Простые на вид, клапаны двигателя внутреннего сгорания выполняют в нём важнейшую работу: управляют процессами подачи топливно-воздушной смеси и вывода отработавших газов из цилиндра двигателя. От того, насколько своевременно эти процессы будут происходить, зависит эффективность работы двигателя: его мощность, экономичность, токсичность и даже сама возможность работать.
Как должны работать клапаны ДВС
Рабочий цикл четырехтактного двигателя состоит из четырёх ходов: впуск, сжатие, рабочий ход и выпуск. Исходя из назначения этих тактов, можно понять, как должен работать механизм газораспределения: на такте впуска открыт впускной клапан, открывая доступ топливно-воздушной смеси в цилиндр; на такте сжатия оба клапана закрыты (иначе не сожмёшь); во время рабочего хода клапаны также закрыты, чтобы вся энергия расширения горящей смеси была направлена только на перемещение поршня; на ходе выпуска выпускной клапан открыт и отработавшие газы через него дружно покидают цилиндр.
Ровно так оно и было бы, если бы клапаны имели возможность открываться и закрываться мгновенно, пока поршень находится в своей мёртвой точке, верхней или нижней. Чтобы представить, что такое мгновение для периода времени, в течение которого происходит рабочий цикл двигателя, мы должны вспомнить, что современные двигатели легко достигают шести и более тысяч оборотов коленчатого вала за минуту. За один рабочий цикл коленвал совершает два оборота, значит, каждый из клапанов открывается и закрывается три тысячи раз за минуту. А поршень оказывается в своих мёртвых точках шесть тысяч раз! Для сравнения, скорострельность легендарного автомата Калашникова всего шестьсот выстрелов в минуту, ровно в десять раз меньше! В таких условиях даже несколько миллисекунд работы двигателя — это достойный внимания временной период, в течение которого происходят очень важные процессы.
В теории во время тактов сжатия и рабочего хода оба клапана закрыты. На рисунке: I — ход впуска, впускной клапан открыт; II — ход сжатия; III — рабочий ход; IV — ход выпуска, выпускной клапан открыт
Фазы газораспределения
И даже если современные клапаны умеют перемещаться гораздо быстрее, чем их предки сто лет назад, то свойства горючих газов, движением которых они управляют, практически не изменились. Они также легко сжимаются при воздействии, и также упрямо продолжают стремиться во все стороны одинаково, подчиняясь закону Паскаля, а значит, не очень спешат переместиться туда, куда их просят. И чтобы обеспечить максимально возможное наполнение цилиндра за такой короткий промежуток времени, впускной клапан начинает открываться раньше, чем поршень завершит ход выпуска. А выпускной начнёт открываться раньше, чем завершится рабочий ход, чтобы находящиеся под давлением в цилиндре горячие газы не создавали излишнего сопротивления движению поршня, когда начнётся такт выпуска.
Моменты времени, когда начинается открытие, длительность их нахождения в открытом и закрытом состояниях, образуют фазы газораспределения двигателя. Управляет движением клапанов распределительный вал, в форме кулачков которого и «зашифрована» информация о фазах газораспределения вашего двигателя. Величины фаз подбираются при проектировании двигателя в зависимости от его конструкции, назначения, условий эксплуатации. В наиболее продвинутых двигателях эти фазы могут изменяться для конкретных условий работы и нагрузок в данный момент времени. В обычных же двигателях единственный эффективный способ изменить фазы газораспределения — это заменить распредвал. Изменение фаз газораспределения посредством установки оригинального распределительного вала — один из способов продвинутого тюнинга двигателя. Соглашаясь на такую процедуру, мы должны понимать, что рост мощности двигателя произойдёт за счёт ухудшения экономичности, снижения ресурса его деталей. Поэтому такую настройку, как правило, применяют на спортивных автомобилях, где ресурс, экономичность и экологичность двигателя имеют второстепенное значение.
