Ремень ГРМ

Мы живем в удивительное время, когда в автомобилестроении, казалось бы, проверенная десятилетиями конструкция вновь начинает испытывать на прочность нервы и кошелек автомобилистов: автопроизводители как будто утратили основы былого мастерства. В наше время цепь в конструкции двигателя уже не является залогом надежности и панацеей от всех бед. Кто бы раньше мог предположить, что обычную металлическую цепь придется менять через 100 тыс. км пробега? А ведь существуют автомобили, у которых ресурс этого механизма существенно ниже, при этом несоблюдение интервала замены цепи может привести к ее растягиванию, а в худшем случае – к обрыву. Думаю, не стоит говорить, какие последствия ожидают владельца автомобиля. Можно составить целый список таких двигателей почти по всем возможным автомобильным маркам.

Сейчас покупатели должны разбираться в таких нюансах при выборе автомобиля. Если раньше вы останавливали свой выбор на подержанном автомобиле с ремнем ГРМ, то обычно просили скидку на его предстоящую замену. Сейчас ситуация в корне изменилась. Автопроизводители стали применять такие конструкции по совершенно понятным причинам: у ремней ГРМ сегодня сопоставимый срок службы, а стоимость компонентов и их последующая замена – существенно дешевле. Технологии не стоят на месте, тем более появились конструкции, где сам ремень работает в масле.

Давайте вместе проследим, какую эволюцию прошел ременной привод, разберемся в типах ремней и постараемся понять, какие из существующих решений лучше, а также разберем некоторые нюансы обслуживания этих механизмов.

Экскурс в историю

Впервые зубчатый ремень навесного оборудования в приводе ГРМ был применен в 1954 г. в автоспорте на гоночном автомобиле Devin Sports Car конструкции Билла Девина. Только через 8 лет такой механизм появился на серийном автомобиле Glas 1004 небольшой немецкой компании, ныне поглощенной BMW. Еще через 4 года технология стала по-настоящему массовой, ремень ГРМ можно было увидеть под капотом Opel/Vauxhall, Pontiac и Fiat.

Изначально ремень ГРМ применяли в конструкции двигателя исключительно на бюджетных маломощных автомобилях, поскольку его основными преимуществами была низкая цена.

На протяжении долгого времени основным материалом для изготовления ремней ГРМ служил хлоропреновый каучук (CR). Этот материал разработала в 30-х годах компания DuPont. Он обладал хорошей устойчивостью к прямому воздействию бензина, но при этом плохо переносил высокую (свыше 90 °C) и отрицательную температуру. Эксплуатация в таких условиях приводила к потере эластичности, ремень трескался и очень быстро разрушался. Не слишком хорошие перспективы были у владельцев автомобилей того времени, особенно учитывая тот факт, что зимой автомобиль может несколько раз прогреваться и остывать. Многим знакомо это, особенно если у вас были автомобили переднеприводного семейства на моделях 08–99.

В 1985 году компанией Gates впервые при производстве ремней ГРМ был применен синтетический каучук на основе высоконасыщенного нитрила (HSN) и гидрированного бутадиен-нитрильного каучука (HNBR). Этот материал избавил от многих недостатков ремни ГРМ, поскольку спокойно переносил высокую температуру до 140–150 °C, вследствие чего деградация происходила почти в десять раз медленнее, чем у CR. Если раньше ремни ГРМ служили всего 30–45 тыс. км, то теперь нормой является 100 тыс. км. Изначально такие ремни применялись в дизельных и бензиновых двигателях большой мощности. Кроме того, такие ремни имеют отличную химическую стойкость, что допускает работу даже в масляной ванне.

Все это привело к тому, что к 2000 г. при поставках на конвейер HNBR-ремни полностью вытеснили ремни из хлоропрена и неопрена (CR).

В процентном отношении резиновая смесь ремня примерно на 60 % состоит из синтетического каучука, 30 % приходятся на технический углерод (он придает ремню черный цвет) и волокна арамида или кевлара для упрочнения материала. Остальные 10 % – присадки, помогающие контролировать процесс вулканизации и повышающие устойчивость ремня к воздействию масла, бензина, озона.

