Для чего необходим зазор в клапанах и посредством чего он регулируется
Устройство автомобилей
Тепловой зазор в ГРМ
Детали механизма газораспределения образуют сопрягаемую цепочку, которая начинается распределительным валом и заканчивается клапанами, открывающими и закрывающими вход в цилиндр и выход из него в строго отведенные моменты рабочих циклов двигателя.
Казалось бы, между всеми деталями привода ГРМ и клапанной группы не должно быть никаких зазоров – только в этом случае малейшее усилие со стороны кулачка распредвала найдет отклик в движении клапана и даст начало потоку свежего заряда или отработавшей смеси раскаленных газов. И это утверждение абсолютно верно.
Но почему же тогда в лексиконе заядлых автомехаников популярны выражения – «отрегулировать клапана», «регулировка зазора в клапанах» и подобные? Ведь в соответствии с приведенными выше рассуждениями никаких зазоров там быть не должно, иначе невозможно составить строгое расписание работы клапанов.
Тем не менее – зазор в клапанной группе – необходимый элемент, обеспечивающий правильную работу газораспределительного механизма и двигателя в целом.
И вот почему.
После прогрева двигателя все его детали в той или иной степени подвержены тепловому расширению, которое зависит от степени нагрева, размеров деталей и коэффициента температурного расширения материала, из которого эти детали изготовлены. Металлы, применяемые при изготовлении большинства деталей двигателя, при нагреве расширяются достаточно сильно, т. е. имеют высокий температурный коэффициент линейной деформации.
Если к отмеченному выше вспомнить, что многие из этих деталей во время работы испытывают мощные тепловые нагрузки, то можно понять, что выдержать строгие интервалы и зазоры (точнее – их отсутствие) между сопрягаемыми поверхностями взаимодействующих деталей в условиях переменных температур не представляется возможным.
Логичным будет вывод, что при нагреве (или охлаждении) всех деталей механизма газораспределения тепловые деформации отдельных его элементов складываются и, воздействуя на стержень клапана, преодолевая силу упругости пружины, приподнимают головку клапана над седлом, открывая отверстие для потока газов.
Цилиндр теряет требуемую герметичность.
А это уже катастрофа с точки зрения показателей мощности и КПД двигателя, его динамичности, равномерности и бесшумности работы, а также других качественных и количественных показателей. В общих словах – двигатель теряет очень многое из того, чего мог бы достичь при нормальных условиях работы.
Рассмотренный сценарий возможен в том случае, если между деталями, образующими цепочку механизма ГРМ, нет никаких зазоров и промежутков. Очевидно, что для нормального функционирования системы подачи и отвода газов такой зазор должен быть предусмотрен заранее, когда двигатель и его детали холодные. Тогда при нагреве детали механизма газораспределения расширятся, выберут предустановленный зазор, и будут работать в жесткой связке.
Величину этого зазора подсчитать несложно, если знать линейные размеры каждой детали механизма газораспределения, величину коэффициента теплового расширения для материалов, из которых эти детали изготовлены, и рабочую температуру каждой детали ГРМ. Ведь большую часть времени детали двигателя работают при установившейся температуре, поддерживаемой естественным теплообменом, системами охлаждения и смазки. При этом детали клапанной группы (особенно, седла и клапаны) нагреваются сильнее, а удаленные от цилиндра детали – меньше.
Учитывая эти факторы, можно определить требуемую величину суммарного зазора между всеми деталями, образующими цепочку механизма газораспределения, когда они имеют температуру окружающей среды (т. е. при холодном двигателе). Этот зазор называют тепловым зазором, а выражение «отрегулировать клапана» означает отрегулировать величину зазора между сопрягаемыми деталями холодного механизма газораспределения на холодном двигателе.
Технологически, конструктивно и практически зазор удобнее всего регулировать между торцом стержня клапана, который нагревается быстрее и сильнее других подвижных деталей ГРМ, и деталью, воздействующей на стержень клапана для его перемещения.
