Как влияют зазоры клапанов на работу двигателя автомобиля?
Если тепловые зазоры у клапанов двигателя меньше или больше нормы, то это сразу сказывается на его работе не лучшим образом.
На примере двигателя 21083 (1,5 л) автомобилей ВАЗ 21083, 21093, 21099 разберемся как влияют зазоры клапанов на его работу. Посмотрим как работает двигатель если зазоры в норме, как работает если меньше нормы (клапана зажаты) и как если они больше нормы.
1. Если тепловые зазоры клапанов в норме.
Тепловые зазоры в клапанном механизме двигателей 2108, 21081, 21083, 2111: впускные — 0,15-0,25, выпускные — 0,30-0,40 мм. Если они соответствуют этой норме, то двигатель автомобиля ровно, мягко и довольно тихо работает на холостом ходу (шелестит). При работе под его клапанной крышкой нет посторонних звуков, а так же не наблюдается хлопков в глушитель или карбюратор.
Двигатель стабильно запускается, быстро разгоняет автомобиль (с явно ощутимым подхватом) и хорошо тянет на оборотах во время движения. Отличительная особенность исправного двигателя 21083 — это его способность ускорить автомобиль при движении на высоких оборотах, когда кажется, что лимит мощности уже исчерпан. При нормальных зазорах клапанов такой эффект вполне достижим.
2. Если тепловые зазоры клапанов ниже нормы (клапана зажаты).
В таком случае тарелка клапана с маленьким тепловым зазором по мере прогрева двигателя будет неплотно прижиматься к своему седлу в головке блока так как стержень клапана подвергается тепловому расширению и удлиняется. Это приводит к обгоранию и разрушению кромки тарелки и ее посадочного гнезда в головке. Клапан прогорает.
Помимо этого появившийся зазор между тарелкой клапана и седлом в головке приводит к потере герметичности камеры сгорания. А наличие в ней определенного давления в конце такта сжатия (компрессия) — одно из условий эффективного горения топливной смеси и получения от двигателя максимальной отдачи. Зависимость тут простая — падает компрессия — падает мощность двигателя.
Отсюда целый ряд неисправностей в работе двигателя, которые свидетельствуют, что зазор клапанов слишком мал.
Двигатель плохо запускается
Если хотя бы в одном цилиндре двигателя автомобиля снижена компрессия (а при маленьких зазорах клапаном она бывает снижена практически во всех), о запуске двигателя с первой попытки можно забыть, так как топливная смесь в таком случае плохо поджигается и плохо горит.
Двигатель троит на холостом ходу
Если к плохому поджигу и горению смеси добавить разброс в величине компрессии для цилиндров, то двигатель троит на холостом ходу, а в особо запущенных случаях может время от времени пытаться заглохнуть. Отрегулировать и стабилизировать холостой ход винтами «качества» и «количества» карбюратора не удается.
Выстрелы в карбюратор
Если зажат впускной клапан и зазор у его тарелки большой, то возможен выброс горящей топливной смеси во впускной коллектор двигателя и карбюратор. Все это сопровождается холопками и даже выстрелами, пугающими прохожих, пассажиров и самого водителя.
Выстрелы в глушитель
Аналогичные хлопки и выстрелы могут производится в выпускной коллектор двигателя и глушитель автомобиля, так как в случае зажатого выпускного клапана через зазор у его тарелки горящая топливная смесь будет выбрасываться. См. «Стреляет и хлопает в глушитель (причины не связанные с карбюратором)».
Провалы и рывки при нажатии на педаль газа
Работающие через раз цилиндры двигателя не дадут в полной мере обеспечить разгон автомобиля при нажатии на педаль газа. В ответ водитель получит провалы и рывки, а не подхват.
Снижение мощности и приемистости двигателя автомобиля
Низкая компрессия в цилиндрах по причине зажатых клапанов, как уже отмечалось ранее, не позволит получить от двигателя желаемую мощность и приемистость, так как топливная смесь в камерах сгорания будет гореть не эффективно (из за низкого давления), и даже иногда не поджигаться вовсе (пропуски зажигания).
3. Если тепловые зазоры клапанов выше нормы (слишком большие).
Если тепловые зазоры клапанов выше нормы, то это влияет на работу двигателя автомобиля следующим образом.
