Зачем нужна регулировка клапанов
Для чего нужно делать регулировку клапанов в двигателе
Автомобиль в ходе эксплуатации испытывает большие нагрузки на самые разные узлы, поэтому периодически требуется их обслуживание – регулировка или ремонт, иногда и замена. Двигатель – сердце любой машины, постоянно работает в экстремальных условиях, и каждая деталь в нём должны быть отрегулирована с большой точностью, иначе возникнут серьёзные неполадки.
Клапана двигателя – один из его важнейших элементов, непосредственно находящиеся в камерах сгорания. Их положение и движение должно быть настроено с большой точностью – буквально до микрон. Но и они со временем изнашиваются, а работа двигателя нарушается, поэтому через определенное время регулировку надо повторять.
Для чего нужно регулировать клапана
В каждом цилиндре двигателя есть впускные и выпускные клапана. Первые открывают доступ воздушно-топливной смеси в бензиновых двигателях, или воздуха в дизельных, после чего возвращаются в исходное положение и надёжно герметизируют камеру сгорания. Вторые открываются, чтобы выпустить отработанные газы – в момент впрыска они также плотно прилегают к «седлу» головки блока.
Своевременное открытие клапана осуществляется распределительным валом, который толкает шток в нужный момент, выдвигая его из «седла». Назад он возвращается пружиной. Между штоком и собственно кулачком распредвала находится толкатель. И регулируется именно зазор между этим толкателем и кулачком.
Что даёт своевременная регулировка клапанов? Обеспечивается нормальная работа двигателя в горячем состоянии, когда металл расширяется. Зазоры влияют на работу клапанов – они должны обеспечивать плотное их прилегание при горячем двигателе. Они так и называются – тепловые зазоры, и составляют десятые доли миллиметра.
Регулировка клапанов нужна для того, чтобы двигатель обеспечивал положенную мощность и служил долго.
С какой периодичностью производится регулировка
Конечно, регулировка клапанов делается, когда накопился определенный пробег, но для разных автомобилей он тоже разный. Эту информацию можно узнать в инструкции. Но опытные автолюбители советуют заезжать на СТО после каждых 20-45 тысячах километров для отечественных авто, и 60-100 тысяч для иномарок.
Но если вы знаете, как влияет зазор клапанов на работу двигателя, то сможете и самостоятельно вовремя определить неполадки. Если при открытом капоте двигатель издаёт шум, как будто там швейная машинка, то надо срочно отправляться на СТО. Второй признак – падение мощности – машина «не тянет», как раньше. В такой ситуации не надо ждать, пока машина отъездит положенный пробег, нужно принимать меры как можно быстрее.
Сама работа по регулировке стоит очень недорого и занимает около часа – надо ждать, пока остынет двигатель.
На некоторых автомобилях регулировка вообще не производится – если используются специальные гидрокомпенсаторы. Они сами обеспечивают оптимальные режимы, и может понадобиться только их замена, но это бывает редко. Гидрокомпенсаторы можно установить на большинство автомобилей, и навсегда забыть о такой регулировке.
Как будут работать клапана при неправильно выставленном зазоре
Двигатель работает в жёстком температурном режиме, от высокой температуры металл расширяется. Поэтому, если толкатель плотно прижимается к кулачку распредвала, происходит следующее:
- При нагреве впускной клапан не сможет герметично прилегать на своё место, и часть воспламенившейся смеси будет выброшена через эту щель.
- Из-за неплотного прилегания широкой части клапана к блоку нарушается его охлаждение, и он быстрее разрушается. Особенно это касается выпускных клапанов, работающих в более жестких температурных условиях. Впускные охлаждаются поступающей смесью.
- Нарушается компрессия, мощность заметно падает, износ деталей сильно ускоряется.
То же самое произойдет, если неплотно закрываются выпускные клапана.
Уменьшится зазор может из-за износа фаски на широкой части клапана – «тарелке», да и его «седло» также изнашивается из-за постоянных ударов и высокой температуры. Поэтому «тарелка» постепенно утопает в «седле» немного глубже, а толкатель приближается к кулачку. Конечно, эти величины очень малы – микроны, но всё-таки постепенно начинают сказываться на работе двигателя.
Случается и обратная ситуация, когда зазор слишком велик. Например, неизбежно происходит износ кулачков распредвала и поверхности толкателя. Зазор между ними увеличивается. В итоге нарушается работа двигателя – впускные клапана открываются чуть позже, и смесь не успевает попасть в камеру сгорания в достаточном количестве. От этого мощность двигателя падает, и работает он с шумом – из-за стука распредвала по толкателям. Ситуация усугубляется и более поздним открытием выпускных клапанов, отчего отработанные газы удаляются из цилиндра не полностью.
В любом случае, как только двигатель стал хуже «тянуть», тем более еще и работать с большим шумом, пора отправляться на СТО. Иначе однажды поездка закончится вызовом эвакуатора, а затем заменой некоторых узлов двигателя. Так экономия нескольких сотен рублей и часа времени приводит к длительному и дорогостоящему ремонту.
Как проводится регулировка клапанов
Если быть точными, регулировке подлежат не сами клапаны (они представляют из себя металлический «грибок», изготовленный из цельного куска металла, неизменяемый по форме), а тепловые зазоры между ними и распределительным валом. Принцип работы клапанов заключается в полном прилегании к седлу (специальной выемке в головке блока цилиндров) в промежутках между рабочими циклами. Нужно это, во-первых, для того, чтобы камера сгорания была герметичной, а во-вторых, плотная посадка клапана в относительно холодный металл головки блока обеспечивает его охлаждение.