Основой ремня являются кордовые нити, благодаря им ремень не растягивается. Не понятно, откуда появился миф, будто при старте ремень растягивается на мощных двигателях, сбивая фазы газораспределения. Еще в 60-х годах прошлого века конструкторы, быстро разочаровавшись в стальной проволоке, перешли на применение стекловолокна для кордовых нитей ремня ГРМ. Если сравнить, то современные нити корда выдерживают нагрузку в 2,5 раза больше, чем их предшественники. Не сразу стала применяться парная навивка кабелей корда. Изначально все кабели были заплетены в одном направлении, что могло приводить к сползанию ремня по шкиву под действием силы натяжения. В настоящее время эту проблему устранили, теперь волокна скручиваются в противоположных направлениях (S и Z), а нити внутри ремня – поочередно по спирали.

Стоит обратить внимание на то, что, будучи стойким к растяжению, стекловолоконный корд достаточно хрупок. Поэтому никогда нельзя сгибать, выворачивать, скручивать ремни ГРМ, натягивать ремень на направляющий ролик, использовать для монтажа несоответствующий инструмент (отвертки, рычаги и т. п.).

Форма и содержание

Изначально до процесса вулканизации ремень плоский и состоит из отдельных слоев резинового компаунда, кабелей корда и тканевой оплетки зубцов. Дело в том, что в процессе вулканизации, проходящем под давлением и при высокой температуре, так называемый «пирог» из резиновой смеси продавливается сквозь кордовые нити и, затвердевая, формирует зубья ремня ГРМ. Геометрию ремня (профиль зуба, количество зубьев, шаг) определяет оправка, используемая при производстве ремня.

В мире существуют более десятка форм зуба ремня ГРМ. Большинство профилей, выпускаемых сегодня, можно отнести к одному из трех видов, описанных ниже. В 60-х годах прошлого века профиль зуба имел только трапециевидную форму. Этот профиль до сих пор применяется в автомобильных приводах, хотя имеет свои недостатки: его зубья более подвержены перескакиванию, чем у более современных профилей, а способность передавать нагрузки ограничена. Трапециевидный профиль применяется в двигателях, где точность синхронизации важнее, чем передаваемое усилие.

В 1969 г. компания Uniroyal (в 1986 г. вошла в состав компании Gates) представила криволинейный (круглый) – HTD-тип. Такая форма зубца имеет наиболее равномерное распределение нагрузки по профилю и позволяет передавать на 30 % больший момент, поскольку у трапециевидного зуба напряжения концентрируются у основания зуба, а у круглого зуба нагрузка распределяется по всей поверхности. Также риск перескакивания зубьев под нагрузкой снизился вследствие большей высоты зуба и более глубокой впадины шестерни. Впервые такой тип ремня применили в 1980 г. в двигателе Renault. К недостатку можно отнести более низкую точность синхронизации из-за необходимости иметь зазор с впадиной шестерни. При этом чем меньше звездочка, тем большим должен быть зазор. Недостатком круглого профиля HTD является шумность при передаче больших нагрузок. Отдельно можно сказать про эвольвентный (STD) тип, изобретенный компанией GoodYear Corporation в 1976 г., который при всех преимуществах криволинейного профиля намного тише в работе. Важно помнить, что ремни с профилем HTD не взаимозаменяемы с ремнями трапециевидной формы.

В 1986 г. Pirelli представила ремень с параболическим (с выемкой) профилем, впоследствии этот тип усовершенствовала компания Dayco. Данный профиль легко отличить по специальной форме вершины зуба (две совмещенные параболы). Такая форма способна продлить время контакта зуба и шестерни. Благодаря плавной работе удалось снизить шум на 10 дБ по сравнению с криволинейным профилем и уменьшить износ шестерни, причем параболический профиль совместим с криволинейным.

Одной из составляющих ремня ГРМ является тканевая оплетка зубцов, а также в некоторых случаях полиамидной тканью покрыта задняя часть (спинки) ремня. Для лучшего сцепления с эластомером покрытие обрабатывают латексом из резорцинформальдегидной смолы. Первые зубчатые ремни не имели тканевой оплетки зубцов, призванной повысить износостойкость ремня.

Существуют ремни с тканью, покрытой тонким слоем тефлона. Этот материал обладает высоким сопротивлением абразивному износу, спроектирован для снижения до минимума износа ткани слоя и боковых кромок зубьев. Его чрезвычайная устойчивость к воздействию воды, тепла и коррозионно-активных химических веществ особенно важна. Кроме того, PTFE имеет очень низкие фрикционные свойства, благодаря этому такие ремни производители используют в качестве оригинальных комплектующих (например, для двигателей VAG TDI). Такие ремни выпускают компании Dayco, ContiTech и Gates.

