В поршневом двигателе ремень ГРМ (также называемый cambelt ) или цепь ГРМ или набор шестерен ГРМ являются недолговечным компонентом, используемым для синхронизации вращения коленчатого вала и распределительного вала . Эта синхронизация обеспечивает открытие и закрытие клапанов двигателя в правильное время по отношению к положению поршней.
В большинстве поршневых двигателей распределительный вал (валы) механически соединены с коленчатым валом . Коленчатый вал приводит в движение распределительный вал (через ремень ГРМ, цепь ГРМ или шестерни), который, в свою очередь, приводит в действие впускные и выпускные клапаны . [1] Эти клапаны позволяют двигателю вдыхать воздух (или смесь воздуха и топлива) и выдыхать выхлопные газы. [2]
Наиболее распространенными устройствами для передачи привода являются зубчатые резиновые ремни, металлические цепи ГРМ или набор шестерен. Зубья ремня/цепи/шестерен входят в зацепление как с коленчатым валом, так и с распределительным валом(ами), тем самым синхронизируя их движение.
Во многих старых двигателях с верхним расположением клапанов распределительный вал расположен в блоке рядом с коленчатым валом, поэтому для привода распределительного вала часто используется простая система передач. В двигателях с верхним расположением распределительного вала в основном используются ремни ГРМ или цепи ГРМ, поскольку они лучше подходят для передачи привода на большие расстояния. Ремни ГРМ были распространены на автомобилях массового производства до 1970-х и 1980-х годов, [ необходима цитата ] однако с 1990-х годов цепи ГРМ стали более распространенными из-за интервалов замены, требуемых при использовании ремней ГРМ.
Фраза «ремень ГРМ» обычно относится к резиновому зубчатому ремню . Преимуществами ремней ГРМ обычно являются более низкая стоимость, сниженные потери на трение, [ требуется цитата ] меньший шум и то, что ремни традиционно не требуют смазки. [4] Главным недостатком является то, что ремни изнашиваются со временем, поэтому рекомендуется заменять ремень через определенные промежутки времени. [5] [6] Часто рекомендуется одновременно заменять водяной насос двигателя , поскольку водяной насос также подвержен износу и к нему легко получить доступ во время замены ремня ГРМ.
Ремни ГРМ обычно располагаются в передней части двигателя и часто находятся за крышкой для защиты от пыли и мусора. Однако в нескольких двигателях с 2008 года используются «мокрые ремни ГРМ», при этом ремень смазывается моторным маслом для уменьшения трения. [7] В некоторых конструкциях двигателей ремень ГРМ может также использоваться для привода других компонентов, таких как водяной насос и масляный насос .
Ремень ГРМ обычно изготавливается из резины, хотя некоторые ремни изготавливаются из полиуретана или неопрена. [8] [9] Структура ремня армирована кордными волокнами (действующими как элементы натяжения ) [10] , а зубчатая поверхность армирована тканевым покрытием. [11]
Резина разрушается при более высоких температурах и при контакте с моторным маслом . Таким образом, срок службы ремня ГРМ снижается в горячих или протекающих двигателях. Кроме того, срок службы армирующих кордов также зависит от воды и антифриза, поэтому важно, чтобы ремень, который может подвергаться воздействию воды, мог быстро отводить воду.
Старые ремни имеют зубья трапециевидной формы, что приводит к быстрому износу зубьев. [ требуется ссылка ] Новые технологии производства позволяют использовать изогнутые зубья, которые работают тише и служат дольше.
