Прогорел клапан дизельного двигателя

Процесс горения смеси исправного двигателя

Чтобы лучше понять причины прогара клапанов, необходимо знать основы процессов газообмена в двигателе и их последовательность.

1. Такт впуска. Впускные клапаны открыты, поршень движется вниз, создавая зону разряжения. Со впускного тракта в этот момент всасывается смесь топлива с воздухом (бензиновые моторы с распределительным впрыском во впуск или с моноинжектором) либо чистый воздушный заряд (ДВС цикла Дизеля и бензиновые моторы с прямым впрыском).
2. Такт сжатия. Поршень начинает движение вверх, впускные и выпускные клапана закрываются. Смесь сжимается, температура в камере сгорания повышается.
3. Рабочий такт. За несколько градусов до высшей мертвой точки (ВМТ) цилиндра смесь поджигается искрой (бензиновые ДВС) либо самовоспламеняется от контакта с разогретым воздухом (дизельные). Под действием силы расширяющихся газов поршень устремляется вниз. Возвратно-поступательное движение поршня через шатунно-кривошипный механизм передается во вращательное движение коленчатого вала.
4. Такт выпуска. Выпускные клапаны открываются. Движущийся к ВМТ поршень выталкивает отработавшие газы в выпускной тракт.

Фазы перекрытия клапанов и инерционное наполнение упущены намерено, так как существенно не влияют на рассмотрение вопроса прогара клапанов.

Впускной и выпускной клапан: в чем отличие

Главное отличие впускного клапана от выпускного — диаметр тарелки: у впускного она больше. Почему? Потому что всасывание воздуха из атмосферы в цилиндр под действием разрежения происходит с меньшей скоростью, чем выталкивание его из цилиндра поршнем.
Все просто: количество воздуха (или топливовоздушной смеси) — одинаковое, а скорость — разная. Соответственно, там, где скорость ниже, отверстие шире, а закрывающая его тарелка — больше в диаметре.

Все это справедливо для тех клапанных механизмов, где впускных и выпускных клапанов — равное количество — по одному или по два. Впрочем, есть моторы с нечетным количеством клапанов: два впускных + один выпускной или три впускных + два выпускных. Тут все наоборот: диаметр тарелок выпускных клапанов будет больше, чем у впускных, ибо производитель компенсировал низкую скорость всасывания добавлением одного «лишнего» отверстия, а не увеличением диаметра. Подробнее о соотношении клапанов и цилиндров можно прочитать в соответствующей статье.

Второе важное отличие в конструкции клапанов — их рабочая температура. Впускные клапаны работают при 350-500 градусах, а вот выпускным тяжелее — раскаленные отработавшие газы нагревают их до 700-900 градусов. Поэтому, соответственно, выпускные клапаны часто делают более жаропрочными.

Головки (или тарелки) впускного и выпускного клапанов могут быть как одинакового диаметра, так и разного. (на автомобилях устаревших марок с малым перекрытием клапанов) -моё прим. Обычно головку впускного клапана делают большего диаметра для улучшения наполнения цилиндра. Например, размеры клапанов двигателя автомобиля ГАЗ-53А: диаметр головки впускного клапана 47 мм, а выпускного 36 мм. В дизеле КамАЗ-740 диаметр тарелки впускного клапана 51 мм, а выпускного 46 мм. Впускной большой выпускной маленький.

Устройство тарельчатого клапана [ править | править код ]

Тарельчатый клапан состоит из собственно круглой тарелки и стержня меньшего диаметра. Из соображений прочности и аэродинамики переход между тарелкой и стержнем выполняется большим радиусом (рис.1). Некоторое время были популярны тарелки зонтичной (тюльпанообразной) формы, уменьшавшие вес впускного клапана до веса выпускного (диаметр впускных клапанов выбирают больше, так как сопротивление впускного тракта сильнее снижает мощность двигателя, чем сопротивление выпуска) при одновременном снижении гидравлического сопротивления. Однако при этом растёт площадь камеры сгорания, что увеличивает выбросы углеводородов.

Клапан совершает перемещения по оси стержня, при этом тарелка открывает путь газам, а при посадке на седло — плотно запирает его. Некоторый зазор между стержнем и втулкой клапана необходим, чтобы избежать заедания при нагреве клапана, и чтобы тарелка могла самоустановиться на седло. Для поддержания самоустановки, а следовательно, плотности запирания, тарелка имеет фаску под углом 45 или 30 градусов к её плоскости.

Компоновка клапанов в двигателе

Количество клапанов в двигателе зависит от принятой схемы газораспределительного механизма . Типовое значение 2 или 4 клапана на цилиндр, но встречаются схемы с 5 клапанами (из них 3 впускные), или даже 1 большим выпускным клапаном (прямоточная продувка 2-тактного дизеля). Клапанные пружины, поддерживающие кинематику ГРМ, всегда спиральные с плоскими шлифованными торцами. На один клапан приходится обычно 1 (реже 2) пружины, и 2 сухаря. Размеры и форма сухарей индивидуальны, обычно каждый двигатель имеет оригинальные сухари клапанов.

Клапаны могут размещаться по нижнеклапанной или верхнеклапанной схеме, располагаться под углом друг к другу или параллельно. Целью работы конструктора при их размещении является надёжный газообмен с небольшим аэродинамическим сопротивлением, необходимое размещение коллекторов в подкапотном пространстве, компактность камеры сгорания, соблюдение норм выхлопа и др.

Особенности работы

Клапаны постоянно подвержены воздействиям высокой температуры и давления. Это требует особого внимания к конструкции и материалам данных деталей. Особенно это касается выпускной группы, так как через них выходят горячие газы. Тарелка выпускного клапана в бензиновых двигателях может разогреваться до 800˚С – 900 ˚С, а в дизельных 500˚С – 700˚С. Нагрузка на тарелку впускного в несколько раз ниже, но и она достигает 300˚С, что также немало.

Именно поэтому в их производстве применяются жаропрочные сплавы металлов, содержащие легирующие присадки. Также выпускные клапаны часто имеют полый стержень с натриевым наполнителем. Это делается для лучшей терморегуляции и охлаждения тарелки. Натрий внутри стержня плавится, течет и забирает часть тепла с тарелки и переносит его на стержень. Так можно избежать перегрева детали.

Клапанный механизм двигателя

На седле в процессе работы может образоваться нагар. Чтобы избежать этого, применяют конструкции, которые вращают клапан. Седло представляет собой кольцо из высокопрочных стальных сплавов, которое напрессовывается непосредственно на для более плотного контакта.

Также для правильной работы механизма должен соблюдаться регламентированный тепловой зазор. От высоких температур детали расширяются, что может привести к неправильной работе клапана. Зазор выставляется между кулачками распредвала и толкателями путем подбора специальных металлических шайб определенной толщины или самих толкателей (стаканов). Если в двигателе применяются , то зазор регулируется автоматически.

Слишком большой тепловой зазор, будет препятствовать полному открытию клапана, а следовательно, цилиндры будут менее эффективно наполняться свежим зарядом. Маленький зазор (или его отсутствие) не позволит клапанам закрыться до конца, что приведет к их прогару и снижению .

