Газорозподільний механізм (ГРМ) або механізм газорозподілу — механізм керування фазами газорозподілу двигуна внутрішнього згоряння (ДВЗ), що забезпечує своєчасне подавання в циліндри двигуна повітря або паливо-повітряної суміші (залежно від типу двигуна) і випускання з циліндрів відпрацьованих газів.

За принципом здійснення своїх функцій ГРМ може бути реалізований наступними типами механізмів:

• клапанним, коли впуск і випуск визначається моментом і тривалістю відкриття клапанів;

• гільзовим (система Найта), коли гільза циліндра у результаті свого ковзного поздовжнього або повертального руху відкриває і закриває впускні та випускні канали;

• поршневим (щілинним), у якому сам поршень відкриває і закриває вікна (щілини) до каналів впуску та випуску;

• комбінованим (поршнево-клапанним), коли суміш подається вікнами у циліндрі, а випуск робиться через клапани.

Клапанний механізм газорозподілу складається з розподільного (кулачкового) вала (одного або декількох) з механізмом урухомлення, тарілчастих клапанів для закривання-відкривання впускних і випускних отворів у камерах згоряння та передавальних ланок (штовхачів, штанг, коромисел, елементів регулювання, клапанних пружин, засобів провертання клапанів тощо).

Система урухомлення розподільного вала забезпечує його синхронне обертання з кутовою швидкістю удвічі меншою за швидкість обертання колінчастого вала. 

Для приведення у рух розподільного вала можуть використовуватись наступні механічні передачі: 

• зубчаста;

• ланцюгова;

• зубчасто-пасова.

За розташуванням розподільного вала виділяють наступні конструкції двигунів внутрішнього згоряння:

• з нижнім розташуванням розподільного вала (у блоці циліндрів, англ. Cam-in-Block);

• з верхнім розташуванням розподільного вала (у головці блоку циліндрів, англ. Cam-in-Head);

• без розподільного вала.

За розташуванням клапанів двигуни бувають: верхньоклапанні, нижньоклапанні, зі змішаним розташуванням клапанів.

З врахуванням цих ознак клапанні механізми чотиритактних двигунів внутрішнього згоряння поділяються на низку підтипів.

Двигуни з розподільним валом у блоці циліндрів

Нижньоклапанні (тип SV)

Нижньоклапанний двигун (англ. L-Head; Flathead, Side-Valve, SV) — двигун, у якого розподільний вал і клапани тарілками вгору розташовані у блоці циліндрів збоку від циліндрів. Приведення у рух клапанів відбувається безпосередньо від розподільного вала, розташованого одразу під клапанами.

Переваги схеми — малий шум при роботі, простота виготовлення та обслуговування, відсутність небезпеки контакту клапанів і поршня при порушенні фаз газорозподілу. Усі деталі ГРМ розташовані всередині блоку циліндрів, що дозволяє отримати компактне компонування двигуна. Головка блоку нижньоклапанного мотора має вигляд простої металевої плити з камерою згоряння та каналами для охолоджувальної рідини, вона легко демонтується.

Головний недолік схеми — через складний шлях паливно-повітряної суміші суттєво погіршується наповнення циліндрів, як наслідок — досягається менша потужність у порівнянні з іншими конфігураціями, двигун розвиває невеликі оберти і має низький ККД. Довгі випускні канали сприяють перегріванню двигуна, а особливості конструкцій його камер згоряння не дозволяють збільшити (понад 1:8) ступінь стиску, що до появи систем турбонаддуву було найефективнішим методом підвищення потужності. З цієї ж причини ця конструкція не може застосовуватись для дизельних двигунів.

Аж до 1950-х років завдяки своїй простоті і дешевизні двигуни з таким ГРМ були найпопулярнішими на легкових (за винятком спортивних) і вантажних автомобілях. Перші масові моделі з двигуном верхньоклапанного компонування з'явилися в Європі ще у 1930-х, а до 1950-х років, після появи в широкому доступі палива з вищим октановим числом, стало очевидно, що нижньоклапанна схема стримує розвиток автомобілебудування, заважаючи створенню досконаліших, динамічних і швидкісних автомобілів. У результаті в першій половині п'ятдесятих років на легкових автомобілях почалося масове впровадження верхньоклапанних двигунів, позбавлених властивих ніжньоклапанним схемам недоліків.

