Цепь или ремень ГРМ – как определить тип привода и когда менять

Практически все двигатели для легковых автомобилей и легкого коммерческого транспорта оснащены системой газораспределения с расположением распределительных валов в головке блока. Схема с установкой вала в нижней части блока и приводом клапанов штангами практически не используется. Из-за установки валов в головке возникает необходимость использования цепного либо ременного привода, схема с приводом валами и шестернями в автопроме не встречается (подобные конструкции использовались в авиационных и танковых двигателях).

В любом приводе используются шестерни, установленные на коленчатом и распределительных валах. Для регулировки натяжения цепи или ремня используются ролики. Отличием цепного привода является наличие успокоителей, предотвращающих биение ветвей цепи при работе. Для привода масляного насоса используется отдельная цепь, на части двигателей насос имеет прямой привод от носка коленчатого вала. Ременной привод нередко используется и для вращения помпы системы охлаждения, заклинивание которой является частой причиной обрыва ремня.

Конструкция ремня достаточно сложная, поскольку используется многослойный материал для повышения прочности. Под обрезиненной поверхностью зубьев расположен каркас из ткани на основе полиамида. Под каркасом находятся продольные жгуты из стекловолокна, покрытые с внешней стороны ремня еще одним слоем полиамидной ткани. Поскольку при работе ременного привода все равно есть шум, то на защитный кожух нередко наносят ворсовое полиамидное покрытие для поглощения шума.

Существует несколько способов снижения энергозатрат на привод ГРМ, которые одновременно усложняют двигатель. В частности, на двигателях линейки ЕА211 от VAG и на ряде агрегатов от прочих брендов используются специальные шестерни распределительных валов. Для 3-цилиндровых модификаций применены триовальные шкивы – на поверхности есть три зоны с увеличенным радиусом, расположенные через 120 градусов. Такая схема позволяет гасить колебания при каждом открытии клапанов. На 4-цилиндровых двигателях шкивы овальные, периодически меняющие натяжение ремня и позволяющие снизить крутильные колебания с одновременным уменьшением механических нагрузок в приводе.

Цепной привод может дополнять ременным, необходимым для вращения отдельного навесного оборудования. В качестве примера можно рассмотреть бензиновые двигатели линейки EA888 от VAG. В приводе использована отдельная цепь с двумя успокоителями для распределительных валов и короткая цепь для привода балансирных валов. От одного из балансирных валов имеется ременной привод насоса системы охлаждения, расположенного в едином модуле с термостатами.

Наиболее сложны системы привода ГРМ цепями на V-образных двигателях. Например, в моторах BAR/BNS от Audi объемом 4,2 л использовано 4 раздельные цепи. Каждая цепь оборудована своим натяжителем и успокоителями.

Цепи могут иметь разную конструкцию в зависимости от условий работы. Чаще всего в базовых вариантах двигателей используются однорядные роликовые цепи, отличающиеся низким уровнем шума при работе. Для форсированных двигателей применяют более долговечные втулочные цепи, больше пригодные для длительной работы при высоких частотах вращения валов. Для современных двигателей используются втулочные цепи с диффузным хромированием рабочей поверхности, позволяющие использовать маловязкие масла.

В современных V-образных дизельных двигателях VAG встречаются и другие интересные решения в приводе ГРМ. Для семейства EA897 применен привод с тремя цепями (расположен со стороны маховика) – одна вращает ТНВД, а две другие вращают шестерни, с которыми связаны шестерни распределительных валов. Подобное решение позволило уменьшить габариты привода и высвободить пространство для установки накопительного нейтрализатора. Применение отдельной цепи для ТНВД обусловлено повышением давления топлива и общей нагрузки на цепь. При этом в EA897 сохранен отдельный привод масляного насоса короткой цепью от носка коленчатого вала.

При использовании ремня в приводе распределительных валов нередко удается упростить кинематическую схему. В качестве примера можно рассмотреть двигатель Subaru EJ205 с оппозитной схемой расположения цилиндров. Для привода попарно расположенных в головках распредвалов использован единый ремень, который также вращает помпу системы охлаждения. В приводе установлено 4 ролика, что необходимо для корректного натяжения ремня и гашения колебаний ветвей.

Ременной привод нередко используется для привода дополнительного оборудования через распределительный вал. Пример – дизельные двигатели VAG объемом 1,9 л с насос-форсунками. От задней части распределительного вала реализован привод вакуумного насоса и ТНВД, подающего топливо в рампу. Насос создает давление около 2000 бар, что требует снижения нагрузки на ремень. Для этого использован демпфер шестерни распределительного вала, на шестерне коленчатого вала между некоторыми зубьями увеличен зазор, а сам ремень имеет увеличенную ширину. Места увеличенного зазора соответствуют положению распределительного вала в момент максимальной нагрузки от насоса, что компенсирует растяжение ремня и снижает интенсивность износа.

