Что лучше цепь или ремень ГРМ – история вопроса, плюсы и минусы конструкций приводов, мнение автомобилистов

Опубликовано: 28.08.2018

Новички и опытные автовладельцы находят множество поводов для спора о конструкции автомобиля. Дискуссии разворачиваются вокруг достоинств и недостатков дизельных и бензиновых силовых агрегатов, автоматических и механических коробок передач, переднего и заднего привода. Среди популярных тем – преимущества цепи или ремня в газораспределительном механизме.

Просто видео: Почему двигатели серии ЗМЗ (406, 405, 409) плохого качества?

ГРМ обеспечивает поступление в цилиндры компонентов топливо-воздушной смеси, герметичное запирание камер сгорания, отвод отработанных газов в выпускной тракт. Управление клапанами осуществляется одним или несколькими распределительными валами, вращающимися синхронно с коленвалом. Необходимое механическое усилие, точная синхронизация достигается за счёт привода распредвалов ГРМ от коленвала.

Видео (принцип работы газораспределительного механизма)

Виды привода газораспределительного механизма и история вопроса.

На заре автомобилестроения проблема привода ГРМ решалась просто — распредвал располагался внизу блока цилиндров, приводился во вращение шестернями. Располагавшиеся в «боковом кармане» камеры сгорания клапаны открывались (закрывались) штангами толкателей. Подобная схема применялась даже на автомобилях середины XX века, например, советских ГАЗ-52 или известных «Победах» (ГАЗ-20М).

Для оптимизации формы камеры сгорания потребовался перенос клапанов в область над поршнем. Появилась предложенная Дэвидом Бьюиком схема OHV с длинными штангами толкателей, устанавливаемая сначала на спортивных (уже в 20-е годы), а затем массовых автомобилях (сегодня используется в двигателях Chrysler Hemi, Corvette). Нижний распредвал, из-за достоинств схемы, благополучно «дожил» до нового столетия – примерами служат моторы Волг, Skoda Felicia, Ford Escort и др.

С увеличением скорости вращения потери ГРМ за счёт увеличения массы штанг, жесткости пружин значительно выросли. Выходом стал перенос распредвала в ГБЦ, что позволило снизить инерционные потери, но породило проблему привода газораспределительного механизма.

Первоначальным вариантом стала схема с промежуточными шестернями, надежная, но шумная, сложная в реализации (требовались точные расчеты зазоров, выбор твердости материалов, прецизионная установка валов, гашение крутильных колебаний). Применялась вплоть до настоящего времени – например, в двигателях Volkswagen AXD, AXE, BLJ, устанавливавшихся на Transporter и Touareg.

Точная дата появления цепного привода ГРМ неизвестна. Первоначально массово схема применялась в двигателях мотоциклов (например, в 1927 г. на AJS 350).

Популярности у автомобилестроителей решение получило с появлением силовых агрегатов со сдвоенными распредвалами. Применялось оно для нижнего и верхнего расположения вала и массово появилось на форсированных европейских моторах в 50-е годы.

В 60-е химия материалов и технологии производства позволили начать массовый выпуск надежных зубчатых ремней (текстильных с применением синтетических полимеров, металлокордных). В результате древнейший тип передачи появился в автомобильном приводе ГРМ. Впервые применение ременной передачи в этих целях зафиксировано в 1954 г. на авто Билла Девина Devin Sports Car, взявшем первый приз в гонках SCCA.

С 1966 г., с опелевского мотора Slant Four, начинание которого продолжили агрегаты Pontiac OHC Six, Fiat Twincam использование ременного привода стало массовым.

Соперничество продолжается сегодня.

Цепной привод.

В промышленных приводах находят применение различные виды цепей, но конструкторы автомобилей остановись на двух разновидностях:

Втулочно-роликовых (цепи Галля); Зубчатых.

Конструкция втулочно-роликовой включает:

Внешние пластины; Запрессованные в них валики; Надетые на валики втулки под ролики; Ролики; Внутренние роликовые пластины.