В механизмах с нижним расположением распределительного вала тепловые зазоры регулируются при помощи щупа требуемой толщины, устанавливаемого между носком коромысла и стержнем клапана (рис. 1).
В механизмах с верхним расположением распредвала зазор устанавливают между тыльной стороной кулачка распределительного вала и рабочей поверхностью рычага (см. рис. 2, б, в, г) или между кулачком и клапаном (см. рис. 2, а).
Величина тепловых зазоров составляет 0,08…0,45 мм и нормируется для каждого двигателя заводом-изготовителем.
Очевидно, что зазор впускного клапана для данного двигателя должен быть меньше зазора выпускного клапана, поскольку последний нагревается значительно сильнее.
Тепловые зазоры в механизме газораспределения необходимо строго соблюдать и периодически контролировать в процессе эксплуатации двигателя. Увеличенный зазор приводит к повышенному шуму и наличию ударных нагрузок между деталями (стук клапанов), а слишком малый – к неплотному прилеганию клапана к седлу, прогоранию фасок, потерям мощности, «выстрелам» в глушитель или впускной канал (карбюратор и воздушный фильтр). В любом случае двигатель начинает работать с перебоями и долговечность его деталей резко снижается.
Следует отметить, что некоторые динамические перегрузки ударного характера, которые присутствуют в двигателе при его запуске и разогреве до рабочих температур являются меньшим из обозначенных зол, вызываемых предустановленным тепловым зазором.
Регулировка зазоров клапанов — для чего она нужна
Регулировка зазоров клапанов требуется для соблюдения оптимальных тепловых зазоров между элементами ГРМ. При нагреве металл расширяется, и зазоры между деталями двигателя уменьшаются. Все зазоры в двигателе рассчитаны таким образом. Что их оптимальное значение. Устанавливается при достижении двигателем температуры от 80 до 120 градусов. То есть при этих температурах двигатель работает оптимально.
Может эксплуатироваться на максимальной мощности. По этому необходима процедура прогрева холодного двигателя. В первую очередь для того чтобы установились оптимальные зазоры между деталями двигателя. то есть мы устанавливаем тепловые зазоры. которые рассчитаны на тепловое расширение деталей двигателя. Что бы при нагреве они стали как можно меньше. Но исключали возможность их полного отсутствия. Зазоры в клапанах должны быть минимально возможными. Что бы обеспечивать открытие и закрытие клапанов. Без задержки на преодоление зазора.
Принцип работы 4 тактного двигателя
Распределительный вал в двигателе служит для того чтобы открывать и закрывать клапана. В зависимости от тактов работы цилиндров. Существуют 4 такта работы двигателя.
Клапана должны своевременно открываться и закрываться. Кулачки распределительного вала управляют закрытием и открытием клапанов.
Влияние тепловых зазоров на работу двигателя.
Неправильная величина зазора сильно влияет на работу двигателя.
Почему увеличивается зазор в клапанах
Увеличение зазоров связано с тем что трущиеся поверхности подвергаются износу. Зазоры увеличиваются за счет износа между клапаном и коромыслом, коромыслом и штангой. Штангой и толкателем. Стираются кулачки на распредвалу. Увеличивается износ в шейка распредвала, и на валу коромысел. Появляется биение между коромыслом и валом коромысел. И какую конструкцию ГРМ не взять везде есть поверхности которые изнашиваются между собой.
Последствия увеличенных зазоров клапанов
Увеличенные зазоры клапанов имеют следующие последствия. Клапана открываются позже и закрываются раньше чем положенного. При впуске. Клапана закрываются раньше. Это не позволяет наполнить цилиндры в полном объёме. Поршень сожмет меньший объём воздуха или топливной смеси. В результате чего уменьшится давление расширяющихся газов. Топливо не полностью сгорит в цилиндре. Если воздуха будет не хватать. Образуется сажа. Частично не сгоревшее топливо станет догорать в следующем цикле работы цилиндра. И как результат возникнет местный перегрев поршневой группы. Здесь речь идет о очень высоких температурах. Свыше 1000 градусов. Местный перегрев двигателя вызовет последствия. Которые приведут к прогоранию поршня, клапанов межклапанных перегородок. В результате ГБЦ не будет подлежать ремонту.