Верхньоклапанні ГРМ з приводом клапанів штовхачами (тип OHV)

Дана конструкція ГРМ була винайдена Девідом Данбаром Б'юїком (англ. David Dunbar Buick) на початку XX ст. У ній клапани розташовані у головці блока циліндрів, а розподільний вал — у блоці циліндрів (OHV — англ. OverHead Valve; або англ. I-Head, чи англ. Pushrod). Привод клапанів здійснювався штангами-штовхачами через коромисла.

Перевага такої схеми — відносно проста конструкція і конструктивна надійність. Для урухомлення механізму, як правило, використовувався простий і надійний привід розподільного вала шестернями, що виключає саму можливість таких несправностей, як розрив ременя ГРМ чи «перескакування» ланцюга в механізмі з ланцюговим приводом.

Двигуни з ГРМ типу OHV відчутно компактніші в порівнянні з верхньовальними, через відсутність у головці блоку розподільного вала.

Істотним недоліком ГРМ типу OHV — велика інерційність такого механізму газорозподілу, що дещо обмежує безпечні максимальні оберти колінчастого вала двигуна і, отже, і літрову потужність (ступінь форсування). Спортивні двигуни з ГРМ типу OHV, наприклад — у автомобілів, що беруть участь в гоночній серії NASCAR, можуть працювати і на 11000 об/хв, але для забезпечення цього потрібні спеціальні, досить дорогі конструктивні й технологічні рішення.

Крім того, така схема ускладнює використання більше двох клапанів на циліндр (двигуни з таким ГРМ при 4-х клапанах на циліндр, мають великі габарити і масу, що робить їх малопридатними для використання в легкових автомобілях, але вони є цілком прийнятними для вантажівок і важкої техніки) і ускладнює проектування впускних і випускних вікон в головці блока циліндрів з точки зору пропускної спроможності та опору потокові.

Двигуни цієї схеми зазвичай є тихохідними але мають гнучку моментну характеристику.

У світовій практиці легкового автомобілебудування такі двигуни були поширені з 1930-х (у США — з 1950-х) і до 1970-х років. Іноді такі двигуни використовувались до 1990-х років на недорогих автомобілях через свою дешевизну і компактність. Наприклад, Ford Ka першого покоління (1996—2002) використовував інжекторну версію чотирициліндрового двигуна розробки кінця п'ятдесятих років з ГРМ типу OHV, який мав досить компактні за сучасними стандартами розміри, що дозволило вмістити двигун в невеликому моторному відсіку авто.

Схема OHV є популярною і на тихохідних чотиритактних двигунах для газонокосарок , бензинових електростанцій, мотоблоків. Сучасні тракторні двигуни також використовують дану схему.

Двигуни з розподільним валом в головці блока циліндрів (тип OHC)

Розподільні вали двигунів, виконані за схемою OHC приводяться в рух зубчастим пасом або ланцюговою передачею. Перевага приводу зубчастим ременем — дешевизна та безшумність. Недоліки: у більшості двигунів обрив ременя викличе удар тарілок клапанів у днища поршнів. Щоб уникнути цього рекомендується строго дотримуватися встановленої періодичність заміни зубчастого ременя. Ресурс паса зазвичай становить від 50 до 150 тис. км. пробігу авто.

Ланцюговий привод ГРМ є поширеним у верхньому ціновому сегменті легкових автомобілів, використовується в двигунах вантажних автомобілів. Ланцюг, зазвичай здвоєний, знаходиться в об'ємі двигуна, що омивається моторною оливою. Переваги: відсутність небезпеки раптового обриву, зношений ланцюг починає стукати, особливо на холодному двигуні, попереджаючи про необхідність заміни; більший ресурс — у 2-3 рази більший, ніж у зубчастого ременя; довговічність. Недоліки: велика вартість, шумність. Сильно зношений ланцюг може розтягуватися і перескакувати через декілька зубців зірочки — до катастрофічних для мотора наслідків це не приводить, але викликає зсув фаз газорозподілу і, відповідно, істотне порушення його роботи, яке не завжди відразу правильно діагностується при ремонті через схожість симптомів з іншими несправностями.

