Цепной привод ГРМ. Виды цепей и особенности подбора масла.
Когда-то на заре внедрения цепного привода ГРМ, считалось, что цепи почти вечные и не требуют ни внимания ни обслуживания и уж тем более замены…действительно, цепь старых ДВС была 2х и даже 3х рядной — ее действительно невозможно оборвать сразу. Вместо этого она растягивается и начинает довольно сильно шуметь (процесс может затянуться до полумиллиона км), но при этом крайне редко перескакивает на один-два зуба по шестерням привода. Красота — да и только.
В погоне за увеличением объема салона моторный отсек стали укорачивать, а на переднеприводных машинах двигатель вообще поставили поперек, оставив для двигателя очень немного места. Для компенсации нагрузки на кузов стали применять подрамники. В этих условиях размеры цепи тоже стали сильно сокращать, из двух-трехрядной она стала однорядной, да еще и очень компактной и легкой. Толщина цепи ГРМ современного V6/V8 не больше, чем толщина велосипедной цепи. Ширина цепи важна не только потому, что нужно облегчить саму цепь, но и потому, что она находится в масляной ванне двигателя, а не снаружи, как ремень. Это значит, что блок цилиндров и головка блока должны быть длиннее аккурат на ширину цепи с некоторым запасом. Весь этот лишний металл тянет на несколько килограммов. Но слишком тонкая цепь стала рваться, доводя до абсурда весь смысл установки цепного привода ГРМ и приводя к растяжению и даже обрыву на совсем уж смешных пробегах — 50-60т.км., который переживет любой ремень.
Да, она начинает шуметь сильнее перед тем, как сдастся окончательно, но цепи и так шумят, на фоне звукового фона ее предсмертный лязг не всегда выделяется. Двухрядные цепи могли работать при обрыве одной из ветвей, да и нагрузка на них распределялась равномерно. Меньше был износ зубьев звезд, так что даже при использовании менее прочных сплавов цепь действительно могла считаться «вечной». Фактически до капитального ремонта двигателя беспокоиться о ее состоянии было не нужно в принципе. Достаточно было знать — что она есть.
Апогей идотизма эволюции — пластинчатые цепи Морзе, крайне требовательные к маслам, вязкости, содержанию противоизносных компонетов интервалу их замены и даже давлению масла (смазывается цепь — форсунками), очень любящие "полакомиться" шестернями привода распредвалов и приводной шестерней коленвала, а в некоторых случаях цепь приводит маслянный насос, с довольно скромной шестерней, которая может пострадать в первую очередь. Набраны они из пластин, плотно стянутых в пакеты, эти пластины трутся между собой изнашивая как друг друга, так и все вокруг. К тому же, при неудачном стечении обстоятельств перескакивает и вызывает встречу клапанов и поршней…а при разборе оказывалось что цепь вроде бы на своем месте, а компрессии нет. Их достоинства — тишина в работе и возможность раскрутить двигатель до весьма не маленьких оборотов без опасности обрыва цепи. Она же к сожалению делает диагностику цепи Морзе без разборки крайне сложной (не везде есть возможность быстро снять клапанную крышку или есть окно для просмотра состояния гидронатяжителя цепи), эти цепи вплоть до момента обрыва могут вообще себя не проявлять. Просто бац — и приехали…на капиталочку.
Складывается впечатление, что привод с цепью имеет сплошные недостатки. Но если бы все было так плохо, то ремень вытеснил бы его давно. Так в чем же преимущества? На первом месте стоит полная защищенность от всех внешних негативных факторов: попадания воды, снега, льда, низких температур. Цепь не боится морозов и жары, пыли и прочих неприятностей, которые могут повлиять на ресурс ремня.
Вторым важным качеством является точность установки фаз ГРМ. Цепь не растягивается под нагрузкой — только со временем из-за износа, а значит двигатель на высоких оборотах сохранит точную установку валов, что в свою очередь является залогом сохранения хороших мощностных характеристик на очень высоких оборотах.
Третьим плюсом является устойчивость к локальным перегрузкам в несколько раз больше номинальных. То есть при исправном натяжителе цепь с зуба на зуб не перескочит, и фазы газораспределения не собьет.