Таким образом чередующиеся внешние и внутренние пластины образуют шарнирно-соединенные звенья. Размеры звеньев определяются параметрами зубьев приводных шестерен (или задают их), число зависит от требуемой дины передачи (размеров ДВС). Втулки обеспечивают снижение трения, ролики, изготовленные из высокопрочных материалов с цементированной поверхностью, уменьшают износ.

В зубчатых цепях внешние пластины имеют особую форму с двумя зубьями, внутренние предназначены для предотвращения схода звена с шестерни. Звенья также соединены шарнирно. Особенности конструкции позволяют использовать значительно большее число звеньев, чем в роликовых.

В двигателях используются одно-, двух- и трехрядные цепи.

Значительная масса основного элемента цепного привода может создавать проблемы – за счет инерционности теряется натяжение на свободных участках, возникают колебания при движении. Устраняют их введением в конструкцию механизма дополнительных элементов – натяжителей (механических или гидравлических) и успокоителей.

Ременной привод.

Ременной привод ГРМ использует, как правило, зубчатый ремень. Зубцы входят в зацепление с шестернями, обеспечивая передачу крутящего момента на распредвал и предотвращая проскальзывание (важно для синхронизации).

Ремень обязательно снабжается:

силовым каркасом (кордом); защитным слоем для предотвращения внешнего воздействия на волокна корда; зубцами заданной формы и высоты.

Для кордов используют синтетические нити, тонкую металлическую проволоку, стекловолокно. Это позволяет добиться повышения прочности, эластичности, продольной стойкости к растяжению при сохранении гибкости.

Защитный слой, как правило, выполняют из неопрена. К нему приваривают зубцовую ленту.

Эксплуатационные характеристики во многом зависят от формы профиля зубца и точности отливки. Стандартный профиль – трапециевидный, Повышение эксплуатационных характеристик для высоких скоростей, передачи значительных крутящих моментов дстишается использованием смешанной (трапециевидная с закруглением) или эвольвентной (образованная кривыми высокого порядка) формы.

Натяжение обеспечивается натяжителями, защита от внешних воздействий – размещением в кожухе.

Особенности и эксплуатационные характеристики цепного и ременного привода.

Сравнение двигателей с приводным ремнем или цепью проводят по ряду эксплуатационных показателей.

Точность синхронизации.

Характеристика относится к важнейшим — от нее зависит возможность получения максимальной мощности двигателя (точность моментов подачи топливо-воздушной смеси и отвода продуктов горения). Кроме того, значительная рассинхронизация чревата серьезной аварией – движущийся вблизи верхней точки поршень может нанеси удар по открытым клапанам, выгибая штоки, вызывая разрушение других деталей конструкции.

Металлические цепи практически не подвержены растяжению в течение всего периода эксплуатации, с провисаниями и колебаниями, опасными перескоком звеньев по зубцам эффективно борются натяжители и успокоители.

Вероятность растяжения ремня значительно выше, из-за чего по точности синхронизации ременной привод потенциально уступает цепному. Производители устраняют недостаток использованием металлокордовых конструкций и нитей стекловолокна в каркасе.

В некоторых обстоятельствах цепные конструкции даже проигрывают ременным. В частности, устанавливаемый гидравлический натяжитель чувствителен к уровню давления масла, что приводит к появлению сбоев (потенциально – перескокам), например при старте двигателя или использовании регулируемых маслонасосов. Возможна аналогичная ситуация при обратном вращении вала, например, если на наклонной поверхности включена передача.

Надежность.

Считается, что ресурс цепи превосходит срок службы ремня намного. Действительно, производители, как правило, отрицают необходимость ее замены в течение срока эксплуатации силового агрегата до капитального ремонта.

Конструкции присуща износостойкость за счет высокого качества материалов, чистоты обработки, низкого трения (уменьшается также за счет постоянной смазки, увеличивающей также устойчивость к коррозии). Так, шарнирные соединения (самое «узкое» место в конструкции) допускают при минимальном уровне износа работу на скоростях 8 — 15 м/с (в некоторых моделях – более 35 м/с).

Приводной ремень же входит в список комплектующих, подлежащих замене в время планового ТО через 50-60 (для продвинутых двигателей порядка 100) тыс.км пробега. Основными факторами являются старение материалов, гизкая стойкость к агрессивным воздействиям (например, при попадании масла).

