Несмотря на то что автомобиль давно и прочно вошёл в жизнь людей, обсуждаемые вопросы автомобильной темы не меняются. Спорят о том, что лучше бензин или дизель, правый руль или левый, передний привод или классика. С недавних пор водители обсуждают что лучше, цепь или ремень ГРМ. В современных двигателях может быть использована как цепь в приводе ГРМ, так и зубчатый ремень. Причём последний может быть установлен как на совсем небольших силовыхагрегатах, так и мощных многолитровых двигателях.
Что было раньше цепь или ремень
Любой двигатель внутреннего сгорания в своей конструкции должен иметь механизм, который обеспечит своевременное наполнение камеры сгорания рабочей смесью и отвод отработавших газов. Этим занимается механизм газораспределения, который часто называют ГРМ. В его конструкцию входят несколько деталей, это:
- Клапан (впускной и выпускной), которые наполняют камеру сгорания и отводят продукты сгорания. Устанавливают их в головке блока цилиндров (ГБЦ).
- В ГБЦ предусмотрено место для установки одного или двух распределительных валов. Эта деталь отвечает за правильное распределение рабочих фаз в процессе работы мотора, открывает или закрывает в нужный момент клапан.
- Устройство, которое передаёт вращательное движение от коленчатого вала к распределительному и некоторым другим агрегатам, называемое приводом ГРМ.
Что установлено в конкретном двигателе в приводе ГРМ цепь или ремень, или шестерни, зависит от предпочтений конструкторов силового агрегата. Газораспределение в моторах было и будет всегда, а привод механизма ГРМ менялся неоднократно. Первые образцы двигателей имели расположение клапанного механизма в блоке цилиндров, приводились они в движение толкателями от коленчатого вала. После переноса их в ГБЦ, был разработан привод для механизма ГРМ.
Двигатель внутреннего сгорания
Такие моторы (с верхним расположением клапанов) позволили снять больше мощности при равном рабочем объёме ДВС с нижним расположением клапанов. Первоначально в приводах ГРМ стали использовать цепь. Она могла быть однорядной, двухрядной и для повышения надёжности, даже трёхрядной. Для обеспечения работы цепи дополнительно устанавливался механизм её натяжения и «успокоитель». Цепь работала совместно с роликами, а в дальнейшем они были заменены зубчатыми шестернями.
Первое упоминание о применении зубчатого ремня в приводе ГРМ появилось в далёком 1956 году. Это был гоночный автомобиль Devin Sports Car, изготовленный в Америке. До применения такой конструкции привода в обычных автомобилях прошло около тридцати лет. В настоящее время бо́льшая часть производимых моторов имеет ремень в приводе ГРМ, а цепь использует ограниченное количество компаний. Среди них можно назвать BMW, Toyota, Mitsubishi и некоторые другие.
В некоторых моторах используется комбинированный привод ГРМ, в которых одновременно работают цепь и зубчатый ремень. Чтобы стало понятно, что лучше в приводе механизма ГРМ, следует более подробно рассмотреть обе конструкции этого механизма. Каждая из них имеет свои преимущества и недостатки.
Эволюция системы газораспределительного механизма
Глава 1: Зубчатые шестерни
Основная цель использования цепей или ремней ГРМ в двигателях внутреннего сгорания – это транспортирование энергии (крутящего момента) от вращения коленвала к устройству клапанов в головке блока, которые обычно управляются распределительным валом (распредвалом).
Эту проблему не так сложно решить. Очевидное решение – это использование шестерен. Именно с помощью них легко передавать крутящий момент в боковом направлении.
Вот зубчатые шестерни Volvo P1800S:
Да, это шестерни той Volvo P1800S 1966 года, которая проехала почти 5 млн километров. Мотор в этой машине без единого ремонта пробежал больше 3 млн километров. Далее был проведен дорогой ремонт, и машина снова наездила более 1 млн километров. А теперь о грустном.
Как вы думаете, выгодно ли автопроизводителям выпускать такие автомобили, которые могут служить владельцу длительный промежуток времени? Ведь чем больше ресурс автомобиля, тем меньше продажи автопроизводителей. Вы представляете, сколько бы сегодня ходили автомобили, если бы они все оснащались для передачи крутящего момента от коленвала на распредвал зубчатыми шестернями? Представьте, если бы вы были генеральным директором компании, которая продавала продукт, служивший 50 лет, а не 10.
