Введение
Часть двигателя внутреннего сгорания
В поршневом двигателе ремень газораспределения (также называемый ремнем ГРМ) или цепь газораспределения, или набор шестерен газораспределения является изнашиваемым компонентом, используемым для синхронизации вращения коленчатого и распределительного валов. Эта синхронизация обеспечивает своевременное открытие и закрытие клапанов двигателя в соответствии с положением поршней.
Дизайн
В большинстве поршневых двигателей распределительный вал (или валы) механически соединены с коленчатым валом. Коленчатый вал приводит в движение распределительный вал (через ремень ГРМ, цепь ГРМ или шестерни), который, в свою очередь, управляет впускными и выпускными клапанами. Эти клапаны позволяют двигателю впускать воздух (или воздушно-топливную смесь) и выпускать отработавшие газы. 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, так и с распределительным валом (ами), тем самым синхронизируя их движение. Во многих старых двигателях с верхним расположением клапанов распределительный вал расположен в блоке цилиндров рядом с коленчатым валом, поэтому для привода распределительного вала часто используется простая зубчатая передача. В двигателях с верхним расположением распределительного вала чаще всего используются ремни ГРМ или цепи ГРМ, поскольку они лучше подходят для передачи привода на большие расстояния. Ремень ГРМ был широко распространен на автомобилях массового производства до 1970-х и 1980-х годов, однако с 1990-х годов цепи ГРМ стали более распространенными из-за интервалов замены, требуемых при использовании ремней ГРМ.
Ремни из резины с зубчатыми ремнями
Фраза "ремень ГРМ" обычно относится к резиновому зубчатому ремню. Преимущества ремня ГРМ обычно заключаются в более низкой стоимости, снижении потерь на трение, меньшем уровне шума и в том, что ремни традиционно не требуют смазки. Основной недостаток заключается в том, что ремни изнашиваются со временем, поэтому рекомендуется заменять их через определенные интервалы. Часто рекомендуется одновременно заменять водяной насос двигателя, поскольку он также подвержен износу и легко доступен при замене ремня ГРМ. Ремни ГРМ обычно расположены спереди двигателя и часто защищены крышкой от пыли и мусора. Однако некоторые двигатели, начиная с 2008 года, используют "мокрые ремни ГРМ", при этом ремень смазывается моторным маслом для снижения трения. В некоторых конструкциях двигателей ремень ГРМ также может использоваться для привода других компонентов, таких как водяной насос и масляный насос.
Строительство
Ремень газораспределения обычно изготавливается из резины, хотя некоторые ремни вместо этого производятся из полиуретана или неопрена. Структура ремня усилена кордовыми волокнами (выполняющими функцию натяжных элементов), а зубчатая поверхность – тканевым покрытием. Резина разрушается при высоких температурах и при контакте с моторным маслом. Таким образом, срок службы ремня газораспределения сокращается в горячих или двигателях с утечками масла. Кроме того, на срок службы армирующих кордов также влияют вода и антифриз, поэтому важно, чтобы ремень, подвергающийся воздействию воды, мог быстро отводить ее. У старых ремней зубья имеют трапециевидную форму, что приводит к интенсивному износу зубьев. Новые технологии производства позволяют изготавливать зубья с закругленными краями, которые работают тише и служат дольше. Ремень, соответствующий спецификациям производителя, может растягиваться при высоких оборотах, что приводит к запаздыванию фаз газораспределения и, следовательно, зажигания. Более прочные ремни от сторонних производителей не растягиваются, и фазы газораспределения сохраняются. При проектировании ремня газораспределения более широкий ремень увеличивает его прочность, однако более узкий ремень снижает вес и трение. Типичные причины поломки ремня газораспределения – это обрыв зубьев (в результате чего на ремне остается гладкий участок, по которому проскальзывает шестерня привода) или расслоение и распушивание волоконного сердечника. Обрыв ремня, благодаря свойствам высокопрочных волокон, встречается редко. Часто упускается из виду, что мусор и грязь, смешиваясь с маслом и смазкой, могут постепенно изнашивать ремень и его материалы, ускоряя процесс износа и приводя к преждевременному выходу из строя.
История
Зубчатые ремни были изобретены в начале 1940-х годов для использования на текстильных фабриках. Первым известным автомобильным двигателем, использующим ремень ГРМ, был американский гоночный автомобиль Devin Panhard 1954 года, в котором двигатель был переделан с толкателей на верхние распредвалы с помощью зубчатого ремня, изготовленного компанией Gilmer. Этот автомобиль выиграл Национальный чемпионат Sports Car Club of America (SCCA) в 1956 году. Glas 1004 1962 года выпуска стал первым серийно выпускаемым автомобилем, в котором использовался ремень ГРМ. Двигатель Pontiac OHC Six 1966 года стал первым автомобилем массового производства в США, использующим ремень ГРМ, а двигатель Fiat Twin Cam 1966 года – первым двигателем массового производства, использующим ремень ГРМ с двумя распредвалами.
Временные цепи
Металлические цепи газораспределения стали более распространены в автомобильных двигателях, выпускаемых с 1990-х годов, благодаря отсутствию необходимости регулярной замены ремня газораспределения. Хотя сами цепи подвержены минимальному износу, проблемы с обслуживанием могут возникать из-за недостаточной смазки цепи или выхода из строя натяжителя и направляющих цепи. В отличие от резиновых ремней, которые не подают никаких признаков обрыва во время движения, изношенность системы цепного привода газораспределения проявляется на ранних стадиях, например, в виде дребезжащего шума из передней части двигателя. В большинстве двигателей с толкателями, где коленчатый и распределительный валы расположены очень близко друг к другу, используется короткий цепной привод вместо прямого шестеренчатого привода. Это объясняется тем, что шестеренчатые приводы подвержены частым изменениям направления крутящего момента из-за "отскока" кулачков, что приводит к повышенному шуму и износу.
Редукторы
Распределительные шестерни используются в различных двигателях с верхним расположением клапанов из-за близкого расположения распределительного вала к коленчатому валу. Шестерни, покрытые волокном или нейлоном, обладающие большей упругостью, часто используются вместо стальных шестерен при прямом приводе. Однако в коммерческих и авиационных двигателях применяются исключительно стальные шестерни, так как другие материалы могут выйти из строя внезапно и без предупреждения.