В реальном двигателе, когда поршень находится около своих верхней (ВМТ) и нижней (НМТ) мертвых точек, впускной и выпускной клапаны одновременно открыты
Куда установить распредвал
Существуют разные варианты расположения распределительного вала в двигателе и конструкции механизмов, передающих давление от поверхности распредвала к стержню клапана. Однако, рост скорости современных легковых двигателей привёл к тому, что повсеместно в них закрепилась схема с расположением распределительного вала в головке двигателя — верхневальная конструкция. Близость расположения распредвала к клапанам позволяет увеличить жёсткость системы, а значит, повысить точность работы.
Прототип первых «Жигулей» ВАЗ-2101, итальянский Фиат-124, имел добротную и надёжную, но уже несовременную конструкцию двигателя с нижним распределительным валом. Советские инженеры решили, что двигатель нашего нового автомобиля должен идти в ногу со временем, и совместно с итальянцами модернизировали его, переместив распредвал в головку блока.
Схема с нижним расположением распредвала удобна в обслуживании, но обладает недостаточной жесткостью при работе на высоких оборотах
Привод газораспределительного механизма с верхним распредвалом гораздо жестче за счет отсутствия длинных штанг толкателей
Зачем нужны зазоры
Закрывается клапан под действием специальной пружины. Чтобы профиль кулачка ни при каких обстоятельствах не мог воспрепятствовать полному закрытию клапана, между ним и толкателем выставляется строго определённый зазор. Причём этот зазор должен также учитывать увеличение длины стержня при нагреве. А нагревается клапан во время работы может очень сильно.
Головка впускного клапана автомобильного двигателя нагревается до температуры 300–400 градусов по Цельсию. А выпускной, который «омывается» горячими отработавшими газами — до 700–900 градусов, становясь при этом тёмно-вишнёвого цвета.
Способы обеспечения теплового зазора
При верхневальной схеме распредвал воздействует на стержень клапана либо напрямую, либо через коромысло. Применение коромысла позволяет уменьшить перепад профиля распредвала относительно величины максимального перемещения клапана при открытии. При непосредственном воздействии распредвала на стержень клапана стержень воспринимает значительную боковую силу, которая приводит к повышенному его износу. Чтобы избежать этого, торец стержня накрывают специальным стаканом, который принимает на себя боковую силу, двигаясь в собственном направляющем гнезде, и передаёт осевую силу на клапан. Между стаканом и кулачком распредвала устанавливают регулировочные шайбы. Если же в конструкции имеются коромысла, то на них устанавливают специальные регулировочные винты с контргайками.
Многие современные двигатели, особенно имеющие более двух клапанов на цилиндр, оснащаются гидравлическими компенсаторами зазоров в клапанах. В этих конструкциях регулировка тепловых зазоров не требуется.
Гидрокомпенсатор позволяет при любой температуре клапана иметь нулевой зазор в приводе
Регулировка клапанов: когда и как
Как правило, зазор проверяется и регулируется при каждом ТО. Процедура выполняется на холодном двигателе. Для выполнения работы вам понадобится щуп и обычные ручные инструменты, в зависимости от применённого на вашем автомобиле крепежа. Для клапанов с регулировочными шайбами пригодится также пинцет, Перед началом обязательно ознакомьтесь с руководством по ремонту вашего автомобиля, где указаны величины зазора, особенности конструкции двигателя и описана последовательность его разборки и сборки. В общем случае порядок выполнения работы следующий:
- снимите клапанную крышку;
- отыщите метки на блоке двигателя и коленчатом вале (обычно на шкиве ремня ГРМ);
- поворачивая коленчатый вал с помощью подходящего ключа (но ни в коем случае не стартером!) в направлении по часовой стрелке, если смотреть с передней части двигателя, совместите метки между собой. В этом положении поршень первого цилиндра находится в верхней мёртвой точке, оба клапана закрыты;
- проверьте зазор между первым — со стороны шкива — кулачком распредвала и регулировочной шайбой (бойком коромысла);
- если величина зазора больше требуемой, следует заменить шайбу на другую, большей толщины; если зазор меньше, то соответственно, толщину шайбы нужно уменьшить. Номинальная толщина шайбы, как правило, маркируется на ней самой. Если толщина шайбы неизвестна, то вам понадобится микрометр для правильного выбора новой шайбы. В конструкциях с коромыслом процедура проще, так как требуемого зазора мы достигаем, вворачивая или выворачивая регулировочный винт. После регулировки винтом не забудьте затянуть контргайку.