Основным недостатком цепного привода является больший вес и достаточно большие габариты. На ряде двигателей разработчики переместили цепь на сторону маховика, что позволяет уменьшить общую длину двигателя (важный параметр при продольной компоновке моторного отсека). При этом резко усложняется обслуживание – для доступа к цепям необходимо снимать коробку передач. Натяжение регулируется гидравлическим натяжителем с фиксатором обратного хода, не позволяющим штоку вернуться в исходное положение.

Цепной привод несколько шумнее ременного, при этом отличается большей долговечностью. Для привода распределительных валов на V-образных двигателях используется несколько цепей. Причиной является стремление сократить длину цепи. Ресурс цепей привода ГРМ зависит от конструкции двигателя и нередко превышает 300-350 тыс. км. В случае сильного удлинения цепь начинает шуметь, также появляется риск перескока через 1-2 зуба со смещением фаз. Конечный результат – соударение клапанов и поршней, приводящее к необходимости серьезного ремонта.

К неочевидным преимуществам цепи относится ее практически нулевая растяжимость при работе. Длина ремня может несколько меняться в зависимости от нагрузки, что приводит к минимальному изменению фаз. Цепной привод позволяет сохранить неизменными фазы даже при высоких оборотах, что важно для правильного газообмена. Современные цепи имеют однорядную конструкцию, позволяющую уменьшить ширину привода при одновременном снижении надежности. Многорядные цепи на современных двигателях практически не встретить.

Ременной привод получил популярность в 80-х гг. прошлого века на фоне достаточно громоздких двухрядных цепей. Армированный ремень легче цепи, не издает сильного шума при работе и не требует использования герметичного кожуха. При этом ремень при попадании масла через лобовой сальник коленчатого вала быстро теряет прочность и рвется. Через неплотности кожуха на ремень попадает пыль и вода, не исключено повреждение ремня мелкими камнями.

Ресурс ремня зависит от двигателя – на ряде моделей ремень требуется менять через 40-60 тыс. км. Максимальный ресурс доходит до 140-160 тыс. км, хотя есть и исключения. Концерн VAG изначально озвучивал для двигателей линейки EA211 способность ремня выдержать весь срок эксплуатации. Затем была введен срок использования 200 тыс. км для Европы и 120 тыс. км для остальных стран. Для дизелей EA288 последних серий срок службы ремня доведен до 210 тыс. км без ограничения по сроку, причем такие требования распространяются на все моторы линейки вне зависимости от выходных характеристик. Увеличение ресурса достигнуто за счет оптимального маршрута движения ремня и использования шестеренного привода балансирных валов.

Для натяжения ремня ГРМ используется ролик с пружинным механизмом, в приводе нередко ставится обводной ролик для корректного направления ремня. Ремень также используется для привода насоса системы охлаждения, что позволяет снизить нагрузку на поликлиновый ремень навесного оборудования. Одновременно возникает проблема – при заклинивании насоса ремень срезает, по этой причине почти все производители предписывают ставить новый насос при замене ремня. Конструкция ремня исключает перескок по шестерням, что вполне «компенсируется» риском обрыва ремня при перекосе на шестернях. Также ремень иногда обрывает из-за повреждений, полученных вследствие ошибок или небрежности при установке.

На части двигателей с ременным приводом ГРМ насос системы охлаждения исключен из кинематической схемы, что снижает нагрузку на ремень и нередко продиктовано компоновочными соображениями. Примером может служить семейство двигателей ЕА211, в котором реализован привод помпы отдельным ремнем от распределительного вала выпускных клапанов. При этом происходит усложнение конструкции и увеличение объема работ при обслуживании – отдельный ремень также имеет ограниченный срок службы и нуждается в периодической замене. На дизелях ремень используется для привода топливного насоса системы Common Rail (пример, двигатели семейства EA288 от VAG).

Недостаточная прочность ремня привода ГРМ породила создание поршней с выемками под тарелки клапанов. В случае обрыва никаких дополнительных проблем не возникало. Впоследствии от подобных выемок массово отказались, особенно на моторах с 4-клапанной схемой газораспределения и двумя распределительными валами. В случае обрыва ремня на таких двигателях происходит загиб клапанов с возможным повреждением головки и деформацией шатунов.