И это весьма актуально: клапаны, в особенности выпускные, контактирующие с раскаленными выхлопными газами, нагреваются до огромных температур. Соответственно, металл, из которого они изготовлены, расширяется, и, если бы зазора между ножкой клапана и толкающими элементами распредвала не существовало бы, клапану пришлось бы «зависнуть», то есть, закрываться не до конца. Собственно, это и происходит в том случае, если тепловой зазор становится меньше указанной производителем нормы.
Последствия неполного закрытия клапанов:
потеря мощности двигателя;
увеличение расхода топлива;
образование нагара на тарелках клапанов и его седлах;
неустойчивая работа двигателя;
прогорание его седла в ГБЦ, и, как следствие, дорогостоящий ремонт.
Слишком большой тепловой зазор также приводит к неисправностям. В этом случае клапаны открываются не до конца, следовательно, не обеспечивают необходимый уровень газообмена, что также приводит к снижению мощности двигателя. Из-за того, что даже при рабочей температуре между кулачками распредвала и контактной площадкой клапана существует зазор, работа газораспределительного механизма сопровождается ударами, которые особенно опасны при нагрузке, на рабочих оборотах двигателя и приводят к износу деталей, в первую очередь – распределительного вала. И, наконец, в отдельных случаях, когда клапан слишком низко опускается в камеру сгорания, существует вероятность его столкновения с поршнем в момент сжатия, что неизбежно приведет к капитальному ремонту двигателя.
СИСТЕМЫ РЕГУЛИРОВКИ КЛАПАНОВ
В зависимости от конструкции двигателя (головки блока цилиндров), существуют три способа регулировки клапанов.
При помощи регулировочных болтов. Самый простой, надежный и старый способ регулировки. При этом – не устаревший, некоторые автопроизводители используют его до сих пор. На регулировочном болте (или винте) ослабляется контргайка, вращением болта устанавливается необходимый зазор, после чего контргайка затягивается снова.
При помощи шайб («пятаков»). Регулировочные шайбы устанавливаются в специальное устройство (толкатель), находящееся между распредвалом и клапаном. Регулировка производится путем подбора необходимой толщины шайбы.
При помощи регулировочных стаканов. В этом случае подбирается толщина не шайб, а самих толкателей («стаканчиков») путем их замены или шлифовки.
Отдельно стоит упомянуть клапанный механизм, который нет необходимости регулировать. Автомобили, оснащенные гидрокомпенсаторами (их еще называют гидротолкателями или гидроопорами, в зависимости от особенности конструкции), не нуждаются в регулировке тепловых зазоров клапанов. Гидкомпенсатор способен автоматически удлиняться на величину, равную необходимому зазору под действием внутренней пружины и давления моторного масла.
ПЕРИОДИЧНОСТЬ ВЫСТАВЛЕНИЯ ЗАЗОРОВ
Интервалы между регулировками тепловых зазоров клапанов прописаны в инструкции по эксплуатации автомобиля. Обычно для современных двигателей они составляют 80-100 тыс. км пробега, то есть, работы могут проводиться одновременно с заменой ремня ГРМ или свечей зажигания. Однако при систематической работе мотора на сжиженном газе или бензине с октановым числом выше предписанного заводом интервал рекомендуется сокращать.
Клапаны подлежат регулировке и в случае выявления проблем в их работе. Симптомами разрегулированных тепловых зазоров могут служить:
цоканье, постукивание, дребезг и прочие звуки из-под клапанной крышки;
ухудшение запуска двигателя (как «на холодную», так и «на горячую»);
нестабильный холостой ход;
аномальные звуки при работе двигателя на больших оборотах (рёв);
потеря приемистости на низких оборотах;
толчки, рывки, провалы при нажатии на педаль газа;
увеличение расхода топлива.
Конечно, большинство из этих симптомов могут говорить о неисправностях в других системах двигателя. Но даже в таких случаях регулировка клапанов, во-первых, даст уверенность в нормальной работе двигателя, а во-вторых, исключит клапанную группу из «списка подозреваемых».
ПОРЯДОК РАБОТ
Механизм проведения регулировки тепловых зазоров клапанов отличается в зависимости от конструкции двигателя, но есть общие моменты: в любом случае, необходимо снять клапанную крышку (или крышки, если головка блока цилиндров не одна) и поднять поршень регулируемого цилиндра в верхнюю мертвую точку.
Наиболее просто работать с рядными двигателями, оснащенными регулировочными болтами. Из специальных инструментов для регулировки необходим лишь набор щупов. Заводские значения зазоров обычно находятся между 0,1 и 0,4 мм, точная информация содержится в предписаниях изготовителя. Зазоры выпускных клапанов (обычно они меньше размером) всегда несколько больше, чем впускных, которые меньше нагреваются.
Регулировку начинают с первого цилиндра, и продолжают согласно очередности работы цилиндров на данном двигателе (например, 1-3-4-2), начиная с первого. Перед установкой зазоров необходимый цилиндр поднимают в ВМТ согласно меткам на шкивах распределительного и коленчатого валов, прокручивая либо за колесо на автомобилях с механической коробкой (для этого надо поддомкратить машину и поставить КПП на передачу), либо за шкив коленвала.
В случае, когда тепловые зазоры клапанов регулируются шайбою, может понадобиться специальное устройство, чтобы утопить толкатель, пинцет, чтобы достать регулировочную шайбу, и шприц для откачивания масла из толкателя (его пленка может исказить измерения щупом). «Пятаки» подбираются из расчета толщины установленных и разницы между их номиналом и необходимым зазором. Возможна перестановка шайб между клапанами – в случае, когда таким образом получается нужный зазор.