- После выполнения регулировки проверку зазора обязательно нужно повторить. Допускаемое отклонение: плюс-минус 0,05 мм.
- Обращайте внимание на то, что величина зазора для впускного и выпускного клапана, как правило, разная. Связано это с разной температурой нагрева, о чем говорилось выше. Так, для восьмиклапанного двигателя ВАЗ зазор на впускном клапане составляет 0,20 мм, а на выпускном — 0,35 мм.
- Работу повторите для всех цилиндров, определяя их последовательность и угол поворота коленчатого вала в соответствии с рекомендациями изготовителя двигателя.
Видео: как отрегулировать зазоры на переднеприводных Ладах
В общих чертах конструкция газораспределительного механизма и процедура регулировки зазора в клапанах на дизельном двигателе такая же, как и на бензиновом.
Существует мнение, что после установки на двигатель газобаллонного оборудования необходимо изменять в сторону увеличения тепловой зазор в клапанах. Объясняют это более высокой температурой горения газа. На самом деле, этого не требуется. Особенности воспламенения и сгорания газовой смеси в цилиндре учитываются изменением угла зажигания, а процесс наполнения и отвода газов из цилиндра не отличается от такового при работе двигателя на бензине.
Когда зазор не только видно, но и слышно
Зачастую зазоры в клапанах бывает слышно, особенно в холодную погоду. Это выражается в лёгком металлическом пощелкивании при работе непрогретого двигателя. По мере прогревания звук слабеет. Если он слышен и на прогретом двигателе, то, скорее всего, все или некоторые из зазоров больше нормы. Увеличенный тепловой зазор уменьшает время нахождения клапана в открытом состоянии, что снижает эффективность работы двигателя, он начинает работать с перебоями, плохо запускается, возможно возникновение детонационного сгорания, которое пагубно действует на детали двигателя. Ещё опаснее уменьшенный зазор, потому что он полностью исчезает в прогретом до рабочей температуры двигателе и клапан перестаёт закрываться до конца. В результате также снижаются мощностные и экономические показатели двигателя, но самое неприятное, когда обгорают конические фаски на клапанах и на их сёдлах, а эту проблему простой регулировкой зазора уже не исправить.
Двигатель — сердце автомобиля, поэтому любые признаки ухудшения его работы должны заставить вас насторожиться и, при первом удобном случае заняться его диагностикой. Если упала мощность, вырос расход топлива, если двигатель «троит» или слышны хлопки в выпускной системе — проверьте исправность свечей зажигания и проверьте зазоры в клапанах.
В головке блока цилиндров двигателя находится механизм газораспределения, отвечающий за попадание топливной смеси в камеры сгорания и отвода из них отработанных газов. Регулировка клапанов позволяет поддерживать этот механизм в работоспособном состоянии, что положительно влияет на работу мотора и срок его службы. Регулировка необходима для двигателей всех типов, не оснащённых гидрокомпенсаторами.
Зачем нужны клапаны
Задача газораспределительного механизма — «загнать» в камеру сгорания как можно больше топливной смеси и максимально эффективно удалить из неё отработанные газы в выхлопную систему. Именно эту задачу и выполняют клапаны, обеспечивающие работу двигателя на тактах впуска и выпуска.
В ГБЦ установлены клапаны двух видов:
впускные. Отвечают за попадание в цилиндры газовоздушной смеси; выпускные, отвечающие за своевременное удаление продуктов горения топлива.