После того как топливо завершит работу. Выпускной клапан должен открыться. Но при увеличенном зазоре он откроется позже. После того кого как поршень начнет движение вверх. Клапан какое то время будет закрыт. Поршень встретит сопротивление в такте выброса выхлопных газов. Закроется раньше. Не будет возможности всем газам выйти из камеры сгорания Это повлияет на мощность двигателя.
В такте впуска поршнем не создаётся требуемое разряжение. Воздух и топливо поступают в меньшем объёме. Это снижает мощность двигателя.
Несоответствие тепловых зазоров в большую или меньшую сторону плохо влияет на работу двигателя. Снижает его мощность и создает вероятность прогорания элементов поршневой группы. В процессе работы зазоры могут как увеличиваться так и уменьшаться
Уменьшенные зазоры клапанов
Вызывают неплотное закрытие клапанов и связано с износом клапана и седла клапана. Клапан вращаются вокруг своей оси. Конструкция пружин клапанов устроена таким образом. Что при каждом нажатии на клапан. Он проворачивается. Это позволяет равномерно распределять усилие нагрузки на клапан по всей плоскости прилегания. В процессе работы клапана постоянно ударяются по седлу и в момент соприкасания проворачиваются. Всё это приводит к износу седла и клапана. В результате клапан поднимается вверх. И как следствие уменьшается зазор между клапаном и коромыслом.
И если вовремя не отрегулировать зазор клапан перестанет закрываться Так как начнет постоянно давить на коромысло. В статье упоминается конструкция ГРМ которая включает в себя. Распредвал, чашку толкателя, штангу, коромысло и клапан. Эта конструкция применяется, в случае если распредвал расположен в блоке двигателя. Если распредвал или два распредвала располагаются в головке двигателя. Применяется другая конструкция газораспределительного механизма. В которой распредвал сначала на рокер который является коромыслом клапана. Такая конструкция устанавливается на итальянских двигателях применяемых в ВАЗ 2101-07. Регулировка клапанов осуществляется между кулачком распредвала и рокером.
Последствия уменьшенных зазоров клапанов
Если зазоры клапанов стали меньше допустимой величины. При нагреве двигателя клапана перестанут плотно закрываться. Не произойдет полноценного сжатия топлива. Снизится компрессия в цилиндрах двигателя. При низкой компрессии топливо в цилиндрах сгорает не полностью. Вследствие чего образуется сажа. Топливо начинает догорать в последующих циклах работы двигателя. Возникает местный перегрев элементов поршневой группы. В первую очередь страдают клапана. Так как через них прорывается пламя из камеры сгорания.
Разные конструкции ГРМ
Более современная конструкция. Когда кулачки распредвала давят на чашку толкателя. А та в свою очередь на клапан. Эта конструкция применяется на автомобилях ВАЗ 2108-10. Регулировка зазоров клапанов осуществляется при помощи специальных калиброванных шайб. Они имеют разный размер. Подбираются в зависимости от величины теплового зазора между чашкой и кулачком распредвала.
Самая современная система включает в себя применение в качестве толкателей гидрокомпенсаторов. Регулировка зазоров клапанов при этой конструкции не требуется. Гидрокомпенсатор располагается между кулачком распредвала и клапаном. При работающем двигателе масло под давлением подаётся в полость компенсатора. В нем происходит расширение полости под давлением масла. И зазоры полностью убираются. При нажатии кулачка на компенсатор. Он начинает движение. Канал подающий давление масла перекрывается. Масло попадает в замкнутое пространство. И не дает внутренней полости компенсатора сжаться. В результате усилие от кулачка передаётся на клапан. Как видим тепловые зазоры убираются сразу. После того как давление масла расширило полость компенсатора. И движение кулачков передается на клапан без зазоров.
Если слышен стук клапанов. Значит при нажатии клапана на компенсатор масло выходит наружу из компенсатора. Через наружную поверхность компенсатора и корпус головки блока. То есть посадочное место компенсатора изношено, И допускает прорыв давления масла. Либо заклинил поршень в полости компенсатора. И Расширения не происходит.