Тип SOHC

Двигун з одним розподільним валом і клапанами в головці блока циліндрів (SOHC скор. від англ. Single OverHead Camshaft; також, англ. Overhead Camshaft) у залежності від конфігурації механізму урухомлення клапанів поділяються на двигуни з:

• приводом клапанів коромислами — клапани розташовані з боків від розподільного вала (V-подібно), приводяться в рух насадженими на спільну вісь коромислами, одні кінці яких штовхаються кулачками вала, а інші приводять в рух стержні клапанів;

• приводом клапанів важелями (рокерами) — розподільний вал встановлюється над розташованими в ряд клапанами, урухомлює їх через важелі, що спираються на сферичні шарніри, штовхаючи їх кулачками у середній частині важелів. Недолік: підвищена шумність, високі навантаження у зоні контакту кулачка з важелем;

• приводом клапанів штовхачами — простий механізм з мінімальною інерцією деталей, у якому розподільний вал розташований безпосередньо над клапанами, які спрямовані тарілками донизу, і переміщає їх через циліндричні штовхачі. Недолік: менша еластичність характеристик двигуна, складне регулювання клапанного проміжку.

Схема SOHC найбільше була поширена із середини 1960-х до 1980-х років. Окремі види двигунів («Renault Logan») випускались і пізніше.

Тип DOHC (від англ. Double OverHead Camshaft) — двигун з двома розподільними валами в головці блоку циліндрів.

При цьому існує два принципові різновиди цього механізму, що відрізняються кількістю клапанів.

• DOHC з двома клапанами на циліндр. Ця схема є ускладненим різновидом звичайної схеми SOHC. В головці блока циліндрів розташовані два розподільних вали, один з яких урухомлює впускні клапани, другий — випускні. Ця схема мала застосування у 1960-х — 1970-х роках на високопотенційних двигунах таких автомобілів, як «Fiat 125», «Jaguar», «Alfa Romeo» тощо. Схема дозволяє значно збільшити частоту обертання колінчастого вала за рахунок зменшення його інерції і як наслідок, збільшити потужність двигуна.

• DOHC з чотирма і більше клапанами на циліндр. У схемі передбачається два розподільних вали, кожен з яких приводить свій ряд клапанів. Зазвичай, один розподільний вал штовхає два впускних клапани, другий — два випускних одного циліндра. Фактично, це дворядний варіант схеми SOHC з удвічі більшою кількість розподільних валів і клапанів, однак можуть бути реалізовані схеми із загальною кількістю клапанів на циліндр від 3-х до 6-ти. Привод клапанів, зазвичай здійснюється штовхачами.

Навіть якщо двигун має більше однієї головки блока циліндрів, а значить, більше двох розподільних валів, він все рівно належить до схеми DOHC.

Десмодромний газорозподільний механізм

У десмодромному (англ. desmodromic) газорозподільному механізмі використовуються два розподільних вали (або один з кулачками складної форми): один відкриває клапани, а другий — закриває. Клапанні пружини відсутні.

Двигуни з десмодромним газорозподілом можуть працювати на частотах обертання, що не доступні для клапанних механізмів з пружинами, у яких при певних обертах колінчастого вала швидкості спрацьовування клапанних пружин не вистачатиме для того, щоб відвести клапани з-під удару поршня до досягнення ним верхньої мертвої точки («зависання» клапанів), що призводить до виходу двигуна з ладу.

Десмодромний механізм містить багато прецизійних деталей, є трудомістким і дорогим у виготовленні, вимагає якісного змащення. Цей механізм застосовувався на низці спортивних авто, наприклад, «Mercedes-Benz W196», «O.S.C.A. Barchetta» та «Mercedes-Benz 300 SLR», а також — на мотоциклах «Ducati».

Клапанні ГРМ без розподільного вала

У таких технічних рішеннях використовують електричний (соленоїди) або гідравлічний приводи клапанів. Перебувають на стадії дослідно-конструкторських розробок.

Більшість виробників автомобілів світового рівня пропонують на своїх двигунах систему зміни фаз газорозподілу, яка забезпечує регулювання параметрів відкриття клапанів відповідно до частоти обертання двигуна та навантаження на нього. Завдяки цьому досягається ефективніше використання потужності двигуна, зменшуються витрати пального та забрудненість вихлопу.

Зокрема, існують варіанти такої системи розробки фірм Honda (VTEC), Toyota (VVT-i), Mitsubishi (MIVEC), Nissan (VVL), BMW (VANOS), Ford (Ti-VCT) тощо.