Современные реалии

Совершенствовались не только материалы для ремней, но и эволюционировали все компоненты привода ГРМ, это привело нас к тому, что вероятность преждевременного износа одного из компонентов практически сведена к нулю. И если на старых автомобилях в автосервисах еще могут визуально определить тип роликов или сальников и дать рекомендации по замене в случае износа, то на современном двигателе, как правило, сразу меняю весь комплект ГРМ. Свою роль сыграло и то, что стоимость работы по замене ГРМ возросла из-за того, что конструкция современных двигателей усложнилась.

Сегодня все компоненты ГРМ изнашиваются примерно одинаково, и нет такой разницы в ресурсе ремня ГРМ и роликов. Соответственно, если какой-то из компонентов ГРМ выходит из строя раньше положенного срока, значит, и все остальные детали уже надо менять. То же самое можно сказать и про водяную помпу.

Процедура сборки и разборки газораспределительного механизма и водяной помпы довольно трудоемкая, а если не заменить помпу и она перестанет работать через несколько тысяч километров, то сумма ущерба от поломки может получиться значительной.

Именно поэтому поставщики автокомпонентов продают приводы ГРМ комплектами. К тому же готовый комплект для замены ремня ГРМ с помпой при покупке обходится покупателю дешевле, чем приобретение каждой детали в отдельности.

Ремень или цепь?

Но как получилось, что при всех преимуществах ремней ГРМ производители начали массово переходить на цепь? Здесь немаловажную роль сыграл спрос покупателей на новые автомобили. Слава старых, надежных цепных двигателей играет большую роль при выборе автомобиля. Для покупателей цепь в приводе ГРМ стала ассоциироваться с надежностью, а, как говорится, спрос рождает предложение. Но одно дело, когда у двигателя большой объем и шум от работы цепи на общем фоне не так слышно, а другое – когда на небольшом двигателе этот недостаток сразу заметен. Поэтому производители всеми способами стараются его уменьшить. Кто-то выбрал использование однорядных цепей, а кто-то вообще экзотическую цепь Морзе. Даже отечественные автопроизводители перешли на однорядные цепи. В настоящее время возросли нагрузки на двигатели, применение насоса высокого давления, турбокомпрессора, системы старт-стоп стало нормой. Мощность с каждым годом увеличивается, а конструкция, передающая момент на распредвалы, с каждым годом все утончается. Следовало ожидать, что это может привести к уменьшению ресурса последнего, притом что стоимость замены цепи в несколько раз дороже замены ремня ГРМ.

Реакция покупателей не заставила себя ждать: производители вынуждены были прямо противоположно менять конструкцию. Например, у двигателей объемом 1,2–1,4 л концерна VAG скандалы с малым ресурсом цепи ГРМ сильно подпортил репутацию концерну. Даже то, что производитель доработал конструкцию и устранил все проблемы, все равно не спасло репутацию, и со сменой поколения автомобилей в конструкции стали применять ремень ГРМ.

Ford с двигателем EcoBoost 1,0 л и концерн PSA с двигателем VTi 1,2 л пошли дальше и перешли на применение ремня ГРМ в масляной ванне (BIO). Одной из проблем стало натяжение ремня, поскольку обычная цепь натягивается с помощью направляющих башмаков. Один из мифов, что автопроизводители уменьшали толщину цепи из-за размеров двигателя, притом что ремень ГРМ намного толще цепи, и обычный роликовый натяжитель имеет большие размеры. Для того чтобы его применить с ремнем в масляной ванне, пришлось полностью перерабатывать конструкцию.

В настоящее время разрабатывается около 10 двигателей (BIO). Такая конструкция обладает повышенным ресурсом, а также лишена таких недостатков цепи, как шум и растяжения. Как уверяют производители, ресурс составляет 10 лет или 250–350 тыс. км. Концерн VAG применяет ремни, работающие в масле для привода маслонасоса, и официально этот узел рассчитан на весь срок службы автомобиля. Как показывает практика с автомобилями Ford, ресурс соответствует заявленному производителями, хотя по регламенту в странах СНГ требуется замена раз в 120 тыс. км.

Алексей Безобразов, технический специалист Gates: – Тенденция к переходу от цепных приводов к ременным связана со стремлением автопроизводителей снизить выбросы в атмосферу. 

Мы разработали уникальное комплексное решение – ременную передачу в масле, натяжитель и экологическую систему зубчатых передач – для инновационных высокомощных автомобильных двигателей. В то время как другие производители выпускают отдельные компоненты или запасные части системы ременной передачи в масле, компания Gates предлагает готовое решение – уникальную интегрированную систему.