Также нельзя не отметить, что на системах с изменяемыми фазами ГРМ фазовращатели на распредвалах с цепным приводом не должны быть герметичными, а значит, они проще по конструкции и надежнее. Секрет прост: принцип работы фазовращателей основан на циркуляции масла. Ремень, как мы знаем, масла «боится», а цепь — нет.
Используемый в приводе цепей гидронатяжитель плохо работает при малом давлении масла (особенно при низких температурах) и может допускать перескоки цепи при старте и скачках давления, а значит, плохо совместим с системами старт-стоп и регулируемыми маслонасосами. Как минимум проработка этого узла становится дороже, а число отказов больше. И очень часто натяжитель не срабатывает при обратном вращении двигателя, например, при каких-то операциях в сервисе или при установке машину на передачу на горке, в этом случае цепь легко перескакивает на один или несколько зубьев и при старте двигателя…
Что интересно, производители современных двигателей постоянно экспериментируют — то поставят роликовую цепь, то поставят пластинчатую Морзе, то опять вернутся к допотопному ремню ГРМ, но до сих пор так и не вернулись к надежным и бессмертным 2х рядным роликовым цепям, лишь в дизелях эти цепи до сих пор сохранились.
Выбор масла в зависимости от вида цепи ГРМ.
Роликовые цепи, даже в удешевленном, однорядном виде не страдают провисаниями, быстрым износом, не любят "кушать" звезды — никаких особенностей нет, даже на малозольных и маловязких маслах эти цепи ходят очень долго (трение качения втулка-ролик и втулка-шестерня очень невелико), вплоть до капремонта в связи с критическим износом ЦПГ. Заливать можно не особо заморачиваясь на вязкости (даже W20 не доставляет проблем по крайней мере цепи, что было проверено множеством хондаводов, катающих по 350т.км. такие двигатели исключительно на W20 маслах, веря в "тонкие" масляные каналы), содержанием ZDDP или ZP. Ровно все то, что в обычный двигатель с ремнем ГРМ. Нередко пробег таких цепей переваливает за 500т.км даже на неподходящих маслах.
Для цепей Морзе (пластинчатых) все гораздо сложнее…имеет значение и ее ширина и количество зубьев и натяжение…но в целом масла можно заливать исключительно полнозольные (ACEA A3/B3 A3/B4, MB 229.1/229.3/229.5, RN700/RN710, W30 API SG/CD-SL/CF, W40 API SG/CD-SN/CF), с вязкостью не менее чем W30 (A5/B5 это минимум, никаких вам A1/B1), иначе произойдет ее достаточно быстрый износ, а также износ приводной шестерни и шестерен распредвалов. Возможно применение ILSAC GF4-GF5 масел, но не для всех двигателей. Надо ли напоминать что продукты износа цепи и шестерен работаю как абразив, попутно изнашивая распредвалы, постели, вкладыши и шейки коленвала? Думаю и ЦПГ тоже достается. Кому-то может показаться ресурс 100т.км. цепи на среднезольниках нормой, но на полнозольниках эти цепи свободно выхаживают до 250-350т.км. городского пробега, а то и больше. К сожалению, на современных ДВС в связи с увлечением производителей маловязкими маслами W16 W20, среднезольными маслами с пониженной золой (до 0,8%) и пониженным содержанием фосфора (600-800ppm, с соответствующим снижение содержания ZDDP, хотя лед тронулся — изобрели ZP) эти цепи редко выхаживают даже 100т.км. городского пробега, не растянувшись и не потребовав замены. И это не проблема этих цепей, проблемой является масло, абсолютно не подходящее под данный тип цепей. Апофеозом проблем являются двигатели с непосредственным впрыском топлива — с малозольными маслами приходится менять цепь и шестерни до 100т.км., а с полнозольными маслами разбирать и чистить впускные каналы и клапаны до 50т.км. "Забавный" выбор. Что чистить клапана с каналами, что менять цепи с звездами…
Исключением из данного правила являются японские двигатели с пластинчатой цепью Морзе (например Toyota/Daihatsu/Suzuki), свободно катающиеся на маловязких маслах W20 W30 ILSAC с пониженной золой вплоть до 350т.км. минимум и крайне редко требовавшие замены цепи и шестерен. На них цепь обычно меняют на всякий случай, а не в результате растяжения. Вероятнее всего в данном случае двигатели проектировали инженеры, а не экономисты и маркетологи.