Насколько мы можем судить, руководители крупных автомобильных компаний решили в один прекрасный момент в истории автопромышленности спроектировать двигатели так, чтобы уменьшить их срок службы. Мы не знаем, сделано это специально или по необходимости. Но суть от этого не меняется.
Начав проектировать двигатель с меньшим ресурсом, автокомпании стремились в первую очередь к своей выгоде, чтобы эксплуатируемые в мире автомобили быстрее оказывались на свалке, что увеличивало бы продажи новых автомобилей. Но как это сделать без жалоб автовладельцев? Очень просто. Нужно придумать умную новую технологию!
Глава 1.5: Нейлоновые зубчатые шестерни
Первое решение проблемы долговечности двигателей, которое мы хотим обсудить, довольно показательно – замена металлических зубчатых шестерен на шестерни с нейлоновыми зубьями, которые установлены прямо на металл.
Это шестерни от двигателя модели Chrysler 383 1969 года. Важно знать, что эти шестерни дороже, чем обычный металлический шестереночный механизм.
Все потому, что нейлон очень дорогой. Как альтернативу можно, конечно, использовать более дешевый пластик. Но и пластиковые шестерни на самом деле дороже стальных. Ведь для производства пластиковых шестерен нужно в 30 раз больше материала, чем при производстве металлических. Только так можно добиться, чтобы пластиковая шестерня выдерживала ту же нагрузку, что и стальная.
Как вы думаете, какое оправдание придумали автопроизводители, которые недавно стали вместо стальных шестерен использовать пластиковые? Они объяснили замену стальных шестерен необходимостью сделать двигатели тише. Однако это слабый аргумент, в который могут поверить только дилетанты. Об этом ниже.
Глава 2: Цепь ГРМ
Когда некоторые производители стали использовать нейлоновые шестерни, выявилась одна проблема: шестерни были слишком слабыми. В итоге автопроизводители стали получать множество критики. Следующей технологией передачи энергии для синхронизации двигателя стали цепи ГРМ. Это более умный способ уменьшить ресурс двигателей так, чтобы потребители не жаловались.
С инженерной точки зрения принцип работы цепи ГРМ в газораспределительном механизме основан на передаче крутящего момента на большие расстояния, как, например, на этом велосипеде:
Важное значение в этом механизме имеет задняя пружина, которая помогает держать цепь в натяжке при переключении скоростей на велосипеде. Ведь когда цепь перескакивает на другую звездочку, длина ее прямого сегмента изменяется. Если бы не было специального механизма, то при переключении скоростей цепь на велосипеде провисла бы или даже слетела.
Этой проблемы в машине не существует. Но есть в автомобилях свои заморочки. Например, цепь ГРМ со временем изнашивается (причем если сравнивать с зубчатыми шестернями, износ цепи происходит очень и очень быстро). Это приводит к увеличению эффективной длины цепи с течением времени. Поэтому автопроизводители оснастили цепь ГРМ натяжителем для устранения ее провисания. Ну что, вот вам и еще одно доказательство того, что автопроизводители намеренно сократили срок службы компонентов двигателя, перейдя на использование цепи ГРМ.
В принципе, использовать цепь не было необходимости. Тем более что крутящий момент от коленвала на распредвал нужно передавать на небольшие расстояния. Но нет. Автопроизводители сознательно решили оснастить все двигатели цепью ГРМ, которая очень быстро изнашивается по сравнению с шестернями.
Это, безусловно, решало проблемы долговечности моторов 60-х годов.
Вот два решения цепного привода системы ГРМ:
На левой картинке вы можете увидеть двигатель, оснащенный длинными толкателями клапанов (схема OHV). Этот мотор использует небольшую цепь. Справа вы видите двигатель с системой OHC или DOHC, где используется длинная цепь. Конструкция слева рассчитана на более длительный срок службы. Также конструкция мотора слева дешевле и легче. Более длинные цепи, используемые в двигателях конструкции OHC, со временем больше изнашиваются и растягиваются. Самое плохое – это когда в двигателях с двумя цепями одна цепь изнашивается быстрее другой. В этом случае натяжитель более изношенной цепи ухудшит идеальную синхронизацию мотора.