Механизм отказов выпускных клапанов в процессе работы

Содержание

1. 1. Общие сведения
2. 2. Механические напряжения в выпускном клапане
3. 3. Скорость и усилие посадки выпускного клапана
4. 4.Технология образования нагара на выпускных клапанах дизеля
5. 5. Механизм повреждения выпускного клапана
6. 6. Процесс механизма разрушения выпускного клапана

Общие сведения

Выпускной клапан является важнейшей деталью дизеля и его состояние напрямую влияет на надежность работы всего дизеля. За последние два десятилетия мощность дизелей значительно возросла, а качество топлива значительно снизилось из-за использования каталитического крекинга вторичной перегонки. Это привело к большим термическим нагрузкам и более коррозионному окружению выпускного клапана, который является наиболее ответственной деталью камеры сжатия. Были предприняты усилия к снижению отказов выпускных клапанов, сделав их более прочными и надежными. Однако редко бывает, что виной в отказе бывает только один какой-либо режим. Обычно в этом виновны сразу несколько факторов.

Прочность выпускного клапана достигается за счет замены основного металла из аустенитной стали и с посадочным местом из твердого стеллита на NIMONIC с твердой наплавкой или без нее. Наиболее употребительные NIMONIC 80А, 81,90. Эти материалы имеют не только высокую антикоррозионную стойкость (повышенную прочность), но и меньшую предрасположенность к отказам.

NIMONIC клапана во время отказов (прогаров) ведут себя лучше, чем клапана из аустенитной стали. Это позволяет оператору выявить дефектный клапан и принять меры к его замене, не боясь, что клапан разрушится на части (куски) и повредит дизель, как это случается с аустенитными клапанами, с которыми ранее обнаружение поломки затруднено.

Рассмотрим условия процесса работы выпускного клапана, который имеет большую поверхность, обращенную к источнику высокой температуры горящих газов, и в силу этого сильно нагревается и это тепло передается шпинделю клапана. Температура тепла также передается во время выхлопа от газов с высокой температурой и высокой скоростью омывающих шпиндель. Для избежания коррозии днища клапана и посадочного места температура днища клапана не должна превышать 450°С. При температурах более 450°С соли выпускных газов плавятся, становятся жидкими, активными и коррозионноопасными. Понижение температуры возможно через охлаждения клапана, но делается это не прямо, как шпиндель-седло клапана, которое охлаждается водой, а происходит не постоянно, а циклично. Часть тепла отводится от штока через масло толкателя клапана, направляющей клапана, а также циклично охлаждается продувочным воздухом.

Эффективный отвод тепла от днища клапан и посадочного места зависит от усилия посадки клапана и наличие частиц нагара.

Обычная температура выпускных клапанов на современных дизелях составляет 360-540°С.

На дизелях с центральным расположением выпускного клапана сгорание топлива происходит в центре цилиндра и распределение температур в выпускном клапане по данным, как показано на рис. 3.1 при полной мощности работы дизеля.

Значение температур будет максимальным в центре и сни-жается к периферии, к контакту с седлом. Для уменьшения значения средней температуры увеличивают скорость охлаждаемого седла.

Срок службы седла выпускного клапана определяется тремя факторами:

• прогарами на днище выпускного клапана;
• предельным износом посадочного места клапана шпинделя;
• износом штока шпинделя клапана — предельные величины износов задаются фирмой- изготовителем.

Прогар и его размеры влияют на прочность клапана. В практике эксплуатации дизелей было отмечено, что дизеля с центральным расположением выпускного клапана и несколькими форсунками, сталкиваются с явлением, когда износ от прогаров наступает раньше, чем износ от притирки клапанов, когда в дизеле используется ванадиумное топливо типа РМК 45.

По исследованию старшего механика Э.И. ГОЛОФАСТОВА за отказами выпускных клапанов в процессе эксплуатации дизелей — выпускные клапана из аустенитной стали с наплавкой посадочного места стеллитом до 4 мм начала прогара происходит после 450 часов работы дизеля и полный прогар выпускного клапана происходит после 1100 часов работы.

Более того, прогарный процесс износа не бывает равномерно распределен по радиусу клапана, а наибольший размер прогара расположен на радиусе 60-80% от центра клапана, как показано на рис. 3.2.

На рис. 3.3 показано распределение температур выпускного клапана дизеля MAN B&W типа МС на полной нагрузке мощности.

На рисунке 3.3 видно, что максимальная температура клапана на расстоянии 0,7 радиуса клапана и равна 513°С. Предполагаемая причина такого явления — расположение форсунок нос-корма и струи топлива направлены на левый и правый борт.

При этой температуре ванадил ванадатов (5Na20 V20411V2 05 и Na20V205V205), образующихся в процессе реакции щелочи и ванадия в окружении топлива во время сгорания, плавления и распространения вдоль границ зерен и ведущих к температурной коррозии.

Механические напряжения в выпускном клапане

При работе выпускного клапана в нем возникают механические напряжения источником которого являются:

• термический градиент в головке клапана;
• давление посадки под действием давления газов;
• давление посадки под действием усилия пружин;
• остаточные напряжения в процессе изготовления;
• остаточные искривления клапана и цилиндра.

Наличие напряжения в выпускном клапане можно разделить на три типа:

• низкоцикличные напряжения;
• высокоцикличные напряжения;
• остаточные напряжения.

Остаточные напряжения остаются в процессе изготов-ления, особенно в процессе наварки твердого слоя.

Низкоцикличные напряжения и низкочастотные высокого напряжения обусловлены высоким температурным градиентом в головке клапана. Напряжения возникают при запуске дизеля, остановке и при быстром увеличении нагрузки при пуске. Частое повторение таких циклов приводит к разрушению выпускного клапана. Таким образом, прежде чем увеличить нагрузку двигателя он должен проработать какое-то время на низкой частоте вращения, затем постепенно вводить двигатель на полную нагрузку.

Высокоцикличные напряжения, высокочастотные цикла низкого напряжения, которые имеет 1 /2 мин для четырехтактного дизеля во время ввода в режим. Эти напряжения возникают из-за цикличного изменения температуры, удара клапана о седло, цикличного нагревания и охлаждения деталей клапана в каждом цикле.

Изменения температуры в процессе нагрузки небольшие и изменения напряжения тоже небольшие. Однако резкие изменения нагрузки в широких пределах ведут к значительному изменению высоко-и низкоцикличных напряжений, являющихся причиной отказов выпускных клапанов.

Скорость и усилие посадки выпускного клапана

Посадка клапана происходит с усилием 500-550 бар, усилие более 800 бар приводит к повышенным износам. По этой причине материал клапана должен обладать достаточной прочностью, чтобы противостоять таким усилиям. Скорость посадки должна быть 0,15-0,2 м/сек, это связано с низким износом и хорошей динамикой клапана. Для равномерного распределения давления между посадочным седлом и клапа-ном в холодном состоянии делают разные углы на седле и на клапане. Площадь контакта с нагревом увеличивается. Давление посадки остается практически неизменным.

На рис. 3.4-3.5 показана поверхность контакта выпускного клапана и седла в холодном и горячем состоянии.

Технология образования нагара на выпускных клапанах дизеля

Нагар на поверхностях ЦПГ и выпускных клапанов образуется из загрязнителей топлива, смазочных масел, реакции нагара с материалом ЦПГ. Зола топлива представляет собой несгораемые механические примеси, образующиеся при сжигании топлива.

В сырой нефти содержится некоторое количество элементов, формирующих состав золы, таких как: ванадий, натрий, кальций, магний, цинк, свинец, железо, никель.

Наиболее коррозионноактивным элементом является ванадий. Поскольку ванадий в топливе содержится в виде топливорастворимых комплексных металлоорганических соединений, то при сепарировании его содержание почти не изменяется.

Натрий содержится в топливе большой частью в виде кристаллов NaCI или водного раствора его солей.