Регулировка при помощи стаканчиков (толкателей разной толщины) является самой сложной, так как сопряжена со снятием распределительного вала. На некоторых двигателях вместо стаканчиков можно использовать толкатели с регулировочными шайбами (что позволит в будущем выставлять зазоры без снятия вала), однако следует понимать, что из-за большей массы шайб такая конструкция имеет увеличенную инерцию, что чревато задержкой в работе клапанов на высоких оборотах.
Тепловые зазоры на двигателях такой конструкции регулируются как заменой толкателей, так и шлифовкой – как внутренней части стаканчика, так и, в отдельных случаях, ножки клапана. Стоит предупредить, что шлифовать подобным образом регулировочные шайбы (ровно как и наружную часть стаканчика) нежелательно из-за слишком большой их площади.
РЕКОМЕНДАЦИИ
Сложность регулировки клапанов зависит не только от конструкции двигателя. Современные автомобили преимущественно рассчитаны на обслуживание в технических центрах, поэтому проблемы могут возникнуть уже на начальных этапах – например, при доступе к крепежу клапанной крышки. Для этого может потребоваться демонтаж навесного оборудования, проводов или патрубков системы охлаждения.
На некоторых моделях автомобилей (например, с оппозитными или V-образными моторами) для регулировки тепловых зазоров бывает необходим полный или частичный демонтаж двигателя или ГБЦ. Поэтому проведение ее имеет смысл объединить с заменой свечей зажигания, ремня ГРМ, роликов и водяного насоса. И в любом случае, при регулировке клапанов нужно запастись прокладками клапанных крышек и свечных колодцев.
Даже там, где регулировка проводится относительно несложно, необходимо строго придерживаться предписаний и регламента проводимых работ. Что подразумевает определенные слесарные навыки и, желательно, опыт в проведении подобных операций. Поэтому не стоит экономить и регулировать клапаны своими силами – лучше обратиться к профессионалам. Например, на любую из станций сети умных автосервисов Wilgood.
Нужно ли и зачем регулировать клапана на машине. Подробно + видео
Любой двигатель внутреннего сгорания имеет впускной и выпускной механизм (по которым подается новая топливная смесь в цилиндры двигателя, а также отводится отработанные газы). Важнейшим элементом являются клапана (впускные и выпускные), именно от их правильной работы зависит работоспособность всего силового агрегата. Через определенный пробег работа мотора может стать шумной, также пропадает тяга, увеличивается расход топлива, и вы можете слышать от мастеров (да и просто от знающих водителей) – что нужно «регулировать клапана». Что это за процесс? Зачем он делается и почему так необходим? Давайте разбираться, как обычно будет и видео версия …
СОДЕРЖАНИЕ СТАТЬИ
В самом начале мне хочется сказать, что я сегодня не буду рассказывать про систему ГРМ с гидрокомпенсаторами, все же это тема для отдельной статьи. Рассмотрим систему с обычными толкателями, которые сейчас очень популярны на многих автомобилях, именно эта система нуждается в регулировке через определенный интервал
Что такое «толкатели»?
Начнем с простого (многие я уверен), не знают что это такое. Для того чтобы верхняя часть клапана, да и кулачек распределительного вала ходили дольше, на них стали одевать так называемые толкатели. Это цилиндр, с одной стороны он имеет дна, оно есть с противоположной стороны (если утрировать, он похож на металлический «стаканчик»).
Полой частью он одевается на клапанную систему с пружиной, а вот дном он упирается в «кулачек» распределительного вала. Так как поверхность толкателя большая, от 25 до 45 мм (у различных производителей по-разному), изнашиваться он будет дольше, чем скажем просто верхняя часть «штока» (у которой диаметр всего 5-7 мм).
Толкатели делятся на два вида:
- Цельные – их регулировка происходит полностью заменой корпуса
- Разборные – когда сверху в крышке есть проточка, в которую устанавливается специальная регулировочная шайба. Можно ее заменить, таким образом подобрать величину теплового зазора
Эти элементы невечные, и их (либо шайбы сверху) также нужно заменить через определенный пробег.
Тепловой зазор – что это такое?
В идеале кулачек распределительного вала и толкатель должны быть максимально прижаты друг к другу, чтобы поверхности идеально контактировали. НО все мы знаем, что двигатель состоит из металла (алюминий чугун не важно), также из других металлов состоят и клапана, толкатели и распредвалы. При нагревании металлы имеют обыкновение расширяться (удлиняться).
И уже зазор, который был идеален на холодном двигателе, становится неправильным на горячем! Простыми словами клапана становятся зажатыми (это плохо, про это поговорим ниже).
Из этого следует, что на холодном моторе, нужно оставлять специальные тепловые зазоры с компенсацией на расширение при горячем. Эти значения небольшие и измеряются в микронах специальными щупами. Причем на впуске и выпуске эти значения отличаются
Если тепловой зазор между кулачком распределительного вала и толкателем клапана уменьшается или увеличивается – то это ОЧЕНЬ плохо для работоспособности двигателя и самого механизма ГРМ в целом. Сейчас у каждого производителя существует специальный регламент регулировки этого «теплового зазора» (это и называется «регулировкой клапанов») – обычно он колеблется от 60 до 100 000 км, все зависит от материалов, которые применяются в конструкции. Как я писал выше — регулировка осуществляется путем подбора либо «цельных» толкателей, либо замены «шайб» в верней части.