Начинают стучать клапана
Частый металлический дробный стук под клапанной крышкой во время работы двигателя на холостом ходу — признак наступивших проблем с клапанами. В большинстве случаев стук клапанов появляется при увеличенных тепловых зазорах между торцом стержня клапана и толкателем. Происходит это либо из-за неправильной регулировки теплового зазора, либо от стирания торцов клапанов на двигателях с большим пробегом или с плохим маслом. Стучать могут как все (или почти все) клапана, так и один или пара.
Иногда клапан начинает стучать если он погнут и подвисает в направляющей втулке. В таком случае наверняка придется снимать и разбирать головку блока чтобы заменить его.
Практически всегда стук клапанов сопровождается неустойчивыми оборотами холостого хода и снижением мощности и приемистости двигателя, так как ухудшается наполняемость и вентиляция камер сгорания из-за уменьшения зазора между тарелкой и седлом клапана.
В ряде случаев за стук клапанов можно принять металлический частый звук от детонации в камерах сгорания двигателя («пальцы» стучат).
Двигатель троит
Если тепловые зазоры клапанов слишком велики, клапан не до конца открывается, зазор между тарелкой клапана и посадочным гнездом в головке блока уменьшается, наполняемость и вентиляция камер сгорания ухудшается. Создается ситуация, когда и поджигать бывает особо не чего (заряд топливной смеси, попавший в камеру сгорания слишком мал), вдобавок газы от горения удаляются плохо и нарушают состав смеси. Начинаются перебои в работе двигателя, цилиндры, то работают, то нет. Двигатель троит, теряет мощность и приемистость, обороты холостого хода не удается отрегулировать вращением винтов «качества» и «количества» карбюратора.
Двигатель не тянет
Так как наполняемость камер сгорания ухудшается, снижается эффективность горения топливной смеси. Мощность и приемистость двигателя падает. Водитель не чувствует былого резвого подхвата при нажатии на педаль газа, двигатель не тянет.
Примечания и дополнения
— Предварительную оценку состояния клапанного механизма двигателя автомобиля можно сделать проведя измерение компрессии или специальную безразборную проверку.
Регулировка клапанов: что это, зачем нужно, и что будет, если ее не делать
Если вы становились свидетелем сцены, когда опытный автомобилист деловито открывал капот машины (вашей или своей), некоторое время вслушивался в звук работающего мотора, а потом многозначительно произносил фразу «клапаны надо отрегулировать», но при этом для вас его слова были не понятнее звука двигателя, который он слушал, то сегодня мы попробуем этот пробел восполнить. Что такое регулировка клапанов, зачем она нужна, когда ее нужно делать, и что будет, если ее не делать совсем? И почему на многих машинах регулировка клапанов вообще не нужна? Давайте разберемся.
Что такое регулировка клапанов?
Р абота обычного поршневого двигателя предполагает подачу в цилиндры топливовоздушной смеси и отвод из них отработавших газов. Обе функции выполняют клапаны – соответственно, впускные и выпускные, попеременно открываясь в нужное время для наполнения и опорожнения цилиндра. Управляет их работой распределительный вал, имеющий специальные кулачки, которые воздействуют на верхнюю часть клапана, открывая его в цилиндр. Конструкций приводного механизма существует несколько – распредвал может воздействовать на клапаны почти непосредственно, надавливая кулачком на толкатели, или, к примеру, через специальные коромысла, толкая один их конец, в то время как другой давит на клапан. Но в любом из случаев в конструкции есть интересующая нас особенность: тепловой зазор между кулачком распредвала и деталью клапанного механизма, которая открывает клапан. Ведь рабочая температура деталей двигателя, особенно клапанного механизма и собственно клапанов, очень высока, а при нагревании металл имеет свойство расширяться, что приводит, в частности, к удлинению клапана. Именно для компенсации этого расширения нужен тепловой зазор, а регулировка этого зазора и называется «регулировкой клапанов»
Да, с логической точки зрения формулировка «регулировка клапанов» не совсем верна. Клапан при нормальных условиях, когда на него не давит кулачок распредвала, закрыт: тарелка клапана плотно прижата пружиной к седлу в головке блока цилиндров, а должная герметичность обеспечивается фасками на обоих элементах. Соответственно, никакая регулировка клапану здесь не требуется – а вот тепловой зазор должен быть правильным. То есть, более корректно говорить не «регулировка клапанов», а «регулировка теплового зазора привода клапанов».
Зачем нужна регулировка клапанов?