Но многие автопроизводители используют множество различных технологий, чтобы предотвратить подобную асимметрию в синхронизации двигателя в результате износа цепи или ее растяжения.
В некоторых моторах есть системы переменной синхронизации клапанов, например, такие как VTECH или VANOS. В таких моторах натяжитель цепи подключен к устройству опережения синхронизации. На таких моторах в случае провисания цепи от износа она автоматически немного продвигается на несколько звеньев.
Но во всех этих примерах при использовании цепи ГРМ мы не видим систем, предотвращающих быстрый износ цепей. Вместо того чтобы придумывать, как увеличить срок службы цепей ГРМ, автопроизводители все сделали для того, чтобы сильно натянутая цепь испытывала максимальное механическое трение. Это означает, что со временем нарушается не только натяжка цепи, что приводит к ее износу, но и изнашиваются также натяжители цепи.
Глава 3: Ремни ГРМ
Проблему долговечности двигателей можно решить с помощью ремней? Если вы инженер в автомобильной компании, которая поручила вам придумать, как сократить срок службы двигателей, то вы, конечно, не остановитесь на цепях ГРМ. Вы обязательно придумаете еще что-нибудь, с радостью сообщив своим руководителям, что вместо цепей ГРМ нужно использовать ремни ГРМ.
Именно так это и произошло в истории автопромышленности. Ремни ГРМ стали следующим шагом по заговору против автовладельцев, мечтающих всю жизнь владеть одним автомобилем. Ремни ГРМ пришли на смену цепям во многих автомобилях.
Ремни газораспределительного механизма появились на сцене еще в 1962 году. Но на раннем этапе ремни не стали так популярны, поскольку в те годы еще не было технологий, способных производить крепкие ремни. И все дело было в резине, из которой изготавливали первые ремни. Известно, что резина при больших температурах быстро стареет.
В итоге первые ремни ГРМ служили очень недолго и рвались, что нередко приводило к существенной поломке двигателя. Затем ремни стали более надежными, и автопроизводители стали отказываться от цепей, также заявив, что это необходимо, чтобы уменьшить шум двигателей. Но, несмотря на технологии производства ремней ГРМ, они все равно по сроку службы уступают цепям ГРМ. Автопроизводители сделали так, чтобы автовладельцы чаще приезжали на техническое обслуживание для замены ремня ГРМ (которое обходится в немалые деньги).
В современных автомобилях ремни ГРМ служат более длительный срок по сравнению со старыми автомобилями. В некоторых машинах ремень ГРМ нужно менять каждые 100-150 тыс. км, тогда как совсем недавно в некоторых автомобилях автопроизводители рекомендовали менять ремень каждые 30-45 тыс. км.
Но это не значит, что теперь ремни ГРМ имеют преимущество перед цепью. Также это не значит, что вы должны бежать покупать автомобили только с цепью ГРМ. Все не так просто.
Глава 4: Цепи с пластиковыми направляющими
Следующим решением проблемы долговечности автомобилей был переход автопроизводителей с использования обычных цепей на цепи, которые используют изогнутые пластиковые направляющие. Этот пластик разваливается со временем. Но вы не удивляйтесь. Это изначально и придумано так, чтобы эти пластиковые направляющие вышли из строя через определенный пробег автомобиля.
Плюс в таких современных моторах используются непрямые длинные цепи. То есть используется принцип, как в этом 10-скоростном велосипеде:
С инженерной точки зрения для того чтобы эффективно передавать крутящий момент по длинной цепи, необходима дополнительная шестерня. Но в вышеуказанном примере в видео цепь в современных моторах изогнута и постоянно взаимодействует не с шестерней, как положено, а с куском ПЛАСТИКА!
Что дороже – цепь ГРМ или ремень ГРМ?
Итак, мы посмотрели, как автопроизводители перешли от шестерней на цепи ГРМ, а затем на ремни ГРМ, и теперь снова решили использовать цепи. Осталось теперь разобраться, что дешевле обслуживать – автомобиль с ремнем ГРМ или цепью? Конечно, здесь все зависит от марки и модели конкретного автомобиля. Но в целом все примерно то на то и выходит, как это ни покажется сначала странным.