Клапанным механизмом оснащается каждый цилиндр двигателя, и, в зависимости от используемой конфигурации, их количество составляет от 2 до 5.
Двухклапанная система используется на моторах старого типа, и состоит из 1 впускного и 1 выпускного клапана. Четырехклапанная система пользуется наибольшей популярностью, и ею оснащаются практически все современные моторы. В ней клапана работают попарно. Пятиклапанная система встречается на отдельных моделях двигателей Audi, и не пользуется успехом. Причина этого кроется в высокой сложности газораспределительного механизма и практическом отсутствии преимуществ перед стандартным четырехклапанным мотором.
Поскольку в исправном двигателе во время работы создаётся давление свыше 10 атмосфер, проблема с отведением отработанных газов практически отсутствует — при таком давлении достаточно даже небольшого отверстия для их выхода. Именно по этой причине диаметр выпускных клапанов существенно меньше, чем впускных. От количества попавшей в цилиндр топливной смеси зависит мощность двигателя, для чего автопроизводителями и была разработана многоклапанная система, позволяющая увеличить пропускную способность механизма ГРМ.
Что будет, если клапаны не регулировать
Регулировка клапанов двигателя заключается в установке необходимого зазора между самим клапаном и кулачком распределительного вала. Одно из основных физических свойств металла — при нагревании он расширяется, что приводит к уменьшению зазора между деталями. Этим свойством и объясняется «цоканье» непрогретого двигателя, исчезающее по мере его нагрева. Для каждого ДВС устанавливаются индивидуальные значения теплового зазора, узнать которые можно из руководства по эксплуатации.
Своевременная регулировка зазоров клапанов способствует стабильной работе двигателя:
При небольшом зазоре клапаны окажутся «зажатыми», вследствие чего каналы в головке блока не будут герметично закрыты. Это приводит к снижению компрессии, потере мощности двигателя и прогоранию клапана. В итоге автовладелец вынужден будет оплачивать дорогостоящие работы по ремонту ГБЦ. Увеличенный тепловой зазор станет причиной стука в двигателе. Недостаточно открывающиеся клапаны не в состоянии обеспечить должный уровень газообмена, что также является причиной снижения мощности двигателя. Постоянные удары кулачка распредвала по контактной площадке станут причиной появления на нём выработке. Итог: дорогостоящий ремонт головки и приобретение нового распредвала.
Среди любителей тюнинга моторов увеличение открытия клапанов является первоочередной задачей — для этого используются специальные распредвалы (спортивные) с удлинёнными кулачками. Но их установка может стать причиной довольно серьёзных проблем: низко опущенный клапан может столкнуться с поршнем в верхней его точке, и это в большинстве случаев становится причиной капитального ремонта двигателя.
Владельцы отечественных автомобилей вынуждены регулировать клапаны каждые 20–30 тысяч километров пробега. Регулировка ВАЗовских клапанов не отнимет много времени — довольно опытный автомеханик выполнит все работы в течение часа, с учётом времени, отводимого на охлаждение двигателя. Даже новичок, изучив подробное видео о регулировке, в состоянии выполнить работу в течение нескольких часов.
Периодичность регулировки для моторов иномарок составляет порядка 80–100 километров, и часто работы выполняются совместно с заменой ремня ГРМ. Необходимо регулярно проверять тепловые зазоры: это не только способствует стабильной работе мотора, но и поможет значительно продлить срок его службы. Неотрегулированные клапаны становятся причиной повышенной шумности двигателя, снижения его мощности, неустойчивой работы на низких или высоких оборотах, и со временем могут привести к более серьёзным неисправностям. Время, затрачиваемое на регулировку, значительно меньше времени, необходимого для проведения капитального ремонта мотора, и это одна из главных причин, почему стоит периодически регулировать тепловые зазоры клапанов.