Если представить себе комбинацию «клапан – толкатель – распредвал» без теплового зазора – то есть, плотно прилегающими друг к другу при неработающем двигателе, то несложно понять, что при выходе на рабочую температуру на удлинившийся клапан, «вытягиваемый пружиной из цилиндра» в сторону распредвала, из-за температурного расширения начнет постоянно давить этот самый распредвал, приводя к небольшому сжатию пружины и неплотному закрытию клапана. То есть, при достижении рабочей температуры клапан фактически перестанет полноценно выполнять одну из своих функций: плотно закрываться для герметизации камеры сгорания и ее изоляции от впускного или выпускного тракта.
Второй вариант – увеличение теплового зазора: например, из-за износа поверхностей кулачков распредвала и элементов привода клапанов. В этом случае даже после достижения двигателем рабочей температуры между распредвалом и клапанным механизмом будет оставаться зазор, а касаться они будут ударно и только в момент воздействия кулачка. Это уже пагубно влияет на ресурс клапанного механизма, но есть и другие последствия: клапан будет открываться чуть позже и не полностью – а значит, ухудшится наполняемость цилиндра топливовоздушной смесью.
Что будет, если не регулировать клапаны?
Если не регулировать клапаны своевременно, это приведет к изменению теплового зазора. При этом и увеличение, и уменьшение теплового зазора, как мы уже поняли, негативно влияет на ресурс и работу двигателя. Уменьшение зазора означает неполное закрытие клапанов, которое приводит к ряду последствий. Негерметичность камеры сгорания из-за приоткрытого клапана приводит к падению компрессии и прорыву раскаленных газов во впускной или выпускной тракт (в зависимости от того, впускной или выпускной клапан приоткрыт).
Кроме того, стоит отметить значительно увеличивающуюся тепловую нагрузку на клапаны. Ведь плотный контакт закрытого клапана с седлом – это одно из важных условий его охлаждения, а если клапан неплотно прилегает к седлу, охлаждение ощутимо ухудшается. Особенно это касается выпускных клапанов: впускные дополнительно охлаждаются поступающей в цилиндры топливовоздушной смесью, а вот выпускные обеспечивают выход отработавших газов крайне высокой температуры, и для них охлаждение в зоне контакта с седлом имеет критическую важность. В крайнем случае плохое охлаждение клапана из-за малого теплового зазора может привести к его перегреву и разрушению – так называемому прогару. Кроме того, прорыв горящей топливовоздушной смеси в выпускной тракт повышает нагрузку на катализатор (а при его разрушении абразивная пыль может повредить и цилиндры).
Последствия увеличения теплового зазора несколько иные. Как было сказано выше, оно приводит к ударному воздействию распредвала на клапанный механизм, что негативно сказывается на его ресурсе, а также к несвоевременному и неполному открытию клапана. Ухудшение наполнения цилиндра топливовоздушной смесью при этом означает нарушение фаз газораспределения и снижение отдачи мотора: то есть, он будет хуже тянуть.
Как узнать, каким должен быть тепловой зазор?
В целом величина теплового зазора, разумеется, очень невелика, это десятые доли миллиметра – примерно 0,1-0,4 мм. При этом ее обычно определяют с помощью набора щупов с шагом в 0,05 мм и менее – то есть, соблюдается точность до сотых. Стоит отметить, что тепловой зазор для впускных и выпускных клапанов различается: как мы уже знаем, выпускные клапаны нагреваются сильнее – а следовательно, сильнее увеличиваются в размерах и требуют большего теплового зазора.
На практике знать конкретные значения теплового зазора нужно только для регулировки – то есть, если вы не занимаетесь ей самостоятельно, эти цифры вам не слишком пригодятся.
Как узнать, когда регулировать клапаны
Периодичность регулировки клапанов, если она предусмотрена конструкцией мотора, указывается в руководстве по эксплуатации автомобиля. В целом эта процедура выполняется не так часто – обычно это каждые 50-80 тысяч километров. Однако и более частая проверка не повредит – особенно если машина оснащена газобаллонным оборудованием, так как газовое топливо повышает тепловую нагрузку на мотор.
Ну а если автомобиль приобретен не новым, и его пробег уже немаленький, то регулировка теплового зазора точно не будет лишней – нужно лишь выяснить, предусмотрена ли она конструкцией.
Как регулировать клапаны?
Существует несколько конструктивных вариантов регулировки теплового зазора. К примеру, один из вариантов – это подбор шайб нужной толщины, которые вставляются между толкателем клапана и кулачком распредвала. Для регулировки зазора он сначала замеряется с имеющейся шайбой, а потом шайба при необходимости заменяется на другую, большей или меньшей толщины. Альтернативный вариант при схожей конструкции – подборка не регулировочных шайб нужной толщины, а самих толкателей с необходимыми параметрами.