Ремень ГРМ, конечно, стоит дешевле цепи. Но как только к ремню ГРМ вы приобретаете шкивы и все остальное, стоимость замены ремня ГРМ и приводных роликов будет примерно сопоставима со стоимостью замены цепи ГРМ.
Если говорить о старых подержанных автомобилях, то, конечно, предпочтительнее покупать автомобиль с классической цепью, которая относится к древней технологии, проверенной временем. Если же говорить о новых современных автомобилях, то сегодня лучше приобретать автомобили с ремнем ГРМ, поскольку новые цепные технологии газораспределительного механизма, набирающие снова популярность, несовершенны и менее надежны, чем старые классические цепные системы ГРМ.
Но с автомобилями, использующими ремни ГРМ, нужно быть внимательным, поскольку ремни имеют свойство неожиданно рваться от износа или заводского брака. В этом случае многие двигатели ждет поломка, из-за того что клапаны мотора встретятся с поршнями.
Глава 5: Разнообразие – это специя жизни
Мы только поверхностно затронули вопрос, что происходит с эволюцией автомобилей. Все на самом деле сложнее. Вот здесь вы можете прочитать, почему современные моторы намного хуже старых.
К производителям автомобилей уже много вопросов. Например, почему автомобили Мерседес Е-класса, выпущенные для таксопарка Германии, могут легко проехать 500 тыс. км, тогда как обычные версии не всегда могут без ремонта доехать до такого километража? Или почему современные грузовые машины, также как и старые, по-прежнему могут легко намотать без ремонта более 1-2 млн километров, несмотря на то что в двигателях грузовиков более высокая степень сжатия и крутящий момент?
Или, например, почему современные датчики кислорода выходят из строя намного быстрее, чем в старых машинах? Или почему автопроизводители стали в конструкции многих компонентов использовать вместо металлических деталей пластиковые, что в итоге привело к существенному сокращению срока службы транспортных средств? И таких вопросов тысячи.
Обычно производители на все вопросы отвечают просто: замена металлических деталей на пластиковые необходима для снижения веса автомобилей. Но постойте, а что, в мире нет алюминия? Но нет, автопроизводители продолжают ухудшать автомобили, облегчая все преимущественно пластиком.
На самом деле нужно написать целый учебник, чтобы перечислить все детали, которые ухудшились в современных машинах.
Цепь ГРМ
Бо́льшая часть «старых» отечественных и импортных моделей автомобилей в приводе ГРМ имеют цепь. Водители со стажем привыкли к ней и относятся к новшествам в виде зубчатого ремня с некоторой опаской. Они с большим энтузиазмом доказывают молодому поколению целесообразность использования металлической цепи в приводе. Современный цепной привод обладает высокой надёжностью и эффективностью.
Преимущества цепного привода
К основным достоинствам такого фактора относят следующие факторы:
- высокая надёжность и долговечность механизма;
- нет зависимости от перепада температур;
- небольшой объём работ по техническому обслуживанию.
Цепь газораспределительного механизма
Обладая большим сроком службы, цепь не требует особых затрат на обслуживание. Её ресурс особенно зависит от условий эксплуатации силового агрегата, качества используемых расходных материалов. При соблюдении всех рекомендаций по обслуживанию мотора, цепь может прослужить более 200 тыс. км пробега.
Недостатки цепи
К сожалению, их больше, но они не могут превзойти достоинства такой конструкции, минусом такой схемы считаются:
- Конструкция представляет собой сложный механизм. Для замены изношенной детали или проверки технического состояния привода приходится совершать несколько разборочных операций.
- Увеличение массы двигателя.
- Повышенный шум во время работы двигателя.
- Дорогая себестоимость ремонта и обслуживания цепного привода.
Гнёт ли клапана
Однозначно утверждать, что такое невозможно — нельзя. Разрыв моторной цепи в приводе ГРМ явление очень редкое, но всё же иногда встречается. Если такая проблема с цепью случилась. Встреча клапанов с поршнями неизбежна, они будут погнуты, головка поршня может быть сильно повреждена. Избежать этого можно в том случае, когда в двигатель семейства ВАЗ 2101–2107 поставить поршня от ВАЗ 2105, которые имеют выемки в головках поршней.