И запомните — любая цепь дает сильнейшую нагрузку на любое на масло, буквально механически уничтожающая полимерный загуститель и вязкую базу — ломая их молекулы в более мелкие и снижая вязкость (получить из нормального W40 водичку W20 при неудачном стечении обстоятельств — легко!), разрушающая противоизнозные компоненты масла (площадь трущихся частей цепи, особенно Морзе — поистине огромна) и продуцирует большое количество металлических абразивов из твердых сплавов, из которых состоит как сама цепь так и шестерни. Поэтому масла на таких двигателях нужно менять как можно чаще. Оптимально 5000-6000км городского пробега. Конечно, полнозольный пакет может не сработаться за это время (т.к. объем картера двигателей с такими цепями как правило больше), но браковочными показателями масла станут резкое снижение вязкости, вышедшего из диапазона, накопление продуктов износа и заметное снижение содержания противоизносных компонентов.
Цепь или ремень ГРМ? Какие двигатели автомобилей самые надежные
Среди автомобилистов бытует мнение, что цепь в приводе газораспределительного механизма (ГРМ) гораздо надежнее обыкновенного зубчатого ремня. Она металлическая, крепкая и не рвется, в то время как ремень подвержен высокому износу и трескается под воздействием высоких температур. Так ли это на самом деле?
Надежность шестерен
В двигателестроении самой надежной схемой привода ГРМ считается шестеренная. Момент с коленчатого вала на клапанный механизм в ней передается за счет рядов зубчатых колес. Они практически вечны. Недаром на танке Т-34 и в поршневых авиамоторах все вспомогательные агрегаты работали за счет шестерен. В легковых машинах середины прошлого века тоже использовалась эта схема.
Шестеренный привод ГРМ сохранился и на некоторых современных V-образных многоклапанных моторах. Но такая конструкция оказалась громоздкой и тяжелой.
Цепной привод
Впервые среди отечественных машин цепной привод распредвала появился на Москвиче 412 в 60-е годы. А вскоре в 70-е он повсеместно ставился на Жигули. В то время не было хороших материалов, и цепь ГРМ была единственным вариантом для бесперебойной работы привода.
Она не нуждается в замене «по возрасту» и служит долгие годы, требуя лишь периодического смазывания и контроля за натяжением. Если же наступил ее критический износ, то перед поломкой цепь издает посторонние звуки, лязгает и стучит. Владелец сможет вовремя услышать этот сигнал и починить привод ГРМ. Но есть у цепного привода и недостатки.
Со временем цепь вытягивается. Удлинение цепи происходит при износе и увеличении зазоров в каждом шарнире. В итоге в течение 100-тысячного пробега длина цепи растет на несколько миллиметров. А этого бывает достаточно для проскакивания звеньев между зубьями с последующим выходом из строя клапанов.
Такие же проскакивания случаются, если оставить машину с включенной передачей на крутом склоне. Под нагрузкой настройка сбивается, и при запуске мотора валы теряют синхронизацию. Поршни бьют в клапана и гнут их.
Ресурс цепи определен в 100-120 тыс. км пробега.
Ременной привод
На отечественных машинах ремень появился впервые на двигателе ВАЗ-2105. Такие моторы оказались легче и дешевле в производстве. Первые ремни были ненадежны и могли оборваться уже через 10-15 тысяч км пробега. Правда, конструкция мотора предусматривала, что при любых взаимных положениях коленчатого и распределительного валов встречи клапанов с поршнями не происходило. Клапана не страдали, и при обрыве ремня мотор просто глох. Водители ставили запасной ремень и ехали дальше.
С появлением переднеприводного семейства ВАЗ потребовалось делать моторы мощнее и экологичнее, для чего реализовывались настройки ГРМ с опасной схемой, которая при обрыве ремня гнула клапана. Отдача мотора выросла, но над водителем стал висеть «дамоклов меч» в виде постоянной опасности обрыва ремня и серьезного повреждения двигателя.