В случае когда применяется механическая передача давления от кулачка распредвала на клапан. Требуется постоянная регулировка тепловых зазоров клапанов.
Регулировка клапанов двигателя.
Регулировка зазоров клапанов во всех двигателях внутреннего сгорания происходит по одному и тому же принципу. Независящему от. конструктивных особенностей системы ГРМ. Четырех тактные двигатели как бензиновые так и дизельные имеют одну и туже общую конструкцию. Зная общий принцип можно регулировать клапана на любом двигателе автомобиля.
Что необходимо знать при регулировке зазоров клапанов.
Порядок работы цилиндров 4 цилиндрового двигателя.
Если сработал один цилиндр. за ним в работу вступает следующий. Какой именно. зависит от конструкции двигателя. Если двигатель имеет рядное расположение цилиндров. Коленвал имеет такое строение
Сработал первый цилиндр следующий будет либо 2 либо 3
За 2 будет 4, за 3 – либо 4 либо 3
Поэтому порядок работы цилиндров 4 х цилиндрового рядного двигателя будет таким
Другие конструкции двигателей имеют другой порядок работы цилиндров. Важно знать порядок работы цилиндров для каждого двигателя. Чтобы регулировать клапана именно того цилиндра который находится в ВМТ именно в момент сжатия.
Если мы имеем порядок работы 1-3-4-2, это значит, что сначала регулируем первый цилиндр затем 3 затем 4 затем 2
Как определить вмт поршня в первом цилиндре
Почему положение именно 1 цилиндра. Чтобы не путаться. Первый всегда первый, согласно схемы работы цилиндров. Но можно начать и со 2 и с 3 и с 4.
Выглядеть это будет следующим образом.
2-1-3-4 или если начать с3 то 3-4-2-1
Поэтому чтобы не забивать себе голову лишними подсчетами всегда регулируем с 1, согласно схемы работы двигателя.
Поршень первого цилиндра необходимо выставить таким образом. Чтобы он находился в ВМТ в момент сжатия. Все метки на шкиву коленвала, на маховике, на любом двигателе показывают положение первого цилиндра в ВМТ.
Для того чтобы начать регулировку этого мало. Интересует не только положение поршня в вмт но и ещё чтобы он находился в момент сжатия. Когда поршень совершает сжатие топлива. В этот момент впускной и выпускной клапаны закрыты.
За весь цикл работы двигателя от 1 до 4 цилиндра распредвал совершает один оборот а коленвал 2 оборота. То ест поршень дважды приходит в ВМТ 1 цилиндра за один оборот распредвала. Интересует только одно положение.
Можно сориентироваться по положению бегунка трамблера. Если он начинает подходить к контакту высоковольтного провода первого цилиндра, необходимо в этот момент подвести метку на шкиве или коленвале.
Коромысла клапанов указывают на положения первого цилиндра в момент сжатия. Впускной и выпускной клапан будут неподвижны при подходе поршня первого цилиндра в момент сжатия. Останется только совместить метку. В другом положении поршня первого цилиндра в ВМТ выпускной клапан будет закрываться. После прохождения ВМТ впускной начнёт открываться. Это будет не правильное положение поршня для регулировки клапанов. Главное следить за клапанами при вращении коленвала.
После того как правильно установлен поршень первого цилиндра можно начинать регулировку клапанов. По окончании необходимо проворачивать коленвал по часовой стрелке до достижения следующим поршнем положения ВМТ согласно схемы работы.
Способы регулировки и зазоры клапанов у разных двигателей отличаются. Здесь уже необходимо опирать на руководство по эксплуатации. Но это скорее технические вопросы чем принципиальные.
Зазоры клапанов не только компенсируют тепловое расширение деталей. Но и дают определенный диапазон использования двигателя до следующего технического обслуживания.
Как проводится регулировка клапанов
ЗАЧЕМ РЕГУЛИРОВАТЬ КЛАПАНЫ
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».
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.
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.