — милости просим, а вот Ниву не возьмут, мою по знакомству делали.

Некоторое резюме.1. Сделали мне машинку просто прекрасно. Ремонт обошелся в 10 тыс. и запчасти с расходниками в 15 тыс. Получил я ее на руки за 2 дня до отъезда с некоторым страхом. А вдруг что в дороге пойдет не так? Три дня прислушивался, потом успокоился.

Двигатель работает заметно ровнее чем было, посторонние шумы отсутствуют, машина пожирает с жадностью километры. Тяговитость заметно возросла, чувствую, что 145 кмчас далеко не предел. 130 кмчас можно держать крейсерской скоростью, но тут вылазит другая проблема — летом в жару плавятся сальники коробки, раздатки и редукторов.

В результате течь масла. Следует придерживаться следующих соображений при движении в 30 градусную жару. Крейсерская скорость движения примерно равна температуре масла в трансмиссии. 120 км/час это 120 градусов в коробке и раздатке. Соответсвенно сальники плавятся и текут.

Оптимальная крейсерская скорость до 105-108 км/час, но при повышении забортной температуры >30 градусов ее надо снижать до 90 км/час. Я на радостях от удачного ремонта двигателя наплевал на это ограничение и у меня потек сальник раздатки в месте выхода вала заднего привода.

Коробка брызгала маслом через сапун.2. На Ниве 21214 несмотря на гидрокомпенсаторы и гидронатяжитель цепи, надо хотя бы раз на 20-30 тыс. км пробега снимать крышку ГБЦ и проверять состояние механизмов. В первую очередь привода ГРМ.3. При покупке Нивы 21214 после пробега в 20 тыс. я бы рекомендовал заменить гидронатяжитель цепи на механический автомат.

Цена вопроса рублей 400-600. Можно конечно убрать гидрокомпенсаторы клапанов, вернувшись к конструкции 21213, так надежнее, но тогда попадаете на обслуживание зазоров с дискретностью в 10 тыс. км.4. В случае возникновения посторонних шумов в районе двигателя не думать, что это щиток дребезжит, а изначально предполагать самое худшее и искать источник шума.5.

Если вдруг при пуске двигателя раздается незначительный скрежет и потом стартер крутит в холостую только коленвал (это понимаешь по характерному жужжанию без напруги, но беда в том, что сразу сообразить затруднительно, не каждый день цепь обрывает. Еще один индикатор — нет характерного «пух-пух» из выхлопной трубы) то ни в коем случае нельзя заводить буксиром и накатом, а также гонять дальше стартером двигатель.

Огромное спасибо мастеру Алексею и коллективу «Опель-центр» на Нагорном, а также Александру Черепанову — директору Музея «Ретро-гараж» за рекомендацию.

Снятие и ремонт распредвала нива 2121 своими руками – пошаговая инструкция

Для того, чтобы снять и заменить распредвал на Нива 2121 необходимо выполнить следующий порядок действий:

1. Подготовить необходимый инструмент Подготовка к замене состоящий из: гаечных ключей; динамометрического ключа; зубила; торцевых головок на 10, 13 и 17.
2. На первом этапе работ по снятию вала выполняются следующие действия: Снятие отрицательной клеммы с автомобильного аккумулятора Нива 21213 (2121 и любой другой отечественной модификации этого авто); Демонтаж крышки головки блока цилиндров; Установка распредвала в положение, при котором метка на его звёздочке совпадает с соответствующим выступом на корпусе подшипников. А метка на шкиве – с выступающей частью привода вала. Отгибание зубилом лепестков у стопорной шайбы крепящего звёздочку болта.
3. Далее Откручивания болта звёздочки снимаемой детали (ключ «на 17») и его извлечения из отверстия;
4. Демонтажа натяжного устройства цепи привода ГРМ;
5. Снятия звёздочки распредвала (рекомендуется привязать к ней цепь – это обеспечит отсутствие перескакивания;
6. Равномерного откручивания (с помощью ключа «на 13») всех гаек, закрепляющих корпус подшипников вала, и его снятия со шпилек ГБЦ вместе с распредвалом.
7. Откручивания, с использованием торцевого ключа «на 10», креплений упорного фланца к корпусу подшипников;
8. Извлечения фланца, а затем и распредвала.
9. При необходимости замены рычагов клапанов эти детали тоже снимаются сразу же после демонтажа вала. Для это следует:
10. Отвести лапки прижимной пружины в сторону;
11. Снять рычаг;
12. Извлечь пружину.
13. На этом же этапе выполняется и диагностика состояния. При наличии заметных повреждений(кулачки изношены на 0,5 мм и более, на поверхности видны царапины, борозды и забоины), говорящих о невозможности ремонта, переходят к процессу установки новой детали. Распредвал, который можно отремонтировать, приводят в работоспособное состояние. Если на вопрос о необходимости замены распредвала любой модели Нива (включая 2131 и более современные версии), получен положительный ответ, следует приобрести новую деталь. Как правило, их продают в комплекте с корпусами. Стоит отметить, что установка нового вала требует замены и его рокеров и гидрокомпенсаторов, что увеличивает стоимость ремонта примерно в полтора раза.
14. Перед установкой вала внутрь коробки подшипников выполняют смазку моторным маслом рабочих поверхностей шеек и кулачков. Теперь следует так установить распредвал, чтобы его штифт располагался точно напротив определенного ориентира – верхнего отверстия упорного фланца. Деталь фиксируют и затягивают крепёж, придерживаясь определённых правил:
    гайки обязательно заворачивать, стараясь соблюдать усилие в 19 Нм;
    • закручивание проводится в определённой последовательности, которую можно увидеть на схеме:
15. Теперь отвязывают проволоку, крепившую цепь ГРМ к звёздочке (оставив метки для удобства монтажа), и устанавливают обе эти детали на валу. Открутив крепёжный болт, загибают лепестки стопорной шайбы. А в качестве заключительного этапа проводят:
16. установку натяжителя для цепи ГРМ (с соблюдением сделанных меток);
17. возвращение на место ранее снятых деталей с соблюдением обратной последовательности;
18. регулировку тепловых зазоров старых или только что установленных клапанов.
19. Результатом замены становится установленный на вашей Ниве 21214, 2121 или 2131 новый распредвал, способный прослужить ещё не меньше 100 тыс. км – без появления стуков и большинства других проблем с двигателем. При этом экономятся средства, которые могли бы уйти на оплату услуг по ремонту, и тратится сравнительно немного времени.