Присутствие в топливе этих двух элементов является причиной высокотемпературной коррозии на наиболее горячих металлических поверхностях, таких как поверхность выпускных клапанов в дизелях.

При одновременном содержании ванадия и натрия в топливе образуются ванадаты натрия с температурой плавления приблизительно 625°С. Эти вещества вызывают размягчение слоя окисла, обычно защищающего металлическую поверхность, что вызывает разрушение границ зеркала цилиндра и коррозионное повреждение большинства металлов. Поэтому содержание натрия должно быть менее 1/3 содержания ванадия.

Если содержание натрия в топливе незначительно, то образуется пятиокись ванадия V2O5, действующая подобно ванадату, хотя она имеет более высокую температуру плавления — порядка 625°С.

Сера, щелочь, содержащиеся в топливе в процессе сгорания окисляются и образуют двуокись серы, триокись серы, оксид соды. Эти оксиды вступают в реакцию друг с другом и кальцием смазочного масла и образуют соли с низкой температурой плавления. Частицы этих солей осаждаются на тарелке клапана в расплавленном состоянии, охлаждаясь в достаточной степени, чтобы прилипнуть к клапану и не быть унесёнными с выпускными газами. Температура, при которой происходит прилипание, называется стыковочной. В общем, эти соли состоят из сульфата натрия, сульфата кальция, ванадила натрия, ванадатов различного состава с широким диапазоном температуры плавления. Наиболее часто находят ванадилы ванадатов 5Na2OV2O411V2O5, обычно известные как 1.1.5NaVV. Эти ванадилы ваданаты плавятся при температуре 540-625°С соответственно и поэтому температуру выпускного клапана необходимо держать ниже 500°С. Однако имеется смесь солей, состоящих из 35% пентоксида ванадия и 65% сульфата натрия. Эта соль плавится при температуре 350°С и приводит к коррозии (металл клапана) при нормальных режимах работы.

Тем не менее понижать температуру выпускных газов нельзя ниже 350°С при использовании топлив, имеющих содержание натрия и ванадия в соотношении 1:3.

В таблице 3.1 приведен анализ солей, образовавшихся на поверхности клапана и их температура плавления.

Таблица 3.1

Анализ содержания солей в нагаре на клапане и их температура плавления

При температурах 350°С и выше соли нагара плавятся при достижении температуры плавления — в расплавленном состоянии эти соли растекаются по границе кристалла и в зависимости от материала растворяют защитные оксиды на границе кристалла, оголяя кристаллы для коррозионного действия этих расплавов. Это называется межкристаллической коррозией, которая ведет к выгоранию поверхности выпускного клапана.

На рис. 3.6 показана ускоренная межкристаллическая коррозия, вызванная высокой температурой газов идущих по продутому каналу.

Место вокруг канала только слегка повреждено, появление этого явления произошло порядка через 450-460 часов работы клапана, что хорошо согласуется с исследованием старшего механика Э.И.ГОЛОФАСТОВА. Такой же процесс выгорания происходит на тарелке выпускного клапана.

Высокотемпературная коррозия материала клапана с твердой наплавкой в связи с продувкой превращается в булыжникоподобную поверхность. Такая поверхность образуется как комбинация образующихся из-за высоких температур усталостных трещин и высокотемпературной коррозией краев трещин, ведущих к транскристаллической коррозии. Одним из важных факторов управления ванадиевой коррозией — это поддерживать низкий уровень загрязнителей, т.е. количество загрязнителей на единицу площади в единицу времени.

В практике эксплуатации управлять ванадиевой коррозией можно, вводя химические препараты в топливоприсадки, которые вступают в реакцию с ванадием в процессе сгорания, образуя соединения, температура плавления которых выше, чем у пятиокиси ванадия или ванадатов натрия.

специально разработала для обработки и уменьшения эффекта коррозионных отложении, образующих на седлах и выпускных клапанов, а также деталей турбонагнетателей химический препарат VALVECARE; — химический препарат — AMERGIZE; — хим.препарат — COMBUSTION CATALYST.

Все вышеперечисленные химические препараты физически видоизменяют золу в топливе, вызывая шлак и делая температуру плавления золы обычных рабочих температур в ди¬зеле. Модифицированные частицы золы, твердые, маленькие и невязкие, выбрасываются с выпускными газами. Гнезда выпускных клапанов становятся чище, т.к. снижается вероятность уплотнения золы. Потери от компрессии и протечек сводятся к минимуму, увеличивается срок службы клапанов и седел при обычном техническом уходе и становятся более продолжительные интервалы между очистками как выпускных клапанов, так и турбонагнетателей, так как частицы золы в потоке газа менее вязкие.

Технический уход за выпускным трактом упрощается и какая-либо образующаяся зола разрыхляется, легко удаляясь обычными методами, такими, как очистка щетками.

На рис. 3.7 показан выпускной клапан, который проработал без присадки хим.препарата порядка 600 часов — на тарелке клапана появился прогар и следы коррозионного разрушения. Тот же выпускной клапан после очистки и притирки проработал такое же время, а контрольный выпускной клапан постоянно работал на топливе с хим.присадкой — контактные поверхности тарелки клапана чистые, без следов прогара и коррозионного явления (см. рис. 3.8).

Другое преимущество вышеперечисленных химических препаратов — снижение кислотности. Ванадий в топливе воздействует на серу как катализатор, ускоряя превращение сернистого ангидрида в трехокись серы во время сгорания топлива в цилиндре дизеля. Затем трехокись серы вступает в реакцию с потоком газов в выпускном тракте, повышая точку росы для образования серной кислоты.

Все химические препараты содержат совокупность ванадиевых и натриевых составных частей золы в твердом нерасплавленном состоянии, сдерживая солевую коррозию.

На рис. 3.9 показаны выпускные клапаны четырехтактного двигателя, при работе которого в топливо вводился хим. препарат AMERGIZE; в первом варианте выпускные клапана работали на топливе без хим.присадки — на поверхности цилиндровой крышки и на клапанах видно наличие золы, в другом варианте двигатель работал на топливе с химприсадкой AMERGIZE — налет золы отсутствует; осмотр клапанов в пер¬вом и во втором варианте производился через 3000 часов.

Применение в топливе хим.препаратов изменяет характер сгорания топлива в цилиндре, повышает температуру плавления золы натрия-ванадия и уменьшает высокотемпературную коррозию и протечки. Содержит продолжительное время выпускные клапаны в чистоте, тем самым увеличивая срок службы выпускных клапанов и удлиняет интервалы между ревизиями и очистками.

Механизм повреждения выпускного клапана

Факторы, которые приводят к повреждению выпускного клапана в процессе эксплуатации следующие:

• образование нагара на поверхности;
• растрескивание и отслаивание металла клапана;
• ванадиевые отложения, которые могут привести к горячей коррозии;
• образование вмятин, которые приводят к образованию сквозных каналов на уплотняющей поверхности.

Твердые частицы сгорания, частицы окалины, и твердые частицы AI2O4SiO2 (каталитические частицы, оставшиеся в остаточном топливе во время крекинг-процесса) впрессовываются в посадочное место клапан и образуют вмятины. Затем эти вмятины концентрируются и образуют сквозные каналы; с увеличением времени их работы количество трещин увеличивается независимо от твердости материала клапана.

Другая причина образования вмятин — горячая твердость материала посадочных мест. Наблюдается постепенное уменьшение твердости NIMONIC сплава до 650°С. После чего при дальнейшем повышении температуры твердость резко уменьшается. Это снижение твердости ведет к дальнейшему образованию вмятин.