Особенности устройства цепи ГРМ.
Если с ременной передачей знакомы практически все автолюбители, то использование цепи в качестве приводящей части ГРМ встречается заметно реже, а значит, сталкивался с ней далеко не каждый. В большинстве двигателей старых образцов применялись двухрядные цепи, которые было практически невозможно порвать. Она стоит на зубчатых шестеренках и приводила в действие газораспределительный механизм, синхронизируя работу с маховиком коленчатого вала. В наши дни применяются однорядные цепи, напоминающие цепь обычного велосипеда. Во время работы она получает постоянное масляное смазывание, не только облегчающее функционирование, но и снижающее её нагрев. Из-за необходимости установки дополнительной ванны со смазкой блок и ГБЦ требуется серьезно удлинять, что негативно сказывается на размерах мотора и весе.
Преимущества и недостатки использования цепи в газораспределительном механизме.
Основным преимуществом цепной передачи ГРМ является увеличенный ресурс, абсолютно не зависящий от факторов эксплуатации автомобиля. Цепи не страшны ни морозы, ни жара. Спокойно переносит дожди и снег. Никакого сколь-нибудь значимого влияния эти факторы не оказывают. Благодаря применению цепей можно значительно точнее настроить рабочие фазы газораспределения. Цепь вытягивается значительно медленнее, а на протяжении практически всего срока службы не произойдет нарушения выставленных настроек и как следствие потери мощности силового агрегата. Выделим и тот факт, что двигатели с цепной передачей способны выдерживать более серьезные перегрузки, нежели моторы, на котором стоит ремень.
Из недостатков цепей ГРМ выделяется высокая стоимость замены. Гарантированный рабочий ресурс цепь выдерживает, однако по истечении срока службы цепной привод приходится заменять, что требует заплатить сумму почти вдвое большую, нежели при замене ремня ГРМ. Так же вы можете прочитать статью прозамену цепи на Пежо с двигателем EP6
Ремень ГРМ
Ременной привод ГРМ имеет множество положительных моментов, благодаря которым стал сегодня популярным в конструкциях современных силовых агрегатов. Обслуживать такой привод приходится чаще.
Замена обычно производится при 50–60 тысячах километров пробега. Заменить ремень, который отслужил свой срок не сложно, можно выполнить самостоятельно. Обрыв ремня происходит редко. Наиболее частой проблемой является срезание зубьев в этом изделии.
Преимущества ремня
К ним можно отнести следующие факторы:
- Такой привод прост по конструкции, не требуется смазка в процессе работы. В движке отсутствует канал для цепи, что снижает общую массу силового агрегата машины.
- Отсутствует шумность при работе мотора.
- Низкая стоимость ремонта или обслуживания механизма ГРМ.
Ремень газораспределительного механизма
Становится короче длина мотора, который в машинах, имеющих привод на передние колёса, занимает место поперёк кузова.
Недостатки ремня
Не существует механизмов, у которых нет недостатков, это в полной мере относится и к ременной зубчатой передаче механизма ГРМ. Такой привод весьма уязвим ко многим факторам в процессе эксплуатации машины. К ним относят попадание воды или моторного масла в рабочую зону, большой перепад температур. Особенно он чувствителен к низким температурам. Надёжность ременного привода зависит не только от пробега авто, но и от возраста зубчатого ремня.
Пробег может быть небольшим, а машина простояла несколько лет без движения, поэтому ремень подлежит замене. Движки с такими механизмами ГРМ боятся резких прокруток мотора, так как из-за этого может проскальзывать ремень. Сегодня большинство моторов имеют фазовращатели, для них возрастает риск того, что попадёт моторное масло в зону работы привода ГРМ.
Что с клапанами
Применение в качестве топлива бензина с высоким октановым числом требует сильного увеличения степени сжатия рабочей смеси в верхней мёртвой точке рабочего хода поршня. Этого добиваются уменьшением объёма камеры сгорания. Если по каким-либо причинам клапан остаётся без движения, происходит его встреча с движущимся поршнем.