Такой метод регулировки мы наглядно показывали в отдельном материале на примере Renault Logan.
Почему на некоторых моторах клапаны регулировать не нужно?
Неоднократное уточнение о том, что регулировка клапанов должна быть предусмотрена конструкцией мотора, весьма важно: ведь многие двигатели этой процедуры не требуют. Зависит это от того, оснащен ли мотор гидрокомпенсаторами: это устройства, предназначенные для автоматической регулировки теплового зазора. Они работают за счет масла, поступающего в них из двигателя (поэтому, собственно, и называются « гидро компенсаторами») и полностью исключают необходимость периодической ручной регулировки клапанов. Сами они, конечно же, тоже не вечны – о необходимости их проверки и замены говорит все тот же цокающий стук, не исчезающий вскоре после запуска, а порой даже после прогрева двигателя. Однако главное, что нужно знать в контексте этого материала – это то, что моторам, оснащенным гидрокомпенсаторами, регулировка клапанов не нужна.
Регулировка клапанов: что это и зачем она нужна
Одним из важных элементов двигателей внутреннего сгорания являются клапаны, благодаря которым в цилиндры поступает топливная смесь. Но бывает, что клапаны начинают плохо выполнять свою работу.
Что такое регулировка клапанов
Регулировка клапанов — это процесс, при котором настраиваются так называемые тепловые зазоры между кулачком распредвала и деталями клапанного механизма. То есть при регулировке клапанов корректируются не сами клапаны, а именно зазоры между ними и другими деталями.
В цилиндре обычного автомобильного двигателя происходит сжигание смеси топлива и воздуха. В результате там образуются продукты сгорания, которые толкают поршень, а он в свою очередь вращает коленвал, соединенный с трансмиссией. Затем отработавшие газы удаляются из цилиндра в выхлопную систему.
То есть смесь топлива и бензина должна сначала попасть внутрь цилиндра, а затем «лишние» газы должны выйти оттуда. Подавать смесь в цилиндры двигателя нужно не «когда попало», а строго в определенный момент и в требуемом количестве. Иначе двигатель нормально работать не сможет. Также газы должны и выводиться вовремя. Для этого и нужны клапаны, которые открываются и закрываются в нужное время, запуская в цилиндр смесь и выпуская отработанные газы.
Двигатели оборудуются так называемым распределительным валом. Упрощенно схема его работы примерно такова. Он вращается вместе с коленвалом и «толкает» специальными кулачками клапаны, заставляя их то открываться, то закрываться.
Во время работы детали двигателя сильно нагреваются. А при нагревании тела имеют свойство расширяться. При проектировании мотора обязательно учитывается это явление. Ведь иначе после того, как двигатель нагреется, то клапаны будут работать не так, как задумывалось инженерами. Поэтому делается так называемый тепловой зазор между деталями клапанного механизма и распредвалом. Регулировка этого зазора и называется «регулировкой клапанов».
Если клапаны не отрегулированы, то это может привести к увеличению расхода топлива (Фото: Shutterstock)
Зачем нужна регулировка клапанов
Регулировка клапанов требуется для своевременного их срабатывания и правильной работы двигателя. Если же клапаны не отрегулированы, то могут быть неприятные последствия.
- «Неправильный» тепловой зазор может привести к снижению мощности двигателя, а также увеличению расхода топлива.
- Неотрегулированные клапаны гораздо сильнее изнашиваются.
- Длительная эксплуатация двигателя с неотрегулированными клапанами приводит к преждевременному износу практически всех деталей мотора, следовательно, к необходимости капитального ремонта.
Кроме того, «неправильные» зазоры могут ухудшить экологичность выхлопа: в выхлопную систему может попасть несгоревшее топливо. И это влияет не только на экологию, но на износ катализатора.
Когда нужна регулировка клапанов
Следует вовремя осуществлять регулировку клапанов. На старых машинах она делается примерно раз в 60-80 тыс. км пробега (но все зависит от конструкции двигателя, манеры езды водителя, периодичности обслуживания и пр).
Поэтому автовладельцу стоит обращать внимание на симптомы, которые указывают на необходимость регулировки.
- Характерный металлический стук при работе двигателя (особенно в случаях, когда он не проходит при прогреве мотора).
- Снижение мощности и, соответственно, ухудшение разгона.
- Повышенный расход топлива.