Вмятины могут образовываться так же из-за неравномерной посадки клапана на седло. Вмятины на новом клапане появляются в течение первых часов работы. Эти вмятины постепенно увеличиваются, после чего стабилизируются.

При ремонте и притирке клапана не надо полностью выводить вмятины, если они не сквозные. Притиркой надо убирать нагоревшие места.

Практика эксплуатации показала, что разрушение клапана происходит очень редко по причине только одной из вышеперечисленных причин. Как правило, в разрушении клапана виновны сразу все вышеперечисленные причины.

Процесс механизма разрушения выпускного клапана

Рассмотрим механизм разрушения выпускного клапана; для понимания этого процесса разделим рассмотрение натри стадии.

1-я стадия. На рис. 3.11 показано начало появления вмятины, расположенной на образующей уплотняющей поверхности. Как правило, начало образования вмятин происходит именно в этих местах.

Нормально вмятины образуются и исчезают под действием износа в течение короткого периода времени. Однако для таких больших вмятин, как показано на рис., размером диаметром 11 мм и глубиной 0,3-0,4 мм время их исчезновения за счет износа значительно больше. На частичных нагрузках поверхность контакта клапан-седло меньше, чем на полной нагрузке. Можно предположить, что имеется зазор на какой-то части уплотняющих поверхностях клапан-седло и в этом зазоре идет скопление нагара. В данной ситуации вращение клапана безполезно т.к. этот зазор имеется постоянно. С увеличением термической нагрузки нагар, если не истирается в полном объеме, начинает образовывать вмятины возле крайней образующей посадочного места. Образование сквозного канала начинается с входной кромки вмятины при частичных нагрузках как показано на рис. 3.11. Образуется тонкий канал шириной 0,2 мм и глубиной 0,5 мм — признак первой стадии разрушения выпускного клапана.

2-я стадия. Размер канала увеличивается. Прогресс увеличения размера канала зависит от нагрузки двигателя. Тонкий канал, появившийся на первой стадии, пропускает какое- то количество газа, зависящее от размера канала. Количество газа, проходящего через канал, и определяет степень повышения температуры клапана. Таким образом, небольшое количество прорывающего газа недостаточно, чтобы поднять температуру до начала плавления коррозионных солей и быстрой потери твердости поверхностей.

Эти обстоятельства задерживают разрушение клапан до 500 часов и, таким образом, это время обеспечивается нормальные эксплуатационные параметры. За это время размеры канала увеличиваются и образуют канал, как показано на рис. 3.12.

Однако этот период может уменьшиться вдвое, если дизель работал на маневрах длительное время. Во время переходного периода от стадии 1 к стадии 2 на малых нагрузках можно слышать свист прорывающихся через канал газов. Этот шум исчезает по мере увеличения нагрузки и при увеличении контакта седло-клапан.

На рис. 3.12 видно, что при малых давлениях канал прямой по линии контакта, при увеличении давления и посадочного места канал становится шире. Однако здесь отсутствуют следы температурной коррозии, могущей происходить по двум причинам:

• во-первых, в топливе возможно недостаточно коррозионных солей;
• во-вторых, температура возле канала недостаточно высока.

На этой стадии нет повышения температуры и признаков разрушения клапана. Только на малых оборотах слышен свист прорывающихся газов.

3-я стадия. На третьей стадии клапан подвергается сильному разрушению. На рис. 3.13 и на рис. 3.14 показаны размеры канала, когда наблюдается ненормальное повышение температуры и падение давления сжатия, которое составляет 2-3 бара, т.к. площадь канала не превышает 3% от общей площади посадочного места. Характеры разрушения на рис. 3.13 и рис. 3.14 имеют два четких различия в характере разрушения клапана.

На рис. 3.13 клапан разрушился при работе дизеля на топливе с низким содержанием ванадия и натрия. Это видно по сравнительно небольшой площади вдоль канала, поврежденного высокотемпературной коррозией, несмотря на высокую температуру из-за высокой скорости истечения газов. Эти газы с высокой скоростью сделали канал гладким. Вдоль канала можно наблюдать чешуйки вмятины, что можно объяснить потерей твердости поверхности из-за высокой температуры газов.

Клапан на рис. 3.14 разрушился во время работы дизеля на топливе с высоким содержанием ванадия и натрия. Это видно по межкристаллической коррозии, по грубой поверхности канала. Поверхность металла была корродирована солями и эродирована потоком газа с высокой скоростью, частички металла унесены потоком газа. На вращающемся клапане наблюдается большое количество подпаленных пятен ведущих к появлению трещин на посадочном месте как показано на рис. 3.15. Разрушение клапана в третьей стадии полностью выводит клапан из действия, он ремонту не подлежит.

Литература

Выпускные клапаны дизелей. Одесса, 2007 (Э.В. КОРНИЛОВ, П.В. БОЙКО, Э.И. ГОЛОФАСТОВ, В.П.СМИРНОВ)

Похожие статьи

• Дефектовка и замена поршневых колец
• Задиры деталей цилиндро-поршневой группы
• Центровка движения тронкового и крейцкопфного дизеля
• Ремонт вкладышей рамовых, мотылевых и головных подшипников
• Подготовка к ежегодному освидетельствованию судна классификационным обществом
• Работа гидравлической системы
• Конструкция системы гидравлического привода открытия выпускного клапана дизелей фирмы MAN B&W типа МС
• Конструкция выпускного клапана дизелей фирмы MAN B&W типа МС
• Разборка и ревизия выпускного клапана
• Конструкция механического привода выпускного клапана дизеля К98ГГ

4.5 Rating 4.50 (1 Vote)

Устройство клапанного механизма

Для работы обычного двигателя необходимо минимум два клапана на каждый цилиндр. Один впускной и один выпускной. Сам клапан состоит из стержня и тарелки (головка). Место соприкосновения тарелки с ГБЦ называю седлом. Впускные клапаны имеют больший диаметр тарелки, чем выпускные. Это обеспечивает лучшее наполнение камеры сгорания топливовоздушной смесью.

Устройство клапанного механизма

Весь клапанный механизм состоит из следующих основных элементов:

• впускной и выпускной клапаны;
• направляющие втулки (обеспечивают точное направление движения клапанов);
• пружина (возвращает клапан в исходное положение);
• седло клапана (место соприкосновения тарелки с корпусом);
• сухари (два сухаря обеспечивают опорную поверхность для пружины и фиксируют всю конструкцию);
• маслосъемные колпачки или маслоотражательные кольца (не дает маслу попасть в цилиндр);
• толкатель (передает нажимное усилие от кулачка распредвала).

Кулачки на распределительном вале нажимают на клапаны. Их возврат в исходное положение обеспечивается за счет пружины. Пружина крепится на стержне с помощью сухарей и тарелки пружины. Для гашения резонансных колебаний на стержне могут устанавливаться не одна, а две пружины с разносторонней навивкой.

Направляющие втулки клапанов

Направляющая втулка представляет собой деталь цилиндрической формы. Она снижает трение и обеспечивает ровный и правильный ход стержня. В работе эти детали также подвергаются нагрузкам и воздействию температуры. Поэтому для ее изготовления применяются износостойкие и жаростойкие сплавы. Втулки выпускного и впускного клапанов несколько отличаются друг от друга в связи с разницей в нагрузках.

Материалы для производства клапанов

Для изготовления впускных клапанов используется хромистая сталь, обладающая стойкостью против коррозии в газовых средах при температурах свыше 550 °C. Этот вид стали достаточно хрупок.