Основной способ получения информации о типе привода распределительного вала – чтение инструкции по эксплуатации или изучение сервисной документации. В современных реалиях почти все бензиновые двигатели оснащаются цепным приводом, ремень используется в основном на дизельных двигателях. Также понять тип привода можно по ряду внешних признаков – при наличии ремня будет отсутствовать шкив насоса системы охлаждения, а защитный кожух привода будет выполнен в виде легкой крышки с возможностью быстрого снятия. При этом отсутствие привода насоса системы охлаждения поликлиновым ремнем не гарантирует отсутствие цепи ГРМ – в двигателях нередко реализуются весьма сложные схемы передачи вращения на насос. Цепной привод всегда закрывается достаточно массивной металлической крышкой на болтах, исключающей течь масла.

Периодичность замены цепи или ремня регламентируется производителем, причем для ремня учитывается регион эксплуатации автомобиля. Для примера – на машинах Hyundai Accent с 1,5-литровым двигателем для рынка РФ замена изначально предусматривалась через 60 тыс. км, через некоторое время из-за нареканий от владельцев производитель сократил срок службы до 50 тыс. км. При этом для рынка Северной Америки регламентная замена требуется через 90 тыс. км. Причин уменьшения ресурса несколько – перепады температуры и сильная запыленность, приводящая к ускоренному износу ремня. Также ремень рекомендуется менять по сроку службы вне зависимости от пробега по причине естественного старения материала и утраты прочности. В зависимости от модели замена по сроку использования производится через 4-6 лет.

Ременной привод достаточно легко осмотреть – для оценки состояния ремня достаточно снять верхнюю часть кожуха. При наличии трещин или расслоений ремень необходимо срочно менять. Иногда при осмотре обнаруживается повреждение кромки ремня из-за самопроизвольного схода с шестерни коленчатого или распределительного вала. В этом случае помимо замены ремня нужно обеспечить его нормальный контакт с шестернями, сползание является признаком неправильного положения шестерен. Вместе с ремнем обязательно меняют ролики (вне зависимости) от состояния, а также помпу системы охлаждения. На ряде автомобилей при замене ремня может потребоваться замена короткой цепи, связывающей распределительные валы.

Определить износ цепи можно по косвенному признаку – выходу штока натяжителя. Для проверки натяжителя есть несколько способов, зависящих от модели двигателя. Косвенным признаком удлинения цепи является повышение шумности при работе привода. Срок замены цепи указывается производителем, причем установка новой цепи по сроку эксплуатации не предусматривается. Как правило, замена цепи производится при пробегах от 200 до 300 тыс. км (хотя есть и более долговечные цепи). Нередко при обслуживании требуется замена шестерен валов, подвергающихся достаточно интенсивному износу из-за контакта со звеньями цепи.

На ряде двигателей состояние цепи определяют в процессе компьютерной диагностики по расхождению углов расположения коленчатого и распределительных валов. При износе и растяжении цепи и полном выходе штока натяжителя появляется искажение фаз газораспределения. Двигатель продолжает работать, хотя режим газообмена становится далеким от оптимального. По углу расхождения валов диагност делает вывод о состоянии цепи и дает рекомендации владельцу.

Обязательным условием при замене цепи ли ремня является корректное выставление фаз. На части двигателей на шестернях и неподвижных деталях (блоке и ГБЦ) имеются метки, на ремне и цепи зачастую предусмотрены дополнительные метки. При замене достаточно совместить метки и установить новую цепь или ремень, а затем проверить корректность фаз путем ручного проворота коленчатого вала двигателя на несколько оборотов.

Нередко производители не наносят меток – в данном случае требуется специальный комплект оснастки для фиксации валов. Шаблон ставится на распределительные валы на специальные лыски или в прорези, находящиеся на задней торцевой части валов. Коленчатый вал ставится в положение ВМТ для первого цилиндра и фиксируется стопором. После установки новой цепи или ремня фиксаторы снимают и проверяют корректность фаз ручным прокручиванием двигателя.

В большинстве случаев замена ремня или цепи требует снятия опоры двигателя, что усложняет процедуру обслуживания. Силовой агрегат удерживают после снятия опоры домкратом или стойкой либо вывешивают на траверсе. Наибольшую сложность представляет обслуживание двигателей с задним расположением привода ГРМ – получить доступ к цепи возможно только после снятия коробки передач.

При замене ремня всегда важно обратить внимание на состояние сальника коленчатого вала. При малейших следах течи масла сальник нужно менять, в противном случае при сильной утечке масло попадет на ремень. Замасленный ремень быстро теряет прочность и обрывается. Также при установке щитков важно не допустить повреждения корда ремня, который нельзя перекручивать из-за высокой вероятности последующего обрыва.

Ременной привод ГРМ в современном автопроме достаточно редок, большинство производителей предпочитает чуть более массивный и при этом надежный цепной привод. Срок службы цепи или ремня зависит от автомобиля, при обслуживании всегда меняются натяжитель и ряд дополнительных элементов, перечень которых зависит от модели машины.