Порядок проведения работ
Существует 2 способа регулировки зазоров, в зависимости от конструкции клапанного механизма:
При помощи регулировочных болтов. Обычно этот тип используется на старых двигателях с конфигурацией «2 клапана на цилиндр». При помощи металлических шайб — «пятаков». Этим способом регулируются клапаны практически всех современных моторов с конфигурацией «4 клапана на цилиндр» и выше.
Использование «пятаков» в механизме существенно увеличивает продолжительность работы клапанов без необходимости их регулировки. Основная причина замены шайб заключается в выработке, возникающей в месте контакта «пятака» с торцом клапана. Своевременная замена масла и использование высококачественных смазывающих материалов существенно увеличивает продолжительность работы ГБЦ, вне зависимости от её конфигурации.
Важно! Приступая к регулировке, следует приобрести новую прокладку клапанной крышки. Цена её довольно низкая, и можно купить сразу несколько – неопытные автомеханики при установке крышки часто повреждают прокладку.
Перед работами рекомендуется посмотреть видео по регулировке клапанов для конкретной модели двигателя. Для регулировки понадобится следующий инструмент:
щуп, позволяющий определить текущее значение зазора; комплекс ключей; отвёртка.
Порядок регулировки клапанов ВАЗовского двигателя идентичен практически для всех моделей: 4-2-1-3. Работы необходимо проводить только на холодном моторе: по мере его нагрева тепловые зазоры уменьшаются, и их регулировка на «горячую» приведёт к заклиниванию клапанов. Для каждого типа двигателя существует свой порядок регулировки клапанов, узнать который можно из инструкции по эксплуатации авто.
Для моторов, оснащённых регулировочными винтами, порядок работы следующий:
Выставить поршень цилиндра в верхней точке. Ослабить фиксирующую гайку. Покрутить регулировочный болт, выставляя требуемый зазор. Закрутить гайку.
Контрольный щуп должен проходить в зазор между клапаном и кулачком с незначительным усилием. Для регулировки зазора в моторах, оснащённых регулировочными шайбами, следует узнать текущее его значение, и затем установить шайбу необходимой толщины. Быстро и качественно отрегулировать клапана поможет сервис Uremont.com. Благодаря нам вы найдёте автомастерскую, выполняющую все виды работ оперативно, качественно и по доступной стоимости.
Попробуйте наш сервис по подбору СТО
Создание заявки абсолютно бесплатно и займет у вас не более 5 минут
Устройство четырехтактного двигателя внутреннего сгорания, в принципе, штука достаточно простая и понятная. Воздушно-топливная смесь из впускного коллектора через впускные клапаны попадают в камеру сгорания. Затем, клапаны закрываются, и начинается процесс сжатия смеси, который происходит благодаря движению поршня вверх.
Далее, в определенный момент, примерно рядом с верхней мертвой точкой цилиндра, происходит поджиг смеси, который осуществляется свечой зажигания. Повинуясь законам физики, смесь расширяется под воздействием температуры, и толкает поршень обратно вниз, преобразуя тепловую энергию в механическую. Последним тактом работы поршня является выброс отработанных газов в выпускную систему, через открывшиеся выпускные клапаны.
Как видите, все просто.
В этом описании дважды присутствовало упоминание клапанов, впускных и выпускных, которые требуют периодической настройки, так называемых, тепловых зазоров. Давайте вместе посмотрим, что это такое, для чего это надо.
Итак, тепловой зазор, это специальный зазор, оставляемый между кулачком распредвала (или коромыслом) и стеблем клапана. Необходимость его очень проста, — когда двигатель нагревается, металл, подчиняясь все той же физике, начинает расширяться, и клапан (точнее его стебель), удлиняется. Зазор призван нивелировать это расширение.
Вроде бы опять все просто и понятно. Однако, со временем, примерно, каждые 40 000 км, зазоры клапанов “уходят” и становятся (как правило) больше требуемых. В этом случае требуется их регулировка и возврат к исходному значению, потому что образовавшийся излишний зазор приведет к износу коромысла или кулачка распредвала, поскольку появится ударная нагрузка на них.