Впускные и выпускные клапаны автомобильных двигателей имеют тарельчатую форму. Клапан открывается под действием клапанного механизма, управляемого эксцентриковым кулачком. Работа кулачка синхронизирована с положением поршня и периодом вращения коленчатого вала.

В связи с этим они изготавливаются из более стойких материалов, чем впускные клапаны, и соответственно стоят дороже.

Направляющая втулка клапана расположена соосно с седлом клапана, так чтобы между рабочей фаской клапана и седлом обеспечивался герметичный газонепроницаемый контакт. Рабочая фаска клапана и седло скошены под углом 30° или 45°. Это номинальные значения угла фаски. Фактические значения могут на один-два градуса отличаться от номинальных. Клапаны и седла клапанов, используемые в большинстве двигателей, имеют номинальный угол фаски, равный 45°. Клапан прижимается к седлу под действием пружины. Пружина удерживается на стержне клапана (некоторые автомеханики называют его штоком клапана) опорной тарелкой пружины, которая, в свою очередь, контрится на стержне клапана замком (сухариками). Для демонтажа клапана необходимо сжать пружину и снять сухарики. После этого можно снять пружину, манжету, и вынуть клапан из головки.

Работа клапанной группы:

3.1. Механизм синхронизации:

механизм синхронизации кинематически связан с коленчатым валом, перемещаясь синхронно с ним. Ремень ГРМ открывает и герметично закрывает впускные и выпускные отверстия отдельных цилиндров в принятом порядке работы. Так происходит процесс газообмена в баллонах.

3.2 Действие привода ГРМ:

Привод ГРМ зависит от расположения распределительного вала.• С нижним валом — сквозные цилиндрические шестерни для более плавной работы выполнены с наклонными зубьями, а для бесшумной работы зубчатое кольцо выполнено из текстолита. Паразитная передача или цепь используется для обеспечения привода на большее расстояние.• С верхним валом — роликовой цепью. Относительно низкий уровень шума, простая конструкция, небольшая масса, но схема изнашивается и растягивается. Через зубчатый ремень на неопреновой основе, армированный стальной проволокой и покрытый износостойким нейлоновым слоем. Простая конструкция, бесшумная работа.

3.3. Схема газораспределения:

Суммарное сечение потока, предусмотренное для прохождения газов через клапан, зависит от продолжительности его открытия. Как известно, в четырехтактных двигателях для реализации тактов впуска и выпуска предусмотрен один ход поршня, соответствующий повороту коленчатого вала на 180˚. Однако опыт показал, что для лучшего наполнения и очистки цилиндра необходимо, чтобы продолжительность процессов наполнения и опорожнения была больше, чем соответствующие ходы поршня, т.е. открытие и закрытие клапанов должно производиться не в мертвых точках хода поршня, а с некоторым обгоном или задержкой.

Моменты открытия и закрытия клапанов выражаются в углах поворота коленчатого вала и называются фазами газораспределения. Для большей надежности эти фазы выполнены в виде круговых диаграмм (рис. 1).Всасывающий клапан обычно открывается с углом обгона φ1 = 5˚ — 30˚ до того, как поршень достигает верхней мертвой точки. Это обеспечивает определенное поперечное сечение клапана в самом начале такта наполнения и, таким образом, улучшает наполнение цилиндра. Закрытие всасывающего клапана выполняется с углом задержки φ2 = 30˚ — 90˚ после прохождения поршнем нижней мертвой точки. Задержка закрытия впускного клапана позволяет использовать скорость всасываемой свежей топливной смеси для улучшения заправки и, следовательно, увеличения мощности двигателя.Открытие выпускного клапана производится с углом обгона φ3 = 40˚ — 80˚, т.е. в конце хода, когда давление в газах цилиндра относительно высокое (0,4 — 0,5 МПа). Интенсивный выброс газового баллона, начатый при этом давлении, приводит к быстрому падению давлений и их температуры, что значительно снижает работу по вытеснению рабочих газов. Выпускной клапан закрывается с углом задержки φ4 = 5˚ — 45˚. Эта задержка обеспечивает хорошую очистку камеры сгорания от выхлопных газов.

Общее устройство клапанного ГРМ

Все основные узлы ГРМ уже обозначили, соберем эту информацию вместе. Итак, ключевые компоненты газораспределительного механизма, начиная от коленвала:

• привод, обеспечивающий механическую связь между коленвалом и сопряженным распредвалом (порой их несколько);
• распредвал (порой ряд валов, в полной зависимости от компоновки ДВС и общего количество клапанов);
• клапанная группа (состоит из клапанов (одного или нескольких впускных, а еще выпускных), зачастую специальных устройств, обеспечивающих взаимодействие непосредственно с распредвалом, прямая связь между распредвалом и группой впускных, выпускных клапанов почти не применяется, только через промежуточные механизмы);
• корпус (это та часть двигателя, где располагаются распредвал (несколько валов), а также еще клапанная группа ГРМ, компоненты иных систем, например, смазки).

Помимо этого современные двигатели, их ГРМ, как правило, оборудуются дополнительными узлами. То есть они на одних силовых агрегатах присутствуют, на других нет, не являются обязательными. Таких компонентов много, назовем те, которые встречаются практически всегда или очень часто. Это, прежде всего, датчики положения распределительного вала (ДПРВ, они же датчики Холла, определяют угловое положение механизма газораспределения, ставятся в том случае если двигатель оборудован ЭБУ, электронным блоком управления, из современных моторов таких 99,9 %). Помимо этого могут устанавливаться компоненты разных систем. Например, есть системы, обеспечивающие изменение фаз газораспределения, другие отключают цилиндры. Выделим и устройства, которые регулируют тепловые зазоры клапанов, сейчас это гидрокомпенсаторы (иногда гидроопоры), ранее использовались и другие.

Следует понимать что это основные варианты, охватить все в рамках одной статьи практически невозможно, конструкционные решения используются различные, даже в рамках одной схемы. То есть лучше рассматривать каждый отдельно взятый двигатель обособленно. Расскажем обо всех компонентах в общем.

Как диагностировать прогорание клапана без демонтажа ГБ

В принципе процедура, как определить прогар клапана, не прибегая к снятию головки блока, была описана выше.

Отметим, что для двигателей, которые предусматривают периодическое проведение процедуры регулировки клапанного механизма, несвоевременное его выполнение также грозит прогаром клапанов. Современные силовые агрегаты оснащаются системой автоматической регулировки теплового зазора, однако и в этом случае любые проблемы, связанные с функционированием гидрокомпенсаторов, также могут привести к частичной деформации поверхности клапанов.

Отметим, что при проведении процедуры регулировки слишком зажатые клапана грозят более серьёзными последствиями, чем недожатые. В частности, это приводит к преждевременному износу стержня и направляющей втулки. А это – деформация механизма, изменение его геометрии со всеми вытекающими последствиями, о которых мы поговорим позже.

Такими же неприятностями грозит работа ЦПГ на обеднённой смеси. Особенно страдают при этом моторы с установленным ГБО, а это тенденция последнего времени, связанная с дороговизной бензина по сравнению со сжиженным газом.

Чаще всего автомобилисты, измерив уровень компрессии и установив, что она не соответствует нормативным показателям, спешат диагностировать неисправность с целью уточнения диагноза, хватаясь за комплект ключей и принимаясь за демонтаж головки БЦ. В принципе в этом нет ничего предосудительного, поскольку устранение неисправности всё равно чревато разборкой силового агрегата.