Зато были и достоинства. Это легкость, простота, дешевизна и ремонтопригодность. Ну а проблему с надежностью решили за счет более качественных материалов.
Современные ремни могут ходить долго. Замена их производится в промежутке между 80-120 тыс. км пробега.
Основными недостатками ремня можно считать его чувствительность к утечкам масла. При контакте с ним материал ремня разлагается, трескается и теряет прочность.
Ресурс ремня зависит и от возраста из-за склонности резины к старению. Даже при длительном простое без работы ремень выходит из строя.
Самое неприятное, что ремень рвется мгновенно, зачастую без всяких предупреждающих сигналов. Недаром существует совет: если покупаете подержанный автомобиль, то сразу замените ремень ГРМ.
В общем, у каждого из приводов есть свои достоинства и недостатки. И сказать, что цепь имеет явное преимущество, конечно, нельзя. Если следить за состоянием ремня и не затягивать с заменой, то пользы от него больше.
Цепь или ремень ГРМ: что лучше и надежнее?
За всю мою историю владения автомобилей у меня были двигатели с цепным и ременным приводом. А как мы знаем отличаются они, конечно же, сроками обслуживания и стоимостью этого обслуживания. Так в чем же разница между этими приводами ГРМ и какой лучше.
Сейчас довольно большое количество автомобилей, и устанавливаемые на них двигатели имеют ременный или цепной привод. Последние 4 автомобиля у меня были с цепью, так как я считаю, что это наиболее удачный вариант, не придется вкладываться в запчасти и работу после покупки. В большинстве случаев предыдущий хозяин перед продажей не будет заморачиваться о замене, поэтому после приобретения автомобиля ремень ГРМ приходится менять. Время эксплуатации двигателя с цепочкой значительно дольше без вмешательства в работу. Да и случаев обрыва цепи ГРМ зафиксировано значительно меньше. Поэтому давайте разбираться, что лучше и надежнее.
Содержание
Принцип действия ремня ГРМ и цепи одинаков, но в первом случае передача вращения осуществляется резинотканевым ремнем, имеющим более короткий ресурс, чем металлическая цепь.
Цепь ГРМ
Когда точно появилась цепь ГРМ в двигателе, сейчас довольно сложно сказать, но одним из массовых выпусков двигателей с цепным приводом стал мотоцикл AJS 350 еще в 1927 году. Цепь показала свои лучшие стороны, и при этом уменьшился уровень шума. В основном распространены компоновочные пластинчатые и пластинчато-роликовые цепи. Несмотря на внешний вид, выполняют они одинаковые функции и имеют примерно одинаковый ресурс работы. Цепь располагается внутри мотора и надежно прикрыта от внешнего воздействия защитными экранами. Имеет хорошую смазку, поэтому не требует дополнительного обслуживания. Как и в ременном приводе, цепь имеет устройство натяжения механического или автоматического действия. Конечно же, при замене цепи заменяется и механизм натяжения и успокоения. Во многом благодаря меньшему количеству роликов, считается, что цепные приводы менее подвержены вибрации и постороннему шуму. Живучесть цепи доказана годами использования.
А вот к минусам можно отнести, что такие двигатели будут чуть тяжелее по весу и сложнее в обслуживании. Стоимость деталей и замена дороже. Но меняется цепь обычно раз в 150-200 тыс. километров, что довольно много для современного автомобиля.
Ремень ГРМ
Самым слабым местом считается именно состав ремня, так как из-за постоянных нагрузок, перепадов температур в момент простоя и работы, резина деградирует, а нейлоновые зубья стачиваются. Новый ремень должен полностью совпадать на всем этапе эксплуатации с зубьями всех шестеренчатых валов, приводящих в действие. Ремень устанавливается с внешней стороны двигателя, что значительно упрощает замену, но имеет слабую защиту от внешних факторов, позволяющих пыли и грязи попадать на него в процессе эксплуатации. Кроме того, в конструкции предусмотрен натяжитель, автоматического или ручного действия. В зависимости от конструкции двигателя, ремень может приводить в действие помпу, которая создает дополнительную нагрузку и частенько меняется в момент замены ремня.