«Теплонагруженность» впускных и выпускных клапанов
Хочу начать с того, что эти элементы двигателя это очень сильно теплонагруженные детали. Они достаточно миниатюрные, зачастую диаметр штока клапана всего 5 мм, а температура в камере сгорания может достигать 1500 – 2000°С (пусть кратковременно но все же).
Как я писал выше зазоры у впускных и выпускных клапанов различаются, обычно на выпуске они намного больше (примерно на 30%). Для примера (на моторах Корейских авто) «выпускные» имеют тепловой зазор около — 0,2 мм, а на «выпускных» около – 0,3 мм.
Но почему на выпуске зазоры устанавливаются больше? Все дело в том, что выпускные клапана «страдают» больше, чем впускные. Ведь через них отводятся ГОРЯЧИЕ отработанные газы, соответственно разогрев их больше – поэтому расширяются (удлиняются) они также больше.
Почему обязательно нужно регулировать?
Есть всего две причины. Это их «зажатие», когда тепловой зазор пропадает между кулачком распредвала и толкателем. И наоборот увеличение зазора. И тот и другой случай не несут ничего хорошего. Я постараюсь более подробно рассказать все на пальцах
Почему зажимает клапана?
Нужно отметить, что «зажатие» очень часто происходит у тех, кто ездит на газу (газомоторном топливе). Самая широкая часть клапана называется тарелка (у нее есть фаска по краям), именно она находится в камере сгорания одной стороной, другой она прижимается к «седлу» в головке блока (это часть куда заходит клапан, таким образом, герметизируя камеру сгорания).
От больших пробегов начинают изнашиваться «седло», а также фаска на «тарелке». Таким образом «шток» двигается наверх, прижимая «толкатель» к «кулачку» практически вплотную. Именно поэтому может происходить «зажим».
ЭТО ОЧЕНЬ ПЛОХО! Почему? Да все просто – тепловое расширение никто ни куда не делось. Значит, в «зажатом» случае, когда шток будет разогреваться (происходит удлинение), то тарелка будет чуть выходить из седла:
- Падает компрессия, соответственно падает мощность
- Нарушается контакт с головкой блока (с седлом) – нет нормального отвода тепла от клапана – головке
- При воспламенении, часть горящей смеси может проходить мимо клапана сразу в выпускной коллектор, оплавляя либо разрушая «тарелку» и ее фаску
- Ну и второстепенная причина, эта смесь может негативно воздействовать на катализатор.
Нужно помнить что «впускные элементы» охлаждаются вновь поступающей топливной смесью!
А вот отвод тепла «выпускных» зависит от того, как он плотно прижимается к «седлу»!
Увеличение зазора
Бывает и другая ситуация. Она характерна для моторов, работающих на бензине. Наоборот увеличение «теплового зазора». Почему такое происходит и почему это плохо?
Со временем плоскость толкателя, как и поверхность кулачков рапределительного вала изнашиваются – что приводит к увеличению зазора. Если его вовремя не отрегулировать, то он еще более увеличивается от ударных нагрузок. Мотор начинает работать шумно, даже на «горячую».
Уменьшается мощность двигателя из-за нарушений фаз газораспределения. Если сказать «простым языком» впускные клапана открываются чуть позже, что не позволяет нормально наполнить камеру сгорания, «выпускные» также открываются позже, что не дает нормально отойти отработанным газам.
В любом случае, «зажатие» или наоборот «увеличения зазора» негативно сказывается на работе всего силового агрегата. НЕ НУЖНО ПРЕНЕБРЕГАТЬ РЕГУЛИРОВКОЙ! Стоит ее исполнять в сроки указанные производителем. Если ее не делать, то рано или поздно можно попасть на капремонт головки блока
Сейчас видео версия статьи, смотрим.
А на этом я заканчиваю, думаю, мои материалы были вам полезны. ИСКРЕННЕ ВАШ АВТОБЛОГГЕР
(10 голосов, средний: 5,00 из 5)
Зачем нужно регулировать клапана ГРМ двигателя
Нередко в хороших автосервисах можно увидеть картину, как опытный моторист, после минутного прислушивания к звукам работающего мотора, говорит о необходимости регулировки его клапанов. Кто-то знает, что означает этот процесс и для чего он нужен, другой мало осведомлен о нем.
Разберемся вместе со специалистами нашего сайта в назначении этого вида работ и необходимости их проведения.
Что это такое
Поршневой двигатель автомобиля работает на топливовоздушной смеси (ТВС), которая создается из определенных пропорций бензина и воздуха. Для ее поступления в цилиндры и отвода отработавших газов, предусмотрены клапана ГРМ. Их работа невозможна без кулачков распределительного вала, которые открывают клапана в нужный момент.
Конструкций этого механизма несколько. Кулачки могут непосредственно воздействовать на штанги клапанов, но иногда применяются так называемые коромысла. Тогда кулачек давит на один из его концов, а второй открывает клапан. Но здесь важно понимать одно. Между деталью, открывающей клапан и его штангой должен быть определенный зазор, называемый тепловым.
Это необходимо ввиду того, что все детали двигателя нагреваются до высокой температуры. Они изготавливаются из металла, который в процессе нагрева всегда расширяется. Поэтому клапана, в зависимости от температуры мотора, могут изменять свою длину. Она и компенсируется регулируемым тепловым зазором. Процесс этот стоит правильно называть регулировкой теплового зазора привода клапанов.
Зачем нужна эта регулировка, последствия отказа от нее
В нормальном состоянии клапан плотно прилегает к своему седлу тарелкой, что обеспечивается специальной натяжной пружиной и наличием фасок, обеспечивающих герметичность.