Но имеется способ, позволяющий определить причину ухудшения характеристик двигателя без его разборки. А если вы будете заранее знать, из-за чего мотор начал сбоить, вы быстрее устраните проблему. Сам способ достаточно простой и требует минимального знания конструкции мотора.

Итак, процедура проверки заключается в следующем:

• заводим двигатель, даём ему выйти на рабочий режим;
• отсоединяем шланг сапуна и наблюдаем результаты;
• если из отверстия просто дует тёплым воздухом без дыма или с минимальной, практически невидимой задымленностью, то дело в прогорании клапанов;
• в тех случаях, когда из отверстия валит хорошо различимый дым плотной консистенции с серым оттенком, причём с явно выраженным запахом выхлопа – мы имеем дело с проблемами поршневой группы. Вероятнее всего – с залеганием колец или прогоранием самого поршня;
• далее, без оглядки на наличие/отсутствие дыма, выкручиваем свечу из цилиндра, определённого как проблемный. Если повреждена поршневая группа, она будет замасленной, если сухой – то это ещё один довод в пользу наличия проблем с клапанным механизмом.

Если вы определили, что прогорел определённый клапан, можете не сомневаться, что состояние других также не идеально. Убедиться в этом можно, разобрав ГБЦ. Но если состояние других клапанов нормальное, можно поменять только прогоревший, но с обязательной заменой всех маслосъёмных колпачков. И, конечно, не следует забывать о притирке нового клапана.

Регулировка клапанов двигателя.

Необходимость регулировки определяют в первую очередь по графику ТО и ТР, установленного производителем. Эта информация содержится в мануалах по данному автомобилю, двигателю. Возникает необходимость регулировки и в случае внепланового ремонта и при другом удобном случае.

Тепловой зазор нужно проконтролировать в случае обнаружения следующих нарушений: уменьшение мощности, наличие постороннего шума (шелест, звон), низкая компрессия, увеличение расхода топлива или масла, прострелы в глушитель или впускной коллектор, по сигналу Сheck богатая бедная смесь, отклонение в состоянии свечей зажигания. И один из указанных симптомов, и совокупность нескольких, может указывать на неполадки в работе газораспределительного механизма или других узлов.

????Зачем чиповать автомобиль?

По понятным причинам, многие водители не спешат модернизировать таким образом свои машины, опасаясь последствий. Чтобы определиться, стоит ли «овчинка выделки», рассмотрим все плюсы и минусы. Итак, преимущества чипования «мозгов» автомобиля:

• Экономия. Чип-тюнинг обойдется водителю гораздо дешевле, чем механические изменения в конструкции мотора или системе впуска-выпуска.
• Улучшенные показатели. Компании, которые занимаются перенастройкой блока управления двигателем, обещают своим клиентам разные блага: повышение мощности мотора, снижение потребления топлива и уменьшение шума.
• Гибкость настройки. Из нескольких вариантов прошивок, владельцу транспортного средства предлагают выбрать наиболее оптимальный, под конкретно его потребности.
• Обратимость процесса. Если говорить о механической модернизации, то, в таком случае, специалист распиливает камеры сгорания, увеличивая их объем. Чип-тюнинг на этом фоне выглядит более безопасно, так как позволяет в любой момент откатиться к заводским параметрам.

Это те плюсы, о которых вам непременно расскажут в специализированном сервисном центре. Однако, стоит помнить и о сопряженных рисках. Рассмотрим их немного позже.

Как отрегулировать клапана

Все процедуры необходимо проводить только на холодном двигателе. Это делается для того, чтобы результаты нстройки остались стандартными: именно так поступают на заводах-изготовителях. Стоит отметить, что порядок регулировки клапанов на каждой машине свой: узнать его можно из инструкции к автомобилю или соответствующей литературы. Процесс осуществляется посредством вкручивания или выкручивания специальных регулировочных винтов, либо подбором плоских шайб. Каждый из этих вариантов рассматривается отдельно.

Использование специальных инструментов

Регулировка клапанов двигателя производится с помощью набора щупов или посредством специальной рейки и индикатора. Оба способа достаточно широко распространены: первый отличается простотой, доступностью и требует минимальных финансовых и временных затрат. Чтобы применить второй метод, придется купить прибор и специальное приспособление.

Регулировка с помощью щупа и контргаек

Подобный способ настройки ГРМ характерен для российских заднеприводных авто («классика»). Алгоритм действий:

• Демонтируйте корпус воздушного фильтра и от клапанной крышки отсоедините все трубки, тросики и рычажки. Для облегченного проворачивания коленвала двигателя выверните свечи зажигания.
• Снимите клапанную крышку и передний кожух ремня ГРМ (если он есть – может быть и цепь).
• Выставите поршень цилиндра, с которого начнется процедура (например, в жигулевской «классике» он 4-й) в положение верхней мертвой точки: клапаны окажутся в закрытом положении.

• Наблюдая за меткой-углублением на шкиве вала двигателя, проворачивайте его до совпадения с риской на нижней передней крышке БЦ . Точка-углубление на звездочке вала ГРМ тоже должна совпасть с меткой на его «постели» (корпусе).
• Рожковым ключом удерживайте регулировочный метиз и одновременно ослабьте контргайку. Далее нужно пользоваться набором щупов для регулировки клапанов. Выберете нужную тонкую пластину, вставьте ее между коромыслом и стержнем клапана. Щуп при нормальной настройке будет проходить с небольшим трением. Значение зазора необходимо отрегулировать по таблице, которая для каждой машины своя (для ВАЗ2101-07 – 0,15 мм). Теперь затяните контргайку и еще раз проверьте зазор. При необходимости операцию повторите. Соблюдайте порядок регулировки клапанов: например, для «классики» ВАЗ: 8-6, 4-7, 1-3, 5-2.

Регулировка с помощью шайб

Подобная настройка ГРМ больше характерна для переднеприводных автомобилей. Чтобы ее произвести, необходимо:

1. Снять крышку клапанов.
2. Найти метки на блоке мотора, шкиве ремня ГРМ и, проворачивая коленвал по часовой стрелке, добиться их совпадения. В итоге первый поршень окажется в положении ВМТ.
3. Определите зазор между регулировочной шайбой и кулачком распределительного вала (они – первые, если смотреть со стороны шкива).
4. При большем или меньшим зазоре подберите другую шайбу (на каждой есть соответствующая маркировка, если нет – воспользуйтесь штангенциркулем, а лучше — микрометром).
5. После установки шайбы снова проверьте зазор: допустимое отклонение – не более 0,05 мм в обе стороны.
6. Не забывайте, что величина зазора для впускного и выпускного клапанов разная – данный параметр необходимо выяснить из инструкции по эксплуатации конкретного авто.

Регулировка с помощью индикатора и рейки

Этот метод считается более точным и был особенно популярен во времена ССССР. Подобный способ регулировки хорош для двигателей, находящихся в эксплуатации длительное время, т. к. прибор и рейка при измерении учитывают выработки на поверхностях деталей. Ход процедуры:

1. Снимите клапанную крышку, предварительно отсоединив от нее рычаги и тросики.
2. Прокрутите вал двигателя до совпадения меток, точно так же, как при регулировке клапанов с помощью щупа.
3. Возьмите рейку и зафиксируйте ее на головке блока цилиндров (крепление осуществляется к шпилькам корпуса «постели») распредвала. Есть небольшой нюанс: не нужно вкручивать полностью все 3 гайки крепления рейки, иначе она будет болтаться. Прежде всего заверните крайние метизы, далее начинайте откручивать средний болт, пока рейка не станет неподвижной.
4. Возьмите стрелочный индикатор и закрепите его на рейке, а лапку прибора поставьте на край кулачка клапана.
5. Захватом, входящим в комплект, уцепите кулачок и потяните его вверх: стрелка индикатора должна пройти 52 деления (при температуре воздуха +20 градусов). Если это не так, то нужно регулировать клапан одним из двух вышеописанных способов.