При обрыве ремня, а он обычно сразу рвется без предупреждения автовладельцу, возникнут большие проблемы с ремонтом двигателя, так как загибает клапана, что чревато последствиями для всего мотора. Двигатель с ременным приводом обладает большим количеством подвижных натяжных и обводных роликов, которые со временем также могут выйти из строя. Ролики, как и ремень имеет ограниченный срок службы, а также на него воздействуют низкие температуры, масло и грязь. Даже если машина простаивает, резина входящая в состав ремня разрушается.
Но у ремня есть и положительные стороны и к этому можно отнести более простую замену без частичного разбора двигателя. Не требуется гидравлического натяжителя, а подойдет даже пружинный. Ремкомлект обычно дешевле цепного варианта.
Стоимость обслуживания цепного двигателя значительно дороже если сравнивать с ременным, но в то же время обслуживать такой двигатель можно значительно реже. Со временем цепь может растянуться и совсем в запущенных случаях порваться, но для этого придется довольно долго его эксплуатировать. И перед поломкой он подаст сигналы, которые вы уж точно услышите. Двигатель с ремнем ГРМ обслуживается значительно чаще, но детали более дешевые. При этом при покупке БУ автомобиля рекомендуется обслужить и ремень ГРМ, так как, скорее всего, владелец не будет вкладываться в замену перед продажей. При обрыве ремня ГРМ в большинстве случаев произойдет загибание клапанов, да и сам двигатель может существенно пострадать. В редких случаях о начинающейся проблеме можно понять по воющему подшипнику и в лучшем случае стоит контролировать пробег и состояние самого ремня. Иначе проблем не избежать.
Делая выводы из всего текста хочется выделить, что ремень всегда будет дешевле в обслуживании и стоимость деталей, но ходить он будет меньше, а если еще и порвется, то может наделать много неприятностей. Цепь ГРМ работает значительно дольше, при качественном масле, но стоимость деталей и работы может покрыть разницу в 2-3 замеры ремня. Поэтому выбор за вами, если автомобиль свежий, то я выбрал цепной мотор, а вот если двигатель подходит к критической точке в 150 тысяч и вы точно знаете, что цепь не менялась, то стоит задуматься. Потому как замена сильно жмет на карман.
Кроме цепного и ременного, существуют шестеренчатый и комбинированный. Они менее распространены и более дорогие в обслуживании, чем первые два.
В мою бытность был обрыв ремня из-за его плохого качества производства, и если сказать по-простому, то это была подделка. Тогда я отделался лишь заменой ремня, без повреждения двигателя. Качество современных деталей в последнее время всегда наводит на мысли, что стоит более тщательно, относится к обслуживанию и контролю состояния блоков автомобиля.
Цепь или ремень: какой привод ГРМ лучше?
Начнем с истории вопроса. На заре создания двигателей внутреннего сгорания самым простым и логичным был привод распределительного вала с помощью шестерен. Нужно, чтобы распредвал вращался вдвое медленнее коленчатого вала, а потому две шестерни с числом зубьев, относящимся как 1:2, представлялись идеальным решением. Схема с шестеренным приводом обладает самой высокой надежностью. Недаром на знаменитом танке Т-34 устанавливался двигатель В-2, у которого не только привод клапанов, но и всех вспомогательных агрегатов осуществлялся шестернями. Предвоенные, да и некоторые послевоенные легковые автомобили отечественного производства также имели шестеренный привод ГРМ с нижним расположением распредвала.
На цепь его!
Конструкторы автомобильных двигателей довольно быстро пришли к выводу, что распределительному валу место рядом с клапанами. Это решение упрощает привод клапанов и снижает инерционность, что особенно важно для высокооборотных моторов. И расстояние между распределительным и коленчатым валами стало достаточно велико, особенно на длинноходных двигателях. Такими называют моторы, у которых ход поршня больше, чем диаметр цилиндра. К тому времени уже были освоены в производстве втулочно-роликовые цепи, которые и стали применять для привода распредвалов. Передаточное отношение обеспечивала двукратная разница в числе зубьев ведущей и ведомой шестерен. А цепи применяли двухрядные, для надежности.