В современных моторах положение несколько изменилось. Высокая надежность обеспечивалась применением двух-, трехрядных цепных конструкций. Для них характерны высокая механическая прочность, равномерность распределения нагрузок и износа, сохранение работоспособности при обрыве звеньев одного ряда. Уменьшение габаритов двигателей потребовало перехода к однорядным, что существенно снизило показатели надежности – нередко замена требуется при 100-120 тыс.км. пробега.

Ременной привод с применением новых материалов и технологий приближается к аналогичным показателям. К примеру, многие известные бренды гарантируют растяжение вследствие износа не более 0.3%, а для агрегатов EcoBoost Ford с погруженным в масло ремнем заявлена долговечность, равная периоду эксплуатации двигателя (ресурс по данным производителя составляет 400 тыс.км).

Уровень рабочего шума.

Безусловно, ременная передача по этому показателю выигрывает у цепной. Однако, использование втулочных конструкций, постоянная смазка позволили двести шум цепи до приемлемых уровней, а звукоизоляция современного автомобиля полностью нивелирует преимущество ремня.

Считается, что ременная передача выигрывает у цепной по нескольким показателям:

Тяжести последствий при обрыве. Действительно, тяжелая цепь на высокой скорости может разрушать узы и детали, выбивая даже куски металла. В остальном же конструкции практически равнозначны и при обрыве ременные двигатели гнут клапана не менее успешно. Ремонтопригодности. Цепь нуждается в масляной ванне и поэтому, как правило, размещается в блоке цилиндров таким образом, что замена равносильна по объему работ капитальному ремонту. Ремень меняется проще и быстрее (в рамках ТО), однако сегодня (пример — тот же двигатель EcoBoost) наблюдается сближение показателей. Стоимости деталей и работ по замене. В двигателях с цепью такой ремонт обойдется в 15-20 (а для мощных V8 – 50 и более) тыс.руб. Однако разница в ресурсах и более частые замены ремня компенсируют и это расхождение. Да и на фоне стоимости двигателя затраты оказываются весьма незначительными.

Вообще, говорить о преимуществах цепной или ременной передачи – занятие неблагодарное, учитывая, что и производители не отдают явного преимущества какой-либо из них. К примеру, явные приверженцы цепных конструкций – BMW, Mercedes выпускают и ременные силовые агрегаты (например, N62, M272 соответственно), Ford предлагает новейшие двигатели с ремнями, а VolksWagen, Renault-Nissan массово производят и те, и другие моторы. Нередко в DOHC двигателях используют совмещенные решения.

Мнения автомобилистов.

Алексей, Toyota Land Cruiser:

Не имею представления, почему все за цепями гоняются – они ведь иногда тянуться и тогда проблем – масса. Другое дело ременный ГРМ: выбрать правильное качество – ходит 100 тыс., дешевле, менять просто. Выбор – однозначный.

Николай, Форд Фокус:

На Фокусе (1.6Ti) регламент замены ремня – через 140 тыс., практикой подтверждено. Была у меня Пежо 308 с ЕР6 за столько же пробега два раза на замену цепи попадал. Это при стоимости ремкомплекта больше 15 тыс руб., с заменой только в сервисе у официалов. А на Фокусе я в 4 тыс. укладываюсь и самому все сделать не проблема.

Олег, BMW X3:

На собственном опыте убедился, что цепи гораздо надежнее и лучше. На моей машине при правильном масле 200 тыс. ходят без проблем. Скажите, какой ремень пройдет столько? На предыдущей машинке с ременным — порвалось 3 шт. (вообще просто, если мотор в красной зоне). В обратном меня уже не убедить

Петр, MMC Grandis:

На Mitsubishi (движок 4G69, с 6G72 у товарища история подобная) ресурс ремня 90 тыс. — не отходил ни разу, менял уже дважды, и стоит это не 3000 руб, а с заменой в сервисе почти в 8 выходит. Недаром, заметил, что многие производители к цепным ГРМ возвращаются. Собираюсь машину менять, учту обязательно.