Если представить себе, что между штангой клапана и толкателем нет никакого зазора, то, при выходе на рабочую температуру, она удлинится и начнет давить на толкатель. В результате между тарелкой клапана и им самим образуется небольшая щель, вследствие чего утрачивается герметичность соединения.
Таким образом, если не осуществлять регулировку теплового зазора, клапанный механизм перестанет правильно выполнять свою работу. Для двигателя вредны как увеличенные показатели зазора, так и его заниженные данные.
Уменьшенные показатели могут повлечь неплотное закрытие камеры сгорания и, через образовавшуюся щель, во впускной или выпускной тракт станут попадать раскаленные газы. Дополнительно сам клапан начнет сильнее нагреваться, так как плотность его закрытия влияет на процесс охлаждения.
Это особенно важно для выпускных клапанов, ведь они, в отличие от впускных (охлаждающихся поступающей ТВС), выводят горячие газы и не имеют дополнительных возможностей для охлаждения. Их перегрев может привести даже к прогару и разрушению, вследствие плохого охлаждения.
Увеличение теплового зазора приведет к ударным нагрузкам на весь механизм газораспределения. Распредвал будет ударно воздействовать на клапанный механизм, что уменьшит его ресурс и приведет к неполному закрытию клапана. В результате ухудшится наполнение цилиндра ТВС, произойдет нарушение фаз работы газораспределения. Это существенно скажется на тяговых характеристиках мотора.
Величина теплового зазора и периодичность регулировки
Если конструкцией силовой установки предусмотрена регулировка теплового зазора клапанного механизма, то его величина задается заводом-изготовителем и указывается в руководстве по эксплуатации. Она небольшая и колеблется в пределах 0,1-0,4 мм.
Для измерения величины зазоров существуют специальные наборы щупов, имеющие шаг 0,05 мм и даже меньше. Это нужно для соблюдения точности, вплоть до сотых миллиметра.
Показатели теплового зазора для выпускных клапанов и впускных различны, причины этого были указаны выше.
Запоминать значения теплового зазора на практике не имеет смысла, их всегда можно посмотреть в инструкции. Следует знать периодичность проведения регулировочных работ. Данная процедура не отличается частотой, она проводится один раз в 60-80 тысяч километров пробега транспортного средства. Эти данные тоже есть в инструкции по эксплуатации конкретной модели.
Проверку параметров теплового зазора и его регулировку следует обязательно провести на двигателе купленного авто, особенно, если оно имеет определенный пробег. Для этого лучше всего обратиться к сертифицированным специалистам, так как они обладают необходимыми знаниями и навыками.
Моторы, которые не нуждаются в этой процедуре
Двигатели определенной конструкции не нуждаются в осуществлении регулярной регулировки теплового зазора клапанного механизма. К таковым относят силовые установки, оснащенные гидрокомпенсаторами.
Это устройства, которые способствуют автоматической регулировке теплового зазора в клапанах путем подачи к ним моторного масла. Именно поэтому они получили свое название – «гидрокомпенсаторы».
Эти механизмы надежны, но не вечны. Иногда в двигателях, оснащенных ими, становится слышен цокающий звук. Если он имеет большую интенсивность при запуске мотора и не пропадает после его прогрева, значит гидрокомпенсаторы здесь вышли из строя и требуют замены. Но это тема уже другого обзора.
Как отрегулировать тепловые зазоры клапанов в двигателе
При работе двигателя все детали изменяют свои геометрические размеры по причине теплового расширения, не всегда точно предсказуемого. Касается эта проблема и привода клапанов газораспределительного механизма в четырёхтактных моторах. Здесь важно очень точно и своевременно открывать и закрывать каналы впуска и выпуска, воздействуя на торец стебля клапана, что затруднительно в условиях расширения, как самих стеблей, так и всей головки блока.
Конструкторы вынуждены оставлять в сочленениях тепловые зазоры или прибегать к установке узлов их механической компенсации.
Роль клапанов и фаз газораспределения в двигателе
Одной из самых важных характеристик двигателя, когда речь заходит о его максимальной мощностной отдаче при приемлемом расходе топлива, становится наполнение цилиндров свежей смесью. Попадает она в рабочий объём через систему клапанов, ими же и выпускаются отработавшие газы.
Когда двигатель работает на значительных оборотах, а ими можно считать с некоторым допущением как максимальные, так и минимальные холостого хода, массы газа, проходящие через цилиндры, начинают проявлять свои аэродинамические свойства, инертные и прочие, связанные с эффективностью горения и теплового расширения.
Точность и оптимальность отбора энергии топлива и превращения её в механическую зависят от своевременной подачи смеси в рабочую зону с последующим не менее оперативным её удалением.
Моменты открытия и закрытия клапанов определяются фазой движения поршня. Отсюда и понятие фазированности газораспределения.
В любое время, а для мотора это означает угол поворота коленчатого вала и конкретный такт работы двигателя внутри цикла, состояние клапана определяется совершенно чётко. Зависеть оно может лишь от оборотов и нагрузки в строго нормированных пределах, задаваемых системой подстройки фаз (фазорегуляторами). Ими оснащаются самые современные и совершенные двигатели.
Признаки и последствия неправильного зазора
В идеале, точность работы клапанов обеспечивает нулевой зазор. Тогда клапан будет чётко следовать траектории, задаваемой профилем кулачка распредвала. Он имеет достаточно сложную и тщательно подбираемую разработчиками мотора форму.
Но реализовать такое возможно только при использовании гидрокомпенсаторов зазоров, в зависимости от конкретного исполнения называемых также гидротолкателями и гидроопорами.