На автомобилях ВАЗ 2105 устанавливают поршни с проточками, что исключает возможность встречи с клапаном. Такой же принцип используется на двигателях ВАЗ 21083 рабочим объёмом 1500 см 3. Такая проблема может возникнуть при обрыве ремня или срезании его зубьев.
Подводим итоги
На чем же остановить свой выбор? Если сравнить все характеристики цепи и ремня, взвесить все «за» и «против», в итоге окажется, что эти два механизма противопоставляют стабильность и качество ресурса ремня и доступную цену на его замену, и более очень стойкой к неблагоприятным воздействиям цепи, замена которой достаточно дорогая, а работа во многом зависит от смазки и режимов работы мотора.
Производители автомобилей находятся в постоянном поиске правильного решения. Два набора характеристик конкурируют между собой, поэтому перевеса на одну из сторон не наблюдается. Мнения обычно расходятся. Двигатели Фольксваген в самом доступном ценовом сегменте чаще всего используют ремень, а не неудачную цепь. Даже на самых мощных моторах немецкого автопроизводителя тоже стоят ремни.
Среднеразмерные же двигатели ЕA888 до сих пор используется цепной механизм, который там работает достаточно успешно. Иногда мастера Фольксвагена даже совмещали два механизма. В таком случае цепь применяли для синхронизации вращения двух распределительных валов, а один из них приводился при помощи ремня.
Опель вместе с Дженерал Моторс сейчас используют цепной привод ГРМ для всех двигателей, включая самые маленькие. Даже несмотря на всего лишь относительную надежность цепного привода среднеразмерного семейства двигателей. Однако с ремнями у производителя не было никаких проблем.
Компания БМВ применяет на своих знаменитых моторах только цепи, но успех этого мероприятия весьма беспорядочный. Иногда БМВ прибегает к откровенно неудачному облегчению конструкций, а иногда хорошая цепь может служить еще дольше, чем сам мотор. С ремнем ГРМ немецкий флагман выпустил отличный двигатель M40, надежность которого никогда не вызывала вопросов.
Подводя итоги, можно сказать, что нельзя точно предсказать, какой именно тип ГРМ окажется более надежным. Чтобы сравнивать, нужно обращаться к конкретным примерам, кроме того, важно учесть вероятность ошибок конструкторов и условия эксплуатации мотора. Ремень действительно может быть надежным, поэтому бояться его использования не стоит. Цепи хоть и надежны, но в случае сбоя цена за замену вас неприятно удивит.
В качестве дополнения предлагаем посмотреть подробное видео о замене ремня ГРМ на автомобиле ВАЗ 2112:
Также на эту тему вы можете почитать:
10 лучших зарядных устройств для автомобильных аккумуляторов
Присадки для двигателя надо использовать осторожно
Новый автомобиль до 350000 рублей — это редкость
Панель приборов ВАЗ 2114 выглядит великолепно и почти не ломается
Система смазки двигателя позволяет увеличить срок службы авто
Поделитесь в социальных сетях
Alexander Stepanoff 3 апреля, 2015
Опубликовано в: Полезные советы и устройство авто
Метки: Как устроен автомобиль, Советы автомобилистам
Какой ремонт дороже
Цена замены зубчатого ремня в механизме ГРМ в некоторых случаях может быть несколько выше против его цепного аналога, поскольку вместе с ним обычно меняют натяжной ролик, помпу насоса охлаждающей жидкости. На стоимость замены цепи влияет степень подготовительных работ при такой операции.
На отдельных моторах приходится демонтировать большое количество деталей на двигателе и в подкапотном пространстве. Есть такие модели автомобилей, у которых для замены цепи приходится полностью демонтировать двигатель.
Что выбрать
Какой вариант для владельца будет лучше, определить довольно сложно. Всё зависит от выбора модели двигателя или автомобиля. Можно найти примеры отличной работы в механизмах ГРМ как цепей, так и зубчатых ремней. Так, фирма BMW длительный период использовала в механизмах только цепи. Сегодня она производит ряд моторов с зубчатым ремнём в ГРМ.
Независимо от того какой вид передачи ГРМ предпочтёт водитель, следует вовремя и с высоким качеством обслуживать механизм, использовать рекомендованные расходные материалы, тогда проблемы с исправностью этого узла обойдут его стороной.