Поясним. В обычной ситуации, когда тепловой зазор находится в пределах нормы, контакт коромысла (или кулачка) со стеблем клапана происходит постоянно. Стебель, при правильно отрегулированном зазоре, при нагревании прилегает к коромыслу или кулачку. Однако, если зазор увеличен, появляется потеря контакта при удалении коромысла (кулачка) и, наоборот, удар в момент контакта. Такое положение дел достаточно быстро разобьет либо кулачок, либо коромысло, что в конечном итоге приведет к дорогостоящему ремонту (хотя, будем реалистами, мало кто такой ремонт, на самом деле, производит). Без него (ремонта), мотор будет грохотать «на холодную», и шумно работать в прогретом режиме.
Надеемся, нам удалось наглядно убедить Вас в том, что клапаны регулировать надо. Теперь мы расскажем Вам о том, почему эту операцию стоит доверять только понимающему человеку.
Нередко, в автосервисы приезжают люди с жалобой, что за машиной ухаживают, все вовремя меняют, все операции делают строго по регламенту (или близко к тому), а машинка “взяла и захандрила”. Часто такое происходит после регулировки клапанов, и оказывается, регулировкой тоже можно навредить, особенно если не соблюдать размеры тепловых зазоров и сделать их меньше, чем требуется!
Что же произойдет, если клапаны “зажать” слишком сильно?
Вернемся к физике, согласно которой предметы, при нагревании, расширяются. Поскольку в природе все устроено так, что любое движение совершается по пути наименьшего сопротивления, стебель растет в равные стороны, и вверх и вниз. Если клапан оказывается “зажатым”, то есть его зазор меньше требуемого, стебель упирается в кулачок (или в коромысло), и, не найдя возможности расти вверх, продолжает удлинение вниз.
Как правило, такая проблема возникает с выпускными клапанами, потому что на них приходится наибольшее температурное воздействие (стебли впускных, охлаждаются каждый раз в момент подачи смеси в цилиндр за счет воздуха). Происходит “разгерметизация” камеры сгорания, и момент вспышки происходит тогда, когда выпускные клапаны уже открыты. Во-первых это ведет к значительному снижению компрессии, и, как следствие, к потере мощности. В принципе, уже этого пункта вполне хватает. Но есть еще и “во-вторых”.
Возникновение “щели”, куда устремляется воспламеняющаяся по дороге смесь, приводит к попаданию в выхлопной коллектор пламени, что ведет к повышенной нагрузке на стенки коллектора, а также на стебли и тарелки выпускных клапанов. В результате, тарелки клапанов, равно как и стенки коллектора прогорают. И если поменять коллектор на новый (или заварить старый, что в некоторых случаях удается), в принципе не так уж и сложно, то заменить прогоревший клапан, без дорогостоящего разбора двигателя просто невозможно.
Вот почему своевременная регулировка клапанов, — занятие полезное и нужное для автомобиля. Стоит отметить, что в двигателях Honda эта операция производится очень просто, — при помощи отвертки и гаечного ключа. Исключения составляют некоторые редкие моторы, типа C32A (Inspire UA3), в которых применялась система гидрокомпенсаторов.
Про остальные двигатели мы можем пояснить более развернуто, — на автомобилях с моторами серии B (B16, B18, B20), серии D (D13, D14, D15, D16, D17), F (F18, F20, F22, F23), G (G20, G25), J (J30, J32), K (K20, K24), L (L13, L15), R (R18, R20), ZC (все варианты) тепловой зазор клапанов регулируется щупом, отверткой и ключом, без применения дополнительных элементов.
Надеемся, эта статья внесла ясность в вопрос о необходимости своевременной операции регулировки клапанов, а также убрала некоторые страхи и сомнения в сложности этой операции. Как видите, на самом деле все просто. Как обычно.
Хонда водам.ру
Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.