В остальных случаях зазор будет небольшим, но вполне конечным, зависимым от температуры. Разработчики ДВС экспериментально и расчётным путём определяют, каким он должен быть изначально, чтобы в любых условиях изменение зазоров не сказалось на работе мотора, нанеся ему повреждения или понизив его потребительские качества.
Большой зазор
На первый взгляд увеличение зазоров в приводе клапанов выглядит безопасно. Никакие тепловые изменения не сведут их к нулевым, что чревато проблемами.
Но рост подобных запасов бесследно не проходит:
- двигатель начинает издавать характерный стук, что связано с увеличенным разгоном деталей перед входом в соприкосновение;
- ударные нагрузки ведут к повышенному износу и выкрашиванию поверхностей металла, образовавшаяся пыль и стружка расходятся по двигателю, повреждая все детали, которые смазываются из общего картера;
- фазы газораспределения начинают запаздывать из-за времени, потребного на выбирание зазоров, что ведёт к ухудшению характеристик на больших оборотах.
Интересно, что громко стучащий двигатель с огромными зазорами может прекрасно тянуть на низких оборотах, обретая, как говорят, «тракторную тягу». Но поступать так умышленно нельзя, мотор будет быстро изношен продуктами с поверхностей, испытывающих ударные нагрузки.
Маленький зазор
Уменьшение зазора чревато куда более быстрыми и непоправимыми последствиями. По мере прогрева недостаточный зазор быстро станет нулевым, в сочленении кулачков и клапанов появится натяг. В результате тарелки клапанов перестанут плотно садиться в свои гнёзда.
Нарушится охлаждение тарелок клапанов, часть тепла они по расчёту сбрасывают в металл головки во время фазы закрытия. Несмотря на производство клапанов из жаропрочных сталей, они быстро перегреются и прогорят, используя высокую температуру и имеющийся кислород. Мотор потеряет компрессию и выйдет из строя.
Регулировка тепловых зазоров клапанов
Некоторые двигатели в процессе штатной эксплуатации имеют свойство увеличивать клапанные зазоры в результате износа. Это безопасное явление, поскольку трудно не заметить начавшийся стук.
Гораздо хуже, а к сожалению так себя ведёт большинство моторов, когда зазоры со временем уменьшаются. Поэтому для исключения обнуления зазоров и прогаров тарелок надо выполнять регулировки строго по заводскому регламенту.
Используем щуп
Самый простой способ – это снять клапанную крышку, отвести кулачок от проверяемого клапана и попытаться ввести в зазор плоский щуп из набора.
Обычно толщина щупов имеет шаг 0,05 мм, что достаточно для измерений с допустимой точностью. За величину зазора принимается толщина максимального из щупов, который ещё проходит в зазор.
С помощью рейки и индикатора
На некоторых моторах, обычно это имеющие коромысла (рычаги, рокеры) в механизме привода, есть возможность установки приспособления в виде рейки, на которой предусмотрены гнёзда для монтажа точного индикатора часового типа.
Подведя его ножку к рычагу напротив стебля, можно покачать вручную или специальной вилкой рокер, свободный от кулачка, считав показания по шкале индикатора с точностью порядка 0,01 мм. Не всегда такая точность нужна, но регулировать становится значительно удобнее.
Что делать если стоит ГБО
Пропано-бутановая смесь имеет гораздо более высокое октановое число, чем традиционный бензин широкого применения. Соответственно, горит она медленнее, разогревая при выпуске выхлопные клапаны. Зазоры начинают уменьшаться гораздо сильнее, чем предусматривали разработчики мотора, предполагая использование бензина.
Чтобы избежать преждевременного прогара тарелок и гнёзд, зазоры при регулировках устанавливаются увеличенными. Конкретная величина зависит от двигателя, обычно добавка составляет 0,15-0,2 мм.
Можно и больше, но тогда придётся смириться с шумностью, снижением мощности и повышенным износом механизма газораспределения при работе с частичными нагрузками. Лучшим выходом будет использование под газ моторов с гидрокомпенсаторами.
Пример регулировки клапанов на ВАЗ 2107
На ВАЗ-2107 установлен классический двигатель с приводом клапанов через рокеры от единственного распредвала. Зазоры со временем возрастают, конструкция не отличается совершенством, поэтому регулировка требуется примерно каждые 20 тысяч километров пробега.
Выполнять эту операцию можно самостоятельно, навык вырабатывается довольно быстро. Из расходников потребуется только прокладка клапанной крышки, не стоит пытаться применить её повторно или с герметиком, крышка слабая, крепёж ненадёжный, мотор быстро зарастёт грязью от подтекающего масла.
Для работы очень желательно приобрести набор из рейки и индикатора. Преимущества известны тем, кто занимается двигателями профессионально и способен оценить разницу между точным приспособлением и обычным щупом.
Порядок работы по цилиндрам и кулачкам распредвала отгравирован на самой рейке, а также имеется в любой вазовской инструкции или книге по ремонту.
- Четвёртый цилиндр устанавливается в верхнюю мёртвую точку такта сжатия, после чего регулируются 6 и 8 клапаны. Замеряется зазор индикатором, после чего ослабляется контргайка и регулировочным болтом вводится расчётная компенсация износа.
- Далее операции повторяются для всех клапанов, поворачивая коленвал последовательно на 180 градусов, или это будет 90 по распредвалу. Номера кулачков и углы поворота указаны на рейке.
- Если используется щуп, то он вводится в зазор, поджимается регулировочным болтом и контргайкой. Добиваются такого его прижима, чтобы он вытаскивался из зазора с небольшим усилием, это и будет соответствовать штатному зазору 0,15 мм.
