Как устроен двигатель без ГРМ
Будучи простым шведским мальчишкой, Кёнигсегг разбирал бытовые приборы, надеясь найти способ улучшить их. Говорят, что он первым придумал аудиоплееры с памятью на микросхемах, но в мире, увлеченном компакт-дисками, к нему никто не прислушался. Ему же приписывают идею защелкивающегося замка для напольного ламината. И вновь спустя несколько лет изобретение запатентовал кто-то другой. Правда это или нет, судить не возьмемся. Но сегодня к Кристиану прислушиваются очень внимательно, да и патентное право он выучил назубок.
В 2005 году автомобиль, названный именем Кристиана фон Кёнигсегга, официально стал самым быстрым серийным авто на планете: эксперты Книги рекордов Гиннеcса зафиксировали скорость 388,87 км/ч. Koenigsegg CCXR стал лучшим в мире спорткаром по соотношению массы и мощности. Koenigsegg One:1 лидирует в номинации «лучший разгон», достигая скорости 300 км/ч всего за 11,92 с.
Пока самые эффективные на свете спорткары бьют рекорд за рекордом, их создатель разъезжает на стареньком Saab 9−5, хитро улыбаясь. Под капотом у «старичка» единственный в мире двигатель, у которого нет ни распределительного вала, ни кулачков, ни толкателей клапанов, ни пресловутого ремня ГРМ. И, в отличие от бешеных Koenigsegg, предназначающихся лишь богатым и знаменитым, моторы с индивидуальными приводами клапанов обещают стать первым по-настоящему массовым творением шведского изобретателя.
Как работает двигатель без газораспределительного механизма
Будучи простым шведским мальчишкой, Кёнигсегг разбирал бытовые приборы, надеясь найти способ улучшить их. Говорят, что он первым придумал аудиоплееры с памятью на микросхемах, но в мире, увлеченном компакт-дисками, к нему никто не прислушался. Ему же приписывают идею защелкивающегося замка для напольного ламината. И вновь спустя несколько лет изобретение запатентовал кто-то другой. Правда это или нет, судить не возьмемся. Но сегодня к Кристиану прислушиваются очень внимательно, да и патентное право он выучил назубок.
В 2005 году автомобиль, названный именем Кристиана фон Кёнигсегга, официально стал самым быстрым серийным авто на планете: эксперты Книги рекордов Гиннеcса зафиксировали скорость 388,87 км/ч. Koenigsegg CCXR стал лучшим в мире спорткаром по соотношению массы и мощности. Koenigsegg One:1 лидирует в номинации «лучший разгон», достигая скорости 300 км/ч всего за 11,92 с.
Пока самые эффективные на свете спорткары бьют рекорд за рекордом, их создатель разъезжает на стареньком Saab 9−5, хитро улыбаясь. Под капотом у «старичка» единственный в мире двигатель, у которого нет ни распределительного вала, ни кулачков, ни толкателей клапанов, ни пресловутого ремня ГРМ. И, в отличие от бешеных Koenigsegg, предназначающихся лишь богатым и знаменитым, моторы с индивидуальными приводами клапанов обещают стать первым по-настоящему массовым творением шведского изобретателя.
Ремень или цепь ГРМ: машину с каким двигателем лучше искать на вторичке
На самом деле применяемых видов систем ГРМ не два, а три. Помимо ремня и цепи использовался реально вечный шестеренчатый привод, который считается архаичным, но до сих пор применяется, например, на моторе ЗМЗ-402.
Что же касается ремня и цепи, то в силу постоянного совершенствования материалов изготовления, производители использовали то одно, то другое. В результате до наших дней дожили оба типа привода, а сами автогиганты используют на разных агрегатах цепь и ремень параллельно, порой меняя одно на другое и обратно. Одно это говорит о том, что принципиального значения тип привода ГРМ не имеет, однако каждый из них имеет свои нюансы, которые и вызывают порой проблемы с обслуживанием и ремонтом.