Впервые на массовом отечественном двигателе цепной привод появился на москвичовском двигателе УЗАМ-412, разработанном в первой половине 60-х годов прошлого столетия. А вскоре началось триумфальное шествие Жигулей, на которых вплоть до начала восьмидесятых безраздельно господствовал цепной привод распредвала.
Отмечу, что при использовании цепного привода всегда возникают сложные колебания системы, вызванные неравномерностью работы цепи. Для гашения этих колебаний мотористам приходится устанавливать успокоители в виде пластмассовых (иногда стальных обрезиненных) пластин. При этом цепь необходимо натягивать. Делать это приходится и сразу после сборки мотора, и в процессе эксплуатации в связи с удлинением (вытяжкой) цепи.
Откуда берется «вытяжка»? Интересный вопрос. Конечно, не может быть и речи об удлинении под нагрузкой каждой отдельной пластинки, составляющей цепь. Рассчитать на прочность эти элементы проще простого. Удлинение цепи происходит при износе, увеличении зазора в каждом шарнире, а их, как правило, больше сотни. Соответственно, и суммарная длина цепи может расти на несколько миллиметров по мере износа.
Ранние импортные и описанные выше отечественные двигатели имели механические натяжители с пружиной, обслуживаемые при каждом ТО. При этом цепи на наших моторах (напомню, двухрядные) ходили при должном обслуживании немногим больше 100 000 км. Далее тольяттинские моторостроители на много лет прекратили разрабатывать новые конструкции с цепным приводом, и только при модернизации старого доброго двигателя рабочим объемом 1,7 л для Chevrolet Niva и Lada 4×4 немного изменили конструкцию. Вместо двухрядной применили однорядную цепь, снабдив ее гидравлическим натяжителем. Замечу, что при равном качестве материалов ресурс однорядной цепи меньше: ведь в двухрядной цепи поверхностей пластин, взаимодействующих с валиками, минимум три, а в однорядной — только две.
Мировое моторостроение меж тем перешло на зубчатые цепи, что позволило снизить шум и износ. Достигнут такой эффект благодаря тому, что количество пластин, работающих в паре с валиками цепи, увеличено до четырех даже в самых простых конструкциях. Вторым фактором, продлившим срок службы цепей и сделавших их необслуживаемыми, стало применение гидравлических натяжителей. Такие устройства обеспечивают постоянное необходимое натяжение цепи, особенно если снабжены храповым механизмом, который уже не отдаст обратно отвоеванную у цепи слабину.
Да, кстати, вы в курсе, что на народном любимце Логане стоит цепь? «Нет, неправда, автор сошел с ума! Там ремень!» — скажете вы. А вот и нет. Масляный насос на этом достойном двигателе действительно приводит небольшая цепь.
Явление ремня народу
До поры до времени неметаллические материалы использовались в двигателе только в виде прокладок или сальников. Как вдруг в середине пятидесятых годов прошлого века американцы впервые наладили привод распредвала резиновым ремнем. Конечно, это был не такой ремень, который крутит генераторы и компрессоры кондиционера. Во-первых, требовалось синхронное вращение валов, то есть должно быть исключено проскальзывание ремня, а во-вторых, прочность ремня и его зубьев должны обеспечивать работоспособность двигателя в течение длительного срока.
На просторах нашей Родины ремень появился впервые на двигателе ВАЗ-2105. Заводчане изменили конструкцию двух базовых деталей – блока цилиндров и его головки, чтобы не отставать от мирового прогресса автомобилестроения. Ремни ходили не очень долго, являлись приличной головной болью для хозяев, но их обрыв не был фатален для мотора. Конструкция предусматривала, что при любых взаимных положениях коленчатого и распределительного валов встречи клапанов с поршнями не происходило. Иными словами, даже в дороге – заменил ремень и езжай дальше. Правда, такой мотор выпускали не очень долго.
С появлением переднеприводного семейства ВАЗ ремень стал основным типом привода ГРМ. Были в линейке новых моторов и «втыковые», и «невтыковые» модели и их модификации. Но постепенно требования к мощности и экологии привели к необходимости даже восьмиклапанный двигатель сделать по конструкции втыковым. А у шестнадцатиклапанников подобная конструкция была изначально.