Пользуясь тем, что крышка снята, будет практично проверить натяжение цепи и состояние натяжителя, его башмака и успокоителя. Если потребуется что-то ремонтировать или подтягивать цепь, то регулировать клапаны следует уже после завершения всех процедур с цепью.
Вплотную о зазорах, или Как отрегулировать клапана
Простые на вид, клапаны двигателя внутреннего сгорания выполняют в нём важнейшую работу: управляют процессами подачи топливно-воздушной смеси и вывода отработавших газов из цилиндра двигателя. От того, насколько своевременно эти процессы будут происходить, зависит эффективность работы двигателя: его мощность, экономичность, токсичность и даже сама возможность работать.
Как должны работать клапаны ДВС
Рабочий цикл четырехтактного двигателя состоит из четырёх ходов: впуск, сжатие, рабочий ход и выпуск. Исходя из назначения этих тактов, можно понять, как должен работать механизм газораспределения: на такте впуска открыт впускной клапан, открывая доступ топливно-воздушной смеси в цилиндр; на такте сжатия оба клапана закрыты (иначе не сожмёшь); во время рабочего хода клапаны также закрыты, чтобы вся энергия расширения горящей смеси была направлена только на перемещение поршня; на ходе выпуска выпускной клапан открыт и отработавшие газы через него дружно покидают цилиндр.
Ровно так оно и было бы, если бы клапаны имели возможность открываться и закрываться мгновенно, пока поршень находится в своей мёртвой точке, верхней или нижней. Чтобы представить, что такое мгновение для периода времени, в течение которого происходит рабочий цикл двигателя, мы должны вспомнить, что современные двигатели легко достигают шести и более тысяч оборотов коленчатого вала за минуту. За один рабочий цикл коленвал совершает два оборота, значит, каждый из клапанов открывается и закрывается три тысячи раз за минуту. А поршень оказывается в своих мёртвых точках шесть тысяч раз! Для сравнения, скорострельность легендарного автомата Калашникова всего шестьсот выстрелов в минуту, ровно в десять раз меньше! В таких условиях даже несколько миллисекунд работы двигателя — это достойный внимания временной период, в течение которого происходят очень важные процессы.
В теории во время тактов сжатия и рабочего хода оба клапана закрыты. На рисунке: I — ход впуска, впускной клапан открыт; II — ход сжатия; III — рабочий ход; IV — ход выпуска, выпускной клапан открыт
Фазы газораспределения
И даже если современные клапаны умеют перемещаться гораздо быстрее, чем их предки сто лет назад, то свойства горючих газов, движением которых они управляют, практически не изменились. Они также легко сжимаются при воздействии, и также упрямо продолжают стремиться во все стороны одинаково, подчиняясь закону Паскаля, а значит, не очень спешат переместиться туда, куда их просят. И чтобы обеспечить максимально возможное наполнение цилиндра за такой короткий промежуток времени, впускной клапан начинает открываться раньше, чем поршень завершит ход выпуска. А выпускной начнёт открываться раньше, чем завершится рабочий ход, чтобы находящиеся под давлением в цилиндре горячие газы не создавали излишнего сопротивления движению поршня, когда начнётся такт выпуска.
Моменты времени, когда начинается открытие, длительность их нахождения в открытом и закрытом состояниях, образуют фазы газораспределения двигателя. Управляет движением клапанов распределительный вал, в форме кулачков которого и «зашифрована» информация о фазах газораспределения вашего двигателя. Величины фаз подбираются при проектировании двигателя в зависимости от его конструкции, назначения, условий эксплуатации. В наиболее продвинутых двигателях эти фазы могут изменяться для конкретных условий работы и нагрузок в данный момент времени. В обычных же двигателях единственный эффективный способ изменить фазы газораспределения — это заменить распредвал. Изменение фаз газораспределения посредством установки оригинального распределительного вала — один из способов продвинутого тюнинга двигателя. Соглашаясь на такую процедуру, мы должны понимать, что рост мощности двигателя произойдёт за счёт ухудшения экономичности, снижения ресурса его деталей. Поэтому такую настройку, как правило, применяют на спортивных автомобилях, где ресурс, экономичность и экологичность двигателя имеют второстепенное значение.
В реальном двигателе, когда поршень находится около своих верхней (ВМТ) и нижней (НМТ) мертвых точек, впускной и выпускной клапаны одновременно открыты
Куда установить распредвал
Существуют разные варианты расположения распределительного вала в двигателе и конструкции механизмов, передающих давление от поверхности распредвала к стержню клапана. Однако, рост скорости современных легковых двигателей привёл к тому, что повсеместно в них закрепилась схема с расположением распределительного вала в головке двигателя — верхневальная конструкция. Близость расположения распредвала к клапанам позволяет увеличить жёсткость системы, а значит, повысить точность работы.
Прототип первых «Жигулей» ВАЗ-2101, итальянский Фиат-124, имел добротную и надёжную, но уже несовременную конструкцию двигателя с нижним распределительным валом. Советские инженеры решили, что двигатель нашего нового автомобиля должен идти в ногу со временем, и совместно с итальянцами модернизировали его, переместив распредвал в головку блока.
Схема с нижним расположением распредвала удобна в обслуживании, но обладает недостаточной жесткостью при работе на высоких оборотах
Привод газораспределительного механизма с верхним распредвалом гораздо жестче за счет отсутствия длинных штанг толкателей
Зачем нужны зазоры
Закрывается клапан под действием специальной пружины. Чтобы профиль кулачка ни при каких обстоятельствах не мог воспрепятствовать полному закрытию клапана, между ним и толкателем выставляется строго определённый зазор. Причём этот зазор должен также учитывать увеличение длины стержня при нагреве. А нагревается клапан во время работы может очень сильно.