Несмотря на то, что цепь и ремень ГРМ выполняют одну и ту же функцию, устроены механизмы по-разному. Ремень, хоть и закрыт специальным кожухом, находится снаружи двигателя, а вот цепь располагается внутри мотора в масляной ванне. Это означает, что цепь не подвержена никаким внешним факторам, влияющим на ее износ, кроме достаточного уровня масла и давления в масляной системе, от которого зависит в частности работа гидронатяжителя.
Кроме того, при ременном приводе ГРМ нужно внимательно следить и за ремнем приводным. Дело в том, что при разрушении последнего, ошметки раскидывает по всему подкапотному пространству, в том числе, с риском попадания кусочков в систему ГРМ. В этом случае возникает серьезный риск проворота ремня ГРМ и повреждения двигателя.
Как ни странно, несмотря на то, что интервалы пробегов задаются самим производителем, они не совсем корректны. Помимо непосредственного наката, в мегаполисах двигатель огромное количество времени проводит, например, в пробках, где он продолжает работать, наматывая моторесурс. А это значит, что при заданном пробеге реальная выработка мотора заметно выше, так что менять ремень ГРМ желательно не дожидаясь предельных значений. Успокаивает тот факт, что мировые производители ремней ГРМ закладывают в их конструкцию повышенный запас прочности, порой превосходящий регламентный ресурс вдвое.
С цепью все гораздо сложнее. У цепных моторов действительно нет никаких регламентных показателей замены или даже выработки по километражу. Все производители заявляют цепь «на весь срок эксплуатации» автомобиля, что, конечно, к российской реальности не имеет отношения.
Как же получается, что железная цепь, к тому же находящаяся в масле, стирается и растягивается? На самом деле, проблема в подшипниках скольжения, которыми цепь соединяется в единое целое. Из-за огромных нагрузок и вибраций со временем изнашиваются втулки подшипничков и цепь растягивается. Более того, растянувшаяся цепь начинает «съедать» зубчики шестерней распредвалов, что удваивает риск перескока цепи и сбой фаз газораспределения.
В итоге средний ресурс цепи ГРМ составляет 150-200 тыс.км. Самые крепкие и выносливые конструкции порой выдерживают и по 300 тыс.км. Ну а на самых нежных двигателях ресурс цепи иногда не превышает и 100 тыс.км.
Например, крайне невысоким ресурсом цепи ГРМ славился франко-немецкий двигатель EP6 первых лет выпуска, а компания Ford из-за неудачной цепной системы ГРМ даже была вынуждена заказать своим поставщикам уникальную конструкцию ремня, работающего в масляной ванне, чтобы цепной привод заменить.
Как уже было сказано выше, ремень находится снаружи двигателя, а сама процедура замены является регламентной, то есть, входит в список обязательных регулярных работ. Соответственно, ремень меняется не в одиночку, а в комплекте со всеми роликами и натяжителем. Если же на систему ГРМ завязана работа помпы охлаждения, что бывает часто, то менять желательно сразу и ее, даже если к механизму претензий нет.
Замена комплекта цепи ГРМ гораздо более сложная и затратная операция. Во-первых, потому, что требует частичного разбора двигателя, а то и его съема. Кроме того, обычно требуется и замена защитных крышек механизма ГРМ, которые нередко делаются одноразовыми.
Отвечая на вопрос заголовка статьи, можно сказать, что никакого смысла гоняться за типом привода ГРМ нет. Цепь и ремень имеют комплекс своих достоинств и недостатков, которые нивелируют друг друга.
Ремень имеет четкое понимание времени замены, недорогие и относительно несложные ремонтные работы. Кроме того, современные ремни по прочности порой превосходят железные цепи: так известные производители ремней закладывают в них нагрузку на разрыв до 2,5 тонн. То есть, используемым вместо троса ремнем ГРМ можно утащить рамный внедорожник.