Ремни ГРМ, указанные производителем, могут растягиваться на высоких оборотах, [ требуется ссылка ] задерживая кулачок и, следовательно, зажигание. [12] Более прочные ремни вторичного рынка не будут растягиваться, и синхронизация сохранится. [13] При проектировании ремня ГРМ более широкий ремень увеличивает его прочность, однако более узкий ремень снижает вес и трение. [14]
Обычные неисправности ремней ГРМ — это либо сорванные зубья (что оставляет гладкий участок ремня, где ведущая шестерня будет проскальзывать), либо расслоение и распутывание волоконных сердечников. Разрыв ремня из-за природы высокопрочных волокон встречается редко. [15] Часто упускаемый из виду мусор и грязь, которые смешиваются с маслом и смазкой, могут медленно изнашивать ремень и материалы, ускоряя процесс износа, вызывая преждевременный выход ремня из строя. [16]
Зубчатые ремни были изобретены в начале 1940-х годов для использования на текстильных фабриках. [17] Первым известным автомобильным двигателем, в котором использовался ремень ГРМ, был американский гоночный автомобиль Devin-Panhard 1954 года , в котором использовался двигатель, переделанный с толкателей на верхние распредвалы с помощью зубчатого ремня, произведенного компанией Gilmer. [18] [19] Этот автомобиль выиграл национальный чемпионат Sports Car Club of America (SCCA) в 1956 году. [20]
Glas 1004 1962 года был первым серийным автомобилем, в котором использовался ремень ГРМ. Двигатель Pontiac OHC Six 1966 года был первым серийным автомобилем в США, в котором использовался ремень ГРМ, [21] [22], в то время как двигатель Fiat Twin Cam 1966 года был первым серийным двигателем, в котором использовался ремень ГРМ с двумя распредвалами.
Металлические цепи ГРМ стали более распространенными в автомобильных двигателях, выпускаемых с 1990-х годов, из-за отсутствия регулярной задачи по техническому обслуживанию, заключающейся в замене резинового ремня ГРМ. Хотя сами цепи подвергаются минимальному износу, смазка цепи или выход из строя натяжителя и направляющих цепи могут вызвать проблемы с обслуживанием. В отличие от резиновых ремней ГРМ, которые не дают никаких признаков разрыва во время вождения, существуют ранние симптомы износа системы цепи ГРМ, и они включают дребезжащий шум спереди двигателя. [23]
Большинство двигателей с толкателем , где коленчатый вал и распределительный вал расположены очень близко друг к другу, используют короткий цепной привод, а не прямой шестеренчатый привод. Это происходит потому, что шестеренчатые приводы страдают от частого изменения крутящего момента, поскольку профили кулачков «отбрасываются» назад против привода от коленчатого вала, что приводит к чрезмерному шуму и износу. [ необходима цитата ]
В различных двигателях с верхним расположением клапанов используются распределительные шестерни из-за близкого расположения распределительного вала к коленчатому валу.
Покрытые волокном или нейлоном шестерни, с большей упругостью, часто используются вместо стальных шестерен, где используется прямой привод. Однако в коммерческих двигателях и авиационных двигателях используются только стальные шестерни, поскольку эти другие материалы могут внезапно и без предупреждения выйти из строя. [24]
Отказ системы синхронизации не позволит двигателю работать. Многие современные автомобили используют двигатели с помехами , которые могут понести катастрофические повреждения в случае отказа системы синхронизации, [25] поскольку потеря синхронизации между коленчатым валом и распределительным валом приведет к столкновению клапанов с поршнями.
Предупреждающие признаки того, что цепь ГРМ необходимо заменить, включают в себя: [26]
Помимо самого ремня/цепи, также распространенным является отказ натяжителя и/или различных подшипников шестерен и натяжителей, что приводит к сходу ремня/цепи. Кроме того, в двигателях, где ремень ГРМ приводит в действие водяной насос, отказ водяного насоса может привести к заклиниванию насоса, что может привести к разрыву ремня ГРМ или цепи. По этой причине ремни ГРМ и цепи часто продаются как часть комплекта с водяным насосом, натяжителем и натяжными шкивами, чтобы эти детали можно было заменить, чтобы предотвратить отказ ремня ГРМ или цепи из-за отказа этих деталей.
{{cite book}}: CS1 maint: другие ( ссылка )В более ранних двигателях распределительные валы часто приводились в действие шестернями от коленчатого вала. Позже конструкторы силовых установок разработали цепные приводы в конфигурациях OHV (верхний клапан), которые обеспечивали некоторую гибкость в размещении распределительного вала, чтобы можно было использовать более короткие толкатели для большей производительности и эффективности. Эти двигатели с длинными цепями иногда имели тенденцию к проворачиванию и возникновению проблем. Единственной альтернативой была шумная и сложная многоступенчатая передача, пока в 1945 году не был изобретен зубчатый резиновый синхронный ремень ГРМ. Сегодня кулачковый привод ГРМ используется в таких известных автомобилях, как Ferrari, Mercedes, Cadillac, Corvette, BMW, Alfa Romeo, Porsche и т. д.
Пример ремня Audi, который порвался до рекомендуемого интервала замены.