Компания Gates – единственный поставщик в отрасли, который самостоятельно разрабатывает, изготавливает, поставляет и обслуживает такие системы. Применение этого решения способствует экономии топлива, сокращению выбросов СО2, система отличается пониженным уровнем шума при работе, малым весом и надежностью.

Сокращение расхода топлива, снижение уровня выбросов и шума останутся на ближайшее время основными факторами мотивации для инженеров компании Gates в разработке высокотехнологичных решений для приводных систем, которые будут отвечать особым требованиям автопроизводителей. Примерами подобных инноваций являются система EMD, ременная передача в масле, эластичные ремни Gates Stretch Fit®.

Мы также занимаемся созданием систем, позволяющих снизить расход топлива. Компания Gates первой на вторичном рынке запчастей предложила ременной привод для системы запуска/остановки двигателя. Система EMD (с электромеханическим приводом) представляет собой стартер/генератор, который заглушает двигатель в случае остановки автомобиля, например на красный сигнал светофора, и запускает его, как только водитель нажимает на педаль акселератора. Запуск двигателя происходит практически бесшумно и почти незаметно для водителя. В зависимости от условий эксплуатации система позволяет снизить расход топлива на 3–8 %. В городском режиме езды эта цифра может достигать 20 %. Первым автомобилем, оснащенным EMD, стал Citroën C3. Позднее автомобили марки Smart, а также Mercedes А-класса стали оборудоваться системой EMD от Gates.

Интервалы замены деталей привода регламентируются заводом – изготовителем автомобиля. Однако производители оригинального оборудования рекомендуют в случае замены ремня ГРМ и всех компонентов привода менять заодно и помпу. Также неисправность ремня и натяжителя может привести к преждевременному отказу подшипника и вала и резкому сокращению срока службы насоса. Кроме того, утечка охлаждающей жидкости из насоса неизбежно сказывается на состоянии ремня и натяжителя.

Что касается подделок, у нас есть портал Gates TechZone и раздел, посвященный проверке подлинности ремней ГРМ и отдельно ремкомплектов ГРМ Powergrip для бренда Lada. С подделками других продуктовых линеек на рынках России и стран СНГ мы не сталкивались. Также отметим, что в связи с глобализацией в настоящее время осуществляется переход на упаковку с новым дизайном в соответствии с обновленным фирменным стилем Gates. Новая упаковка выполнена в черно-серых тонах, процесс затронет практически все линейки продукции.

Дмитрий Осипов, технический тренер Continental: – Я бы не сказал, что происходит переход на ремни. Вернее, он давно произошел – примерно 40 лет назад, когда уровень развития технологий и их ценовой доступности позволил автопроизводителям применять ремни в серийном производстве и обеспечил приемлемую долговечность и надежность ременного привода ГРМ. Также от цепей стали отказываться из компоновочных соображений, когда геометрические размеры двигателей стали играть все более важную роль. Сейчас же соотношение двигателей с цепями и ремнями в приводе ГРМ в целом в мире – примерно 50:50. Ремни ГРМ, работающие в масле, как цепь, уже не являются новинкой – этой технологии больше 10 лет. И как показывает практика, широкого распространения такие ремни не получили. Если говорить про цепи, отказ от двухрядных роликовых и роликово-втулочных цепей в пользу однорядных или пластинчатых значительно сократил ресурс привода ГРМ на моторах с таким типом привода.

На большинстве современных моторов при замене привода ГРМ вам понадобится специнструмент: различные съемники, оправки, блокираторы и т. д. Причем этот инструмент вам понадобится сразу же после начала работ для выставления меток и фиксации фаз ГРМ. На некоторых моторах порой даже поликлиновый ремень привода навесного оборудования без специнструмента не поменять, так как там применяется эластичный, то есть самонатягивающийся, ремень.

Трудоемкость работ по замене приводов, конечно же, выросла. На двигатель сейчас навешано большое количество вспомогательного оборудования: например, ТНВД теперь есть на всех бензиновых двигателях с непосредственным впрыском, хотя раньше они были частью топливной системы только дизельных моторов. Иногда очень плотная компоновка моторного отсека также делает замену трудоемкой и затратной (в плане времени).

Ошибки при замене, кстати, почти не поменялись. В топ-2 неизменно входят неправильная регулировка натяжения и игнорирование инструкций и предписаний автопроизводителя (на многих двигателях есть свои нюансы и тонкости, несоблюдение которых ведет к значительному снижению ресурса привода или компонентов и к их неправильной работе).