Цепь или ремень ГРМ — что лучше? Все «ЗА» и «ПРОТИВ»
Пожалуй, что этот вопрос входит в десятку самых философских вопросов автомобилестроения вместе с правым и левым рулем, дизелем и бензином, «механикой» и «автоматом». Наконец-то мы разложим для вас всё по полочкам.
Сейчас ремню доверяют крупнейшие автопроизводители. Он ставится на большие V8 и V6 Volkswagen, Toyota и Opel, но в народе все равно «бродят настроения». Так в чем же плюсы и минусы двух вариантов привода распределительного вала и за каким будущее?
Цепь — не вечная. И дорогая
Казалось бы, цепь — проверенный временем способ, достаточно легкий и на фоне цены мотора не такой уж дорогой. Ну шумноват, но шумоизоляция современных машин шагнула далеко вперед, и в салоне зачастую мотора не слышно вообще, а если слышно, то шум цепи уже не различим. Сравните шум моторов Volkswagen семейства EA111 — 1.6-литрового атмосферного и 1.4-литрового TSI. Цепь на них практически одинаковая, но шумность «атмосферника» выше не из-за нее.
На самом деле проблема оказалась совсем в другом. Цепь старых моторов была двухрядной — ее действительно невозможно оборвать сразу. Вместо этого она растягивается и начинает сильно шуметь, но при этом очень редко перескакивает на один-два зуба по шестерням привода.
Все изменилось, когда длина мотора стала важным параметром. В погоне за увеличением объема салона моторный отсек стали укорачивать, а на переднеприводных машинах мотор вообще поставили поперек. В этих условиях размеры цепи тоже стали сокращать, из двух-трехрядной она стала однорядной, да еще и очень компактной. Часто толщина цепи ГРМ какого-нибудь V8 не больше, чем толщина цепи велосипеда.
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. Весь этот лишний металл тянет на несколько килограммов. Но слишком тонкая цепь стала рваться.
Да, она начинает шуметь сильнее перед тем, как сдастся окончательно, но цепи и так шумят, на фоне звукового фона мотора ее предсмертный лязг не всегда выделяется, а шумоизоляция, как мы уже говорили, теперь не в пример лучше, чем 20-30 лет назад.
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.
Но облегчение конструкции и продление срока службы мотора преподнесло неприятный сюрприз, цепи стали таким же «расходником», каким всегда считались ремни ГРМ. Ресурс современной цепи часто не больше, чем ресурс ремня, а конструкция с ней сложнее, шумнее и массивнее. При этом ее замена намного дороже, а диагностика состояния сложнее.
Средняя цена замены цепного ГРМ на четырехцилиндровых моторах превышает 30 тысяч рублей, что примерно в три раза больше, чем стоимость замены ремня при тех же условиях. Максимальная стоимость замены комплекта ГРМ на V-образных моторах может достигать сотен тысяч рублей, а по сложности быть сопоставимой с капремонтом — требовать снятия мотора с машины, потом головок блоков цилиндров с него. За примерами далеко ходить не нужно — мотор Mercedes M272 отличился еще и экстремально низким ресурсом ГРМ.
Так что при покупке автомобиля с цепным мотором стоит очень тщательно диагностировать привод ГРМ. По шумности, по рабочему хода штока натяжителя, по износу успокоителей, если есть возможность.
Почему же цепные моторы все еще существуют?
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 мотор 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.
Собственно, на этом плюсы заканчиваются. Подытожим: ресурс современных цепей едва ли выше ремней, а в иных случаях даже меньше. Прибавим сюда дороговизну замены. По причине высокой стоимости ее редко меняют по регламенту — только когда заметят растяжение, что сводит к нулю потенциальное преимущество в надежности.
Используемый в приводе цепей гидронатяжитель плохо работает при малом давлении масла 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 мотора, 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 мотора… в общем, обычно всё плохо.
Как ни странно, большим несомненным плюсом ремня в приводе ГРМ является его эластичность. Он очень хорошо гасит крутильные колебания, которые могут на сложных многоцилиндровых моторах сильно влиять на ресурс постелей валов и вибронагруженность.