Головка впускного клапана автомобильного двигателя нагревается до температуры 300–400 градусов по Цельсию. А выпускной, который «омывается» горячими отработавшими газами — до 700–900 градусов, становясь при этом тёмно-вишнёвого цвета.
Способы обеспечения теплового зазора
При верхневальной схеме распредвал воздействует на стержень клапана либо напрямую, либо через коромысло. Применение коромысла позволяет уменьшить перепад профиля распредвала относительно величины максимального перемещения клапана при открытии. При непосредственном воздействии распредвала на стержень клапана стержень воспринимает значительную боковую силу, которая приводит к повышенному его износу. Чтобы избежать этого, торец стержня накрывают специальным стаканом, который принимает на себя боковую силу, двигаясь в собственном направляющем гнезде, и передаёт осевую силу на клапан. Между стаканом и кулачком распредвала устанавливают регулировочные шайбы. Если же в конструкции имеются коромысла, то на них устанавливают специальные регулировочные винты с контргайками.
Многие современные двигатели, особенно имеющие более двух клапанов на цилиндр, оснащаются гидравлическими компенсаторами зазоров в клапанах. В этих конструкциях регулировка тепловых зазоров не требуется.
Гидрокомпенсатор позволяет при любой температуре клапана иметь нулевой зазор в приводе
Регулировка клапанов: когда и как
Как правило, зазор проверяется и регулируется при каждом ТО. Процедура выполняется на холодном двигателе. Для выполнения работы вам понадобится щуп и обычные ручные инструменты, в зависимости от применённого на вашем автомобиле крепежа. Для клапанов с регулировочными шайбами пригодится также пинцет, Перед началом обязательно ознакомьтесь с руководством по ремонту вашего автомобиля, где указаны величины зазора, особенности конструкции двигателя и описана последовательность его разборки и сборки. В общем случае порядок выполнения работы следующий:
- снимите клапанную крышку;
- отыщите метки на блоке двигателя и коленчатом вале (обычно на шкиве ремня ГРМ);
- поворачивая коленчатый вал с помощью подходящего ключа (но ни в коем случае не стартером!) в направлении по часовой стрелке, если смотреть с передней части двигателя, совместите метки между собой. В этом положении поршень первого цилиндра находится в верхней мёртвой точке, оба клапана закрыты;
- проверьте зазор между первым — со стороны шкива — кулачком распредвала и регулировочной шайбой (бойком коромысла);
- если величина зазора больше требуемой, следует заменить шайбу на другую, большей толщины; если зазор меньше, то соответственно, толщину шайбы нужно уменьшить. Номинальная толщина шайбы, как правило, маркируется на ней самой. Если толщина шайбы неизвестна, то вам понадобится микрометр для правильного выбора новой шайбы. В конструкциях с коромыслом процедура проще, так как требуемого зазора мы достигаем, вворачивая или выворачивая регулировочный винт. После регулировки винтом не забудьте затянуть контргайку.
- После выполнения регулировки проверку зазора обязательно нужно повторить. Допускаемое отклонение: плюс-минус 0,05 мм.
- Обращайте внимание на то, что величина зазора для впускного и выпускного клапана, как правило, разная. Связано это с разной температурой нагрева, о чем говорилось выше. Так, для восьмиклапанного двигателя ВАЗ зазор на впускном клапане составляет 0,20 мм, а на выпускном — 0,35 мм.
- Работу повторите для всех цилиндров, определяя их последовательность и угол поворота коленчатого вала в соответствии с рекомендациями изготовителя двигателя.
Видео: как отрегулировать зазоры на переднеприводных Ладах
В общих чертах конструкция газораспределительного механизма и процедура регулировки зазора в клапанах на дизельном двигателе такая же, как и на бензиновом.
Существует мнение, что после установки на двигатель газобаллонного оборудования необходимо изменять в сторону увеличения тепловой зазор в клапанах. Объясняют это более высокой температурой горения газа. На самом деле, этого не требуется. Особенности воспламенения и сгорания газовой смеси в цилиндре учитываются изменением угла зажигания, а процесс наполнения и отвода газов из цилиндра не отличается от такового при работе двигателя на бензине.
Когда зазор не только видно, но и слышно
Зачастую зазоры в клапанах бывает слышно, особенно в холодную погоду. Это выражается в лёгком металлическом пощелкивании при работе непрогретого двигателя. По мере прогревания звук слабеет. Если он слышен и на прогретом двигателе, то, скорее всего, все или некоторые из зазоров больше нормы. Увеличенный тепловой зазор уменьшает время нахождения клапана в открытом состоянии, что снижает эффективность работы двигателя, он начинает работать с перебоями, плохо запускается, возможно возникновение детонационного сгорания, которое пагубно действует на детали двигателя. Ещё опаснее уменьшенный зазор, потому что он полностью исчезает в прогретом до рабочей температуры двигателе и клапан перестаёт закрываться до конца. В результате также снижаются мощностные и экономические показатели двигателя, но самое неприятное, когда обгорают конические фаски на клапанах и на их сёдлах, а эту проблему простой регулировкой зазора уже не исправить.
Двигатель — сердце автомобиля, поэтому любые признаки ухудшения его работы должны заставить вас насторожиться и, при первом удобном случае заняться его диагностикой. Если упала мощность, вырос расход топлива, если двигатель «троит» или слышны хлопки в выпускной системе — проверьте исправность свечей зажигания и проверьте зазоры в клапанах.