Что касается дальнейшей эволюции систем привода ДВС, то, думаю, этого развития не будет, так как многие автопроизводители официально заявили, что уже прекратили или вскоре прекратят разработки перспективных ДВС и сосредоточатся либо на гибридных силовых установках, либо на полностью электрических. Так что ждать какого-то прорыва в этой области не стоит. Стремление автопроизводителей сократить количество вредных выбросов вынуждает их применять маловязкие масла, соответственно, ресурс цепных приводов ГРМ увеличиваться точно не будет.

Самой надежной защитой от подделок является покупка деталей или компонентов у официальных дистрибьюторов бренда. Их актуальный список есть у нас на сайте. Если же говорить о характерных особенностях бренда, то все зубчатые ремни Continental имеют дату изготовления на маркировке. Также на всю продукцию Continental нанесен QR-код, который вы можете отсканировать с помощью смартфона, после чего попадете на наш официальный сайт в раздел PIC (Product Information Center – центр информации о продукте), на страницу с подробной информацией по артикулу, который вы держите в руках.

Сергей Ельтищев, менеджер по работе с клиентами на территории РФ компании Dayco: – Одной из современных тенденций автопромышленности является постоянное совершенствование и усложнение конструкции автомобилей, сопровождающееся ужесточением экологических стандартов и требований к автомобилям.

Повышение КПД двигателей, снижение их массы и размеров побуждает производителей автокомпонентов и систем ДВС совершенствовать свои технологии. Это касается и приводов ГРМ, при создании которых упор делается на объединение достоинств цепной передачи и преимуществ ременной трансмиссии. 

И это целесообразно. Ведь использование ремня вместо цепи снижает потери на трение, обеспечивает меньший вес и размеры конструкции и низкий уровень шума, что, в свою очередь, улучшает топливно-экономические характеристики автомобиля, уровень комфорта и позволяет соответствовать новейшим экологическим стандартам.

Опережая потребности авторынка в более бережном отношении к окружающей среде и повышении производительности двигателей, в 2007 году компания Dayco разработала комплекты ремней ГРМ в масляной ванне (Belt in Oil), которые уже в 2009 году были премированы за инновации. Создание такого ремня послужило толчком для настоящей революции в области синхронной передачи и позволило внедрить целую систему под названием BIO, в которую, помимо особого ремня с тефлоновым покрытием, были включены механические узлы трансмиссии: особые натяжители со специальными подшипниками и инновационные системы демпфирования, которые способны создавать необходимую силу трения даже при наличии смазочного масла.

По мере того как автопроизводители добиваются снижения выбросов CO2 и расхода топлива, чтобы соответствовать актуальным требованиям международных норм и стандартов, усиливается тенденция к интеграции все большего числа узлов и систем двигателей для обеспечения необходимой производительности. Постоянные инвестиции в разработку передовых в мире производственных мощностей наряду с технической экспертизой Dayco в области систем передачи энергии позволяют компании создавать новаторские продукты, имеющие ключевое значение для повышения производительности двигателя.

В рамках международной выставки Automechanika Frankfurt 2018 компания Dayco продемонстрировала результаты такой работы – двухсторонний ремень ГРМ для работы в масляной ванне (BIO), узел Dayco BSG 48V для системы «стоп-старт» гибридных двигателей, гасители крутильных колебаний и новую конструкцию демпфированного шкива коленвала и натяжителей. Разработанный Dayco зубчатый двусторонний ремень BIO со специальным покрытием, позволяющим ремню надежно работать в масляной среде двигателя, стал настоящей революцией в автомобильной отрасли. Этот ремень ГРМ изготавливается из особых материалов, характеристики которых превосходят все представленные на рынке аналоги. Благодаря специальной конструкции зубьев на обеих сторонах ремня удалось добиться значительного уменьшения габаритов всей системы привода: ее компоненты могут быть сближены друг с другом благодаря тому, что ремень способен приводить их в движение одновременно с обеих сторон.

Компания Dayco применяет уникальные QR- и штрихкоды на упаковках как одну из мер по борьбе с подделками. Но в любом случае нужно понимать, что технологии копирования внешнего дизайна как упаковки, так и непосредственно запасных частей «шагнули» вперед, поэтому оптимальной защитой от возможного контрафакта является приобретение продукции у проверенных поставщиков.

Российский автопром растет и укрепляется благодаря таким титанам как Волжский автомобильный завод. Подробнее об истории завода автоваз.