Он работает абсолютно тихо. Он может быть достаточно длинным и хорошо подтягиваться механическими (а не гидравлическими) натяжителями, не влияя при этом на качество установки фаз ГРМ.
Он не требует смазки, одинаково хорошо работает на холодном и горячем двигателе, его ресурс достаточно велик и не зависит от применяемых смазочных материалов и давления масла.
Он достаточно легко диагностируется и заменяется без разборки блока двигателя. Он дешев, и его можно просто менять по регламенту, как и все остальные расходные материалы, задолго до критичного израсходования ресурса. И наконец, двигатель с ним имеет более компактный и легкий блок цилиндров.
Минусы? Минусы тоже есть. Как нетрудно догадаться, важнейшим является уязвимость. Ремень боится воды, масла и низких температур. Материалы ремня имеют склонность к старению, и ресурс ремня выражается не только в тысячах километров, но и в годах.
Он склонен к проскальзыванию при превышении допустимой нагрузки, например при резком перекруте двигателя. При использовании на современных моторах с фазовращателями возрастает риск попадания на ремень масла. Ранее были распространены двигатели, на которых конструктивно был учтен недостаток надежности ременного привода ГРМ. Когда обрывается ремень, то распредвал перестает синхронно двигаться с коленвалом. В результате поршни моментально бьют по клапанам, оставшимся в «открытом» положении.
На ряде моторов, например, на ВАЗ-2105 и всем семействе ВАЗ-21083, в днищах поршней были сделаны проточки, в которых клапаны «уходили» в момент рокового столкновения. Вскоре от этого отказались, так как поршни с проточками — не лучший вариант с точки зрения эффективности горения топливо-воздушной смеси. Поэтому современные моторы подстраховки лишены, и, забыв вовремя пройти ТО или сэкономив на ремне, можно «попасть» на замену клапанов или более серьезный ремонт, если довести до разрушения клапана и отрыва его тарелки.
Что в итоге?
Если внимательно сравнить характеристики ремня и цепи, то окажется, что речь идет о противопоставлении стабильно высокого ресурса ремня и низкой стоимости его замены и более стойкой к некоторым неприятностям цепи, но при более высокой цене и большей зависимости от режимов работы мотора и смазки.
Вот и автопроизводители тоже постоянно пытаются найти баланс между этими наборами характеристик, и какой-то однозначной тенденции не наблюдается. Моторы Volkswagen в нижнем ценовом сегменте начали использовать ремень вместо неудачной цепи, и тот же ремень используется на самых больших их моторах. А на среднеразмерных двигателях EA888 все еще используется цепь, и работает она там вполне успешно. На некоторых моторах компания даже совмещала ремень и цепь, цепь использовали для синхронизации вращения двух распредвалов, а один из валов приводился ремнем, например, на сериях ADR, AWT, AUG.
Opel вместе со всей корпорацией GM стал использовать цепной привод ГРМ на всех своих моторах, даже на самых маленьких. И все несмотря на то, что среднеразмерное семейство двигателей L61-LTG не отличается выдающейся надежностью цепного привода. Впрочем, и с ремнями у одного из пионеров их применения проблем не было, тоже отличные были моторы.
BMW же на своих моторах сейчас применяет только цепи, причем с переменным успехом. Иногда это откровенно неудачные облегченные конструкции, а иногда цепь действительно служит дольше, чем мотор. С ремнем ГРМ фирма выпускала вполне успешный мотор M40, и на надежность никто не жаловался.
Как видите, нельзя предсказать, какой тип ГРМ будет надежнее. Необходимо сравнивать конкретную реализацию, а зачастую еще и учитывать вероятность ошибки конструкторов и особенности эксплуатации.
Не бойтесь ремня в ГРМ, он действительно надежен, просто его нужно менять. Не надейтесь на могущество цепей, они тоже подводят, и работы по замене очень дороги. Опыт с дедушкиными «Жигулями» бесполезен в отношении современных машин. Будьте открытыми к новому и не ограничивайте свой выбор техническими условностями, которые всё равно до конца не понимаете.
