Приводы газораспределения мотоциклов – звучит сложно?

Прочитав руководство, поймете, какие бывают виды таких систем, для чего они используются и из чего состоят.

Синхронизация двигателя — это механизм, который контролирует подачу свежей воздушно-топливной смеси в цилиндр и выпуск отработавших газов. Он управляет клапанами с головокружительной скоростью. Например, на 5000 оборотов в минуту коленчатого вала, время наполнения цилиндра 8/1000 сек. В это время впускной клапан должен быть открыт, а выпускной клапан закрыт. Пока четырехтактные двигатели были маломощными, тихоходными, проблемы привода ГРМ практически не существовало. Распределительные валы устанавливались в блоке силового агрегата и передавались коленчатым валом через шестерню или цепь. Для увеличения динамики двигателя валы расположили ближе к клапанам, то есть в голове. В настоящее время очень высокая частота вращения двигателя, т. е. такая же, как у спортивных или спортивно-туристических мотоциклов (10 000 об/мин и более), может вызывать увеличение сил инерции в кривошипно-шатунном механизме (поэтому необходима точная балансировка) и в системе хронометража. Следовательно, необходимо использовать более прочные пружины клапанов, но их размеры, в свою очередь, ограничены объемом пространства в головке. Поэтому системы синхронизации имеют тенденцию «разбивать» компоненты. Системы с четырьмя или даже пятью клапанами на цилиндр уменьшают вес отдельных клапанов и размер их пружин, что приводит к меньшим силам инерции. Также их обслуживание стало намного проще и не требует столько инструментов для обслуживания системы привода.

Начало систем синхронизации в мотоциклах

Поскольку расстояние между распределительными валами и коленчатым валом увеличилось в системах OHC и DOHC, некоторые компании снабдили валы коническими шестернями, другие выбрали гораздо более дешевую и тихую цепь, которая не обеспечивала точного управления клапанами. Её долгое время безуспешно пытались усовершенствовать, пока в мае 1962 года доморощенный производитель автомобилей Ханс Глас не применил приводную передачу с помощью зубчатого ремня – благодаря зубьям, которые соответствовали «встречным зубьям» на выходном и приемном колесах. Первый располагался на конце коленчатого вала и всегда имел нечетное число зубьев, чтобы одинаковые зубья шкива и ремня встречались как можно реже. Подбирающее колесо на конце распределительного вала имело зубья ровно в два раза больше, чем выходная шестерня, чтобы вращаться вдвое медленнее, чем коленчатый вал. Поскольку шестерни не имели боковых фланцев для предотвращения бокового смещения ремня, для ограничения любого поперечного и продольного смещения использовался натяжитель.

Легкий и удобный ремешок не использовался до 1973 года в гоночных Ducati. Через год это решение «подхватила» Honda, применив привод ГРМ с зубчатым ремнем на четырехцилиндровом оппозитнике GL1000 (Gold Wing), а затем на Rotax и KTM. До сих пор проблемы с долговечностью приводили к отказу от этой концепции в пользу цепи как в автомобилестроении (Mercedes никогда не использовал ремень), так и в мотоциклетной промышленности. Последний отличается простой сборкой и низкой себестоимостью производства, поэтому о дорогих и сложных шкворнях пришлось забыть. Да, цепь "хрустит" и стучит, но обычно только первые несколько оборотов коленвала, пока он полностью не пропитается маслом. На зубчатых колесах (между главным валом и распредвалами) осталась только Хонда, ориентируясь в первую очередь на точность управления фазами газораспределения, что особенно важно в быстроходных агрегатах. При 13000 об/мин у цепи начинаются проблемы – тогда при значительных изменениях фаз газораспределения отклонения достигают даже более 5°, а огромные силы инерции также могут привести к обрыву цепи. Для сравнения, шестерни при частоте вращения коленчатого вала 20 000 об/мин работают без проблем, а погрешность ГРМ составляет менее 2,5°. Кроме того, этот тип привода ГРМ имеет на 30% меньше потерь на трение по сравнению с цепным. Однако в прошлом недостатком такого решения была чрезмерная шумность конфигурации: чем выше обороты, тем больше давали о себе знать межзубные промежутки и тепловое расширение элементов. При оборотах ниже предельных возникало явление опасного механического резонанса, которому передавались вибрации, создаваемые вращающимися распределительными валами.

Позже стали использовать разрезные шестерни, соединенные упругими элементами (снижение шума примерно на 5 дБ), благодаря чему они достигли уровня шума, равного цепным, и даже выше 6000 об/мин работали немного тише. Вибрации также устраняются на низких оборотах благодаря добавлению тарельчатой пружины между «половинками» шестерен для предотвращения растрескивания зубьев у основания.

Настоящее – мотоциклетные приводы ГРМ

В настоящее время трудно найти опосредование шестерен в приводе верхнего распределительного вала (иногда в агрегатах V-типа OHV, которые не являются быстроходными), а зубчатые ремни потихоньку изымаются. Хотя они легкие, тихие, не требуют смазки и могут работать на близко расположенных осях, оказалось, например, что иногда замена ремня цепью позволяла значительно сузить установку привода распределительного вала, что делало двигатели просто короче (в Honda цепь Gold Wing ставится с 2001 года, в Pan European с 2002 года). В 2002 году Honda VFR получила пластинчатые цепи вместо традиционных шестерен. Вместо этого японский производитель попытался использовать в двигателе систему изменения фаз газораспределения.

Заключение

Однако не все потеряно, над точностью всегда можно поработать. Было решено свести роль цепи к минимуму, а значит – еще и уменьшить отклонения хронометража. Практически каждый производитель по-своему добивается точности, с которой зубчатые колеса передают движущую силу. Некоторые направляют цепь от главного вала к зубчатому шкиву с одним зубом, который приводит в действие два верхних распределительных вала. Другие ведут его к одному из распределительных валов и передают мощность на другой вал в головке через шестерни в центре головки.

Сегодня традиционная система привода ГРМ DOHC основана на трех шестернях и длинной цепи. Наиболее популярны зубчатые цепи из штифтов и пластин, движущиеся на широких зубчатых колесах. Это решение гарантирует точность, является более долговечным и тихим, чем роликовые цепи.