Как определить прогоревший клапан без снятия ГБЦ

Осмотр клапанов с помощью эндоскопа подключенного к смартфону

Существует два основных способа, как определить прогоревший клапан с высокой точностью, не разбирая мотор:

Чтобы понять, что прогорели клапана можно провести эти операции самостоятельно или обратиться в автомастерскую. Бюджетный эндоскоп, как и компрессометр, обойдется в 500–1000 рублей. Примерно столько же возьмут за диагностику и мастера на СТО. Осмотр эндоскопом, подключаемым к смартфону, планшету или ноутбуку, позволяет хорошо рассмотреть поврежденный клапан, а «компрессометр» покажет падение давления в цилиндре.

Перед тем, как проверить прогоревший клапан, нужно убедиться в отсутствии проблем с зазорами. Они должны быть правильно выставлены, потому что еще целый пережатый клапан, который не может полностью закрыться, ведет себя так же, как и уже прогоревший.

Как найти неработающий цилиндр

Определить цилиндр с прогоревшим клапаном можно замеряя компрессию или снимая провода/катушки со свечей на работающем моторе. Как проверить прогоревший клапан на бензиновом двигателе по звуку:

Определение цилиндра с прогоревшем клапаном

Если цилиндр исправно держит давление, то при его отключении двигатель начинает хуже работать, троить и трястись, а при подключении – работа нормализуется. А вот если клапан прогорел, цилиндр полноценно не участвует в работе, поэтому звук и вибрация мотора после отключения-подключения свечи не меняются.

Для дизеля доступен только вариант с компрессометром ввиду отсутствия свечей зажигания. В цилиндре с дефектным клапаном давление будет примерно на 3 (и более) атм меньше, чем в остальных.

Как определить, в чем проблема

Так как распознать прогоревший клапан с эндоскопом можно наверняка, по возможности лучше выбрать этот вариант. Для осмотра нужно:

Прогоревший клапан на картинке с эндоскопа

Проверка с компрессометром основана на понимании того, что происходит с давлением, когда прогорает клапан. Для прогретого бензинового ДВС нормальная компрессия составляет 10–15 бар или атмосфер (1–1,5 МПа), в зависимости от степени сжатия. Давление в цилиндре дизеля составляет 20–30 бар или атм. (2–3 МПа), поэтому для его проверки нужен прибор с манометром, имеющим более широкий диапазон измерений.

Как определить, что прогорел клапан, с помощью манометра, указано в инструкции ниже. Если наконечник компрессометра оснащен не резьбой, а резиновым конусом, потребуется помощник.

Порядок проверки прогоревших клапанов компрессометром:

Бензиновый «компрессометр» с резьбой и конусной насадками

Дизельный «компрессометр» с шкалой измерений до 70 бар

После произведения замеров компрессии сравните показания прибора для каждого из цилиндров. Нормальные значения для разных ДВС указаны выше, разброс по цилиндрам должен находиться в пределах 1 бар или атм. (0,1 МПа). Признаком прогара является существенное (на 3 атм и более) падение давления.

Не всегда виновником низкого давления является прогоревший клапан. Причиной плохой компрессии может быть залегание, износ или поломка колец, чрезмерная выработка стенок цилиндра или повреждения поршня. Понять, что так ведет себя прогоревший клапан можно, впрыснув в цилиндр около 10 мл моторного масла и повторно измерив компрессию. Если она увеличилась – проблема с кольцами или износом цилиндра, если не изменилась – клапан не держит давление из-за прогара.

Можно ли ездить с прогоревшими клапанами

Для тех, кто по симптомам определил, что у его автомобиля проблемы с клапанами, и интересуется: можно ли ездить, если прогорел клапан? – сразу ответ: крайне нежелательно, это может привести к дополнительным затратам. Если действительно прогорел клапан, последствия могут быть плачевными для мотора:

Что делать, если стучат клапаны в двигателе

Самый легкий и быстрый путь – отдать на ремонт профессионалам. Однако не все могут себе позволить оплату их услуг. Поэтому приходится разбираться и решать вопрос самостоятельно. Бывают автомобилисты, которым интересно ремонтировать машину своими руками. Также встречаются люди, накапливающие опыт самостоятельного ремонта для каких-то целей.

Если стук клапанов – проблема вашего авто, и вам предстоит самостоятельный ремонт, будьте готовы серьезно потрудиться. Серьезно и внимательно, ведь стоит ошибиться – и звук станет лишь сильнее. Поэтому не рекомендуется устранять стук клапанов начинающему автомобилисту. Большое значение в данном виде ремонта имеет последовательность действий. В первую очередь рекомендуется изучить руководство по ремонту для конкретной марки авто. Далее нужно поступать по алгоритму:

1. Сливается моторное масло.
2. Откручивается заглушка головки блока цилиндров. Это освободит путь к клапанам.
3. Распределительный вал нужно прокрутить до совпадения метки на шкиве и на установке.
4. На ощупь определить зазор между стержнями и клапанами. Размер зазора можно изменять при помощи регулировочной шайбы.
5. В зависимости от конкретной модели автомобиля нужно прокрутить шайбу на нужное число оборотов.
6. Собрать всё в обратной последовательности и затем проверить, ушел ли стук клапанов.

Каждая модель автомобиля имеет свои особенности эксплуатации. Но усредненно каждые 25 тысяч километров нужно регулировать зазоры клапанов. Количество клапанов напрямую влияет на уровень шума при их стуке. Чем больше клапанов, тем сильнее будет шум в случае неисправности. Существует инженерное решение проблемы – на некоторых автомобилях применяются гидравлические толкатели, позволяющие точно удерживать клапанные зазоры.

Клапаны ГРМ нуждаются в профилактическом обслуживании. Оно заключается в периодической очистке их поверхности от образовавшегося нагара. Нагар может достигать толщины, затрудняющей нормальную работу клапанов. Поэтому не нужно забывать об их периодической чистке и притирке. Тщательное выполнение профилактических работ позволит продлить ресурс двигателя и даже немного сократить расход топлива.

Если самостоятельная регулировка клапанов не дала положительного результата, то лучше обратиться на профессиональные СТО. Установка зазора своими руками в этом случае вряд ли возможна. Иногда причиной стука клапанов являются совсем другие неисправности. Но возможен и вариант неправильной настройки клапанных зазоров.