5 моторов с самыми надежными цепями ГРМ
Содержание
Если вы планируете брать подержанное авто, присмотритесь к машинам с мотором, оборудованным цепным приводом ГРМ. Цепь меньше подвержена обрыву, служит до 200 тыс. км. На ее работу не влияют внешние факторы такие, как снег, грязь, мороз, пыль и жара. При этом она не растягивается, как ремень, и в случае замены потребует меньше запчастей.
Однако моторы с цепным механизмом работают громче, а последствия при разрыве более разрушительные, чем при повреждении ремня. Например, при обрыве цепи поршень может загнуть клапана. Продавцы за новую цепь с вас попросят больше, чем за ремень.
Чтобы этого избежать, нужно знать какие моторы имеют самые надежные цепи ГРМ. Avtocod.ru отобрал пять двигателей, которые не доставят проблем в эксплуатации. Мы расскажем, на какие модели устанавливали эти моторы и сколько нужно будет отдать за новый комплект в случае поломки.
Mazda L3C1
Бензиновый мотор устанавливался на первую генерацию Mazda 6, которая выпускалась с 2002 по 2008 г. Сейчас их в среднем продают за 782 тыс. рублей. Ресурс привода ГРМ у атмосферников «шестерки» достигает около 250 тыс. км. Новый комплект обойдется вам почти в 10 тыс. рублей.
BMW M50
Этот двигатель устанавливали на автомобили 3 серии Е36: 320, 325i и 320, а также на авто 5 серии Е34: 520 и 525. Средняя стоимость «трешек» в кузове Е36 — 968 тыс. рублей, а пятой серии Е34 — 1,3 млн рублей.
M50 выпускали в двух вариантах — с 2- и 2,5-литровым объемом — с 1990 по 1995 год. В 1992 году система изменения фаз газораспределения обновилась. Это снизило расход топлива, но увеличило крутящий момент на низких оборотах.
Ресурс цепи моторов BMW M50 рассчитан на 200-250 тыс. км. Комплект замены обойдется примерно в 11 тыс. рублей.
Hyundai-Kia G4KD / Mitsubishi 4B11
Двухлитровые бензиновые моторы устанавливались на большое количество автомобилей С-класса: Hyundai Sonata, Elantra, KIA Optima, Cerato, Ceed, Mitsubishi Lancer, ASX, Outlander и др.
Выпускается двигатель с 2005 года. Ресурс его цепи рассчитан на 180 тыс. км, но регламентная замена проводится через каждый 120 тыс. км. Стоимость нового цепного комплекта составит 11 тыс. рублей.
Nissan SR
Семейство двигателей SR включало в себя 1,6- и 2-литровые агрегаты, которые устанавливались на множество классических автомобилей Nissan. Мотор выпускался с 2001 по 2007 год. Ресурс цепи рассчитан на 200-250 тыс. км. В случае поломок комплект для замены цепи будет стоить около 12 тыс. рублей.
Subaru EJ20
Двухлитровый оппозитный мотор устанавливался на Subaru Forester, Impreza, Impreza WRX, Impreza WRX STI, Legacy и др. Мотор появился в конце 90-х, а европейская эра легендарного двигателя закончилась в 2011 году. В самой Японии его до сих пор используют на некоторых моделях для внутреннего рынка. Ресурс цепи составляет 250 тыс. км. Стоимость комплекта с цепью, натяжителем и успокоителем составит около 20 тыс. рублей.
Если решитесь на покупку авто с цепным приводом ГРМ, имейте в виду, что на ресурс цепи влияет масло, которое вы заливаете в мотор. Замена масла и фильтров вымывает из двигателя песок и мусор, которые негативно сказываются на работе цепного механизма. Масло рекомендуем обновлять раньше на 1-3 тыс. км, чем это заявлено в мануале автомобиля: и цепи, и самому двигателю это полезно. Если появится посторонний гул и вибрации на руле, значит, цепь растянулась или получила повреждения.