- Неустойчивые обороты на холостом ходу.
Конечно, эти признаки могут говорить как о «неправильном» тепловом зазоре, так и о других неисправностях. В любом случае игнорировать их не стоит.
Как регулируют клапаны
Способов регулировки несколько. Расскажем про самые распространенные из них.
- Автоматическая регулировка. На современных автомобилях регулировка клапанов обычно делается «сама». Для этого двигатели оснащаются так называемыми гидрокомпенсаторами. Эти устройства поддерживают заданный тепловой зазор, используя давление моторного масла.
- Регулировка винтами. В этом случае мастер использует регулировочный винт на толкателе, который взаимодействует с клапаном. Винт вращается и либо приближается к клапану, уменьшая зазор, либо отдаляется от него, а зазор, соответственно, увеличивается. Для контроля зазора используется специальный щуп.
- Регулировка шайбами. Толкатель снимается, и под него подкладывается тонкая металлическая шайба.
Тепловые зазоры клапанов.
Читать до конца, статья долгое время вводила в заблуждение неокрепшие умы, была написана не окрепшим умом и теперь окрепшим исправлена. Спасибо комментарию Mikhail648.
Все время я был уверен, что зазор между толкателем и распредвалом по мере прогрева становиться меньше. То есть для того он и нужен чтобы на прогретом двигателе клапан не «зажимало».
Первый раз я в этом усомнился когда в ремонт попал Марк 2 с неустойчиво работающим двигателем.
При этом по словам владельца на холодную работает совсем плохо и по мере прогрева начинает работать ровнее. Диагностика показала что в 1 и 6 цилиндрах компрессия 4 и 6 очков соответственно, в остальных 11-11.5
В первую очередь было решено проверить не «зажаты» ли клапана, так как на этом моторе (1G-FE) я не раз такое встречал. Так и оказалось в 1 и 6 на обоих впускных клапанах не было зазора вовсе, и в связи с этим клапана постоянно оставались приоткрытыми и соответственно не было компрессии.
Мотор остыл, зазоры были отрегулированы. Но мне не давало покоя то, что на холодную мотор работал заметно хуже чем на горячую, ведь если на холодном двигателе зазоры больше чем на горячую то наоборот холодный мотор должен работать стабильнее чем горячий. После регулировки мотор был прогрет и быстро снята клапанная крышка, зазоры на горячую оказались на 0.10-0.15 мм больше чем те что я выставлял на холодную.
То есть оказалось что зазоры все-же УВЕЛИЧИВАЮТСЯ по мере прогрева двигателя.
Вот объяснение этому:
Клапан стальной, коэффициент теплового расширения у него относительно мал, хотя теплоотвод похуже чем у ГБЦ.
ГБЦ легкосплавная, коэффициент расширения значительно больше, да и масса/объем нагреваемого метала ощутимее, при относительно тех же температурах.
В результате размер «А» (расстояние от седла до нижней постели распредвала) увеличивается на большую величину чем удлиняется клапан (Размер «В»). Поэтому распредвал приподнимается на своих опорах и зазор увеличивается. Это справедливо как для моторов с толкателями в виде стаканчиков, так и для моторов с коромыслами. Было проверено опытным путем на моторах: 3S-FE, 1G-FE, K24A, F23A.
Для чего тогда вообще нужен зазор? Я пришел к выводу что это необходимо для того короткого промежутка времени когда клапан уже горячий, а ГБЦ нет.
UPDATE: Для чего тогда вообще нужен зазор?
Ответ в комментарии Mikhail648
«При прогреве двигателя зазор действительно уменьшается. Твой результат с увеличившимся зазором — ошибка методики измерений. Голова алюминиевая действительно увеличивается в размерах при прогреве с 20 до рабочих 80-100 градусов, и именно это ты и измерил и получил увеличение зазора. Только не учел что в момент снятия клапанной крышки клапана уже ХОЛОДНЫЕ. Холодные относительно их рабочей температуры. Они при 80-100 градусах не работают. При работе они могут нагреваться до 800 градусов выпускные и до 600 впускные (впускные охлаждаются всасываемым воздухом). Естественно голова у тебя осталась увеличенной в размерах, т.к. у нее ещё рабочая температура, а клапана то уже сжались обратно — вот тебе и увеличившийся зазор.
Таблица которую ты привел предназначена как раз для регулировки зазоров в холодном моторе, а зазор увеличивается в ней потому что у алюминия и стали клапана разные коэффициенты температурного расширения.»