Устройство газораспределительного механизма

В современных моторах газораспределительный механизм располагается в двигателя. В его состав входят следующие основные элементы:

1. Распределительный вал. Это сложная по конструкции деталь, которая изготавливается из прочной стали или чугуна с высокой точностью обработки. В зависимости от конструкции ГРМ распредвал может устанавливаться в головке блока цилиндров или в картере двигателя (такая компоновка сейчас не применяется). Это основная деталь, которая отвечает за последовательное открытие и закрытие клапанов.
   На валу имеются опорные шейки и кулачки, которые и толкают стержень клапана или коромысло. Форма кулачка имеет строго определенную геометрию, поскольку от этого зависит длительность и степень открытия клапана. Также кулачки выполнены разнонаправленными, чтобы обеспечивать попеременную работу цилиндров.
2. Привод. Крутящий момент от коленчатого вала передается через привод на распределительный вал. Привод бывает разным в зависимости от конструктивного решения. Шестерня коленвала в два раза меньше шестерни распредвала. Таким образом, коленчатый вал вращается в два раза быстрее. В зависимости от типа привода в его состав входят:
   цепь или ремень;
3. шестерни валов;
4. натяжитель (натяжной ролик);
5. успокоитель и башмак.
6. Впускные и выпускные клапаны. Они расположены в головке блока цилиндров и представляют собой стержни с плоской головкой на одном конце, которая называется тарелкой. Впускные и выпускные клапаны отличаются по конструкции. Впускной изготавливается цельной деталью. Также он имеет больший диаметр тарелки для обеспечения лучшего наполнения цилиндра свежим зарядом. Выпускной часто изготавливают из жаропрочной стали и с полым стержнем для лучшего охлаждения, так как в работе он подвергается более высоким температурам. Внутри полости находится натриевый наполнитель, который легко плавится и отводит часть тепла от тарелки к стержню.
   На тарелках клапанов сделаны специальные фаски, которые обеспечивают более плотное прилегание к отверстиям в головке блока цилиндров. Это место называется седлом. Кроме самих клапанов, в механизме предусмотрены дополнительные элементы, обеспечивающие его правильную работу:
   • Пружины. Возвращают клапаны в исходное положение после нажатия.

   Маслосъемные колпачки. Представляют собой специальные уплотнители, которые не допускают попадания масла в камеру сгорания по стержню клапана.

7. Направляющая втулка. Устанавливается в корпус ГБЦ и обеспечивает точное движение клапана.
8. Сухари. С их помощью пружина крепится на стержне клапана.
9. Толкатели. Через толкатели передается усилие от кулачка распредвала на стержень. Изготавливаются из высокопрочной стали. Они бывают разных видов (механические (стаканы), роликовые, гидрокомпенсаторы). Тепловой зазор между механическими толкателями и кулачками распредвала регулируется вручную. Гидрокомпенсаторы или гидротолкатели автоматически поддерживают нужный тепловой зазор и не требуют регулировки.
10. Коромысло или рычаги. Простое коромысло представляет собой двуплечный рычаг, который совершает качательные движения. В различной компоновке коромысла могут работать по-разному.
11. Системы изменения фаз газораспределения. Данные системы устанавливаются не на все двигатели. Более подробно про устройство и принцип работы можно прочитать в отдельной статье на нашем сайте.

Характерные поломки впускных клапанов

Безусловно, самой распространенной поломкой клапанов необходимо признать их загибание в результате обрыва ремня ГРМ. То же самое может произойти и без обрыва, если заменой ремня занимался непрофессионал, ошибочно выставивший метки на шкивах коленвала и распредвала (или распредвалов). Особенно опасны обрывы для современных сложных двигателей, оснащенных механизмом изменяемых фаз газораспределения и прочими высокотехнологичными системами.

Еще одна распространенная неисправность клапанного механизма зарастание впускных и выпускных клапанов нагаром. Как правило, определить проблему можно на достаточно ранней стадии по снижению мощности и хлопкам во впускном и выпускном трубопроводах, металлическому стуку в головке блока цилиндров и падению мощности двигателя.

Отложение нагара на седлах и клапанах препятствует их плотному прилеганию и уменьшает компрессию. Вследствие этого уменьшается и мощность двигателя. Поломки пружин могут вызвать неплотное прилегание клапана к седлу и приводить к деформации головки блока цилиндров, образованию раковин или заеданию стержня. Большой тепловой зазор между рычагом и стержнем клапана также ведет к появлению резкого металлического стука и падению мощности двигателя.

Порядок выполнения работ

Теперь последовательность действий:

1. ВАЗ 2114 устанавливаем на ровную площадку, двигатель должен полностью остынуть, чтобы при замерах не было погрешности из-за расширения металла;
2. Снимаем клапанную крышку, а также боковую крышку, под которой находится ремень привода ГРМ. Поверхность под крышкой нужно вытереть от масла. Также следует внимательно осмотреть вал ГРМ на наличие задиров, раковин и следов значительного износа. Если таковые имеются, придется вал заменить;
3. Выкручиваем свечи, чтобы в дальнейшем прокручивать коленчатый вал было значительно легче.
4. Совмещаем метку на приводной шестерне распределительного вала с выступом на головке блока, то есть устанавливаем ВМТ на первом цилиндре. Сделать это можно при помощи ключа, которым вращаем коленчатый вал за болт крепления шкива. Но некоторые автолюбители поступают несколько по иному – выдомкрачивают слева переднее колесо, включают 4 передачу. Затем попросту вращают колесо, а поскольку передача включена, то это вращение через трансмиссию будет передаваться на двигатель;
5. После совмещения меток на шестерне распредвала строго напротив имеющейся метки делаем еще одну мелком. Это несколько упростит в дальнейшем работы.
6. Щупом замеряем зазоры на 1 и 3 клапанах (считать нужно от шестерни распредвала. 1-й является выпускным, а 3-й – впускным);
7. Зазор на 1 клапане должен составлять 0,35 мм, но допускается погрешность. То есть, берем щуп толщиной 0,35 мм и вставляем его между кулачком вала и регулировочной шайбой. Если щуп ходит с небольшим усилием, то зазор в норме, а вот если щуп не входит или очень свободно, то требуется регулировка. Такую проверку делаем и на 3 клапане, но зазор на нем должен быть 0,2 мм.
8. Регулировка клапанов же проводится так: закрепляем устройство для отжатия клапанов на шпильки крепления крышки. У этого устройства имеется изогнутый рычаг, который мы помещаем между кулачком и шайбой. Ручкой устройства надавливаем на этот рычаг, в результате чего он нажмет на толкатель. В комплекте этого устройства идет специальный фиксатор, который мы помещаем между распредвалом и толкателем. После отпускания ручки фиксатор будет удерживать клапан в выжатом состоянии, при этом шайба будет не зажатой и ее можно извлечь пинцетом.
9. Разберем на примере, какую шайбу нужно установить будет, чтобы зазор был правильным. К примеру, при проверке на выпускном клапане установили, что он составляет не 0,35 мм, а 0,42 мм, то есть он увеличен на 0,07 мм. Далее извлекаем шайбу, которая была установлена. На ней должна быть нанесена метка, указывающая ее толщину (к примеру, 3,65 мм), если такой метки нет, то придется измерять толщину микрометром. Теперь к толщине шайбы мы добавляем значение, на которое зазор увеличен, в нашем случае – 0,07 мм, в итоге получаем значение толщины шайбы для установки – 3,65+0,07 = 3,72 мм. Но поскольку шайбы с такой толщиной нет в комплекте, то устанавливаем новую шайбу с толщиной, максимально приближенной к полученному значению, то есть 3,7 мм. Именно для этого и допускается погрешность на 0,05 мм.
10. Устанавливаем необходимую по толщине шайбу на место меткой с размером вниз (к толкателю). Далее рычагом устройства снова нажимаем на клапан и вытаскиваем фиксатор. На этом регулировка завершена.
11. Далее производится регулировка остальных клапанов, но для этого нужно знать порядок. После проверки 1 и 3 клапанов, проворачиваем распредвал на пол-оборота (для удобства установки мы заранее нанесли метку на шестерне) и проверяем 2 (впускной) и 5 (выпускной) клапана. Затем еще проворачиваем на пол-оборота и регулируем 6 (впускной) и 8 (выпускной). Для проверки 4 (впускного) и 7 (выпускного) клапанов еще нужно раз провернуть распредвал на пол-оборота.