что такое тепловой зазор клапанов
Регулировка клапанов, зачем, когда и как.
Эта тема поможет понять для чего это необходимо, последствия несвоевременной регулировки, периодичность и как определить необходимость, самостоятельно выставить тепловые зазоры клапанов. Многие понимают важность этого мероприятия и своевременно проводят регулировку собственными силами или же доверяют эту работу специалистам автосервисов.
В процессе работы двигателя трущиеся детали изнашиваются, установленные зазоры изменяются. В клапанном механизме важную роль имеет тепловой зазор клапанов. Для нормальной работы двигателя, важно соблюдать время открытия, закрытия клапанов и сохранить герметичность в закрытом состоянии.
Когда двигатель еще не прогрет между торцом клапана и коромыслом, или толкателем и распределительным валом должен быть определенный заводом зазор. Рассчитан он исходя из температурного расширения металла, то есть когда двигатель прогрет до рабочей температуры многие детали газораспределительного механизма нагреваются и по закону физики имеют свойство расширяться, удлиняться, увеличиваться в размере. Разные металлы имеют разное тепловое расширение, разная длинна и форма деталей, поэтому на разных двигателях будет различаться рекомендуемые тепловые зазоры.
Тепловой зазор впускных и выпускных клапанов отличается по причине разной температурной нагруженности и отличающихся свойств металлов, из которых изготовлены клапаны.
Если зазоры выставлены правильно, после прогрева они уменьшаются до минимальных значений обеспечивая своевременное регулирование фаз газораспределения и продолжительный срок службы деталей. Пока двигатель холодный можно заметить повышенный шум, не следует прогревать двигатель на больших оборотах, чтобы избежать ударных нагрузок на торец клапана.
В процессе работы, клапаны и седла постепенно расклепываются увеличивается глубина посадки клапана в седле, это приводит к уменьшению теплового зазора. Более подробно о седле клапана на сайте есть статья. Изнашиваются кулачки распредвала, коромысла, плоскость толкателей и торцы клапанов, что приводит к увеличению зазора. Мощность двигателя падает из-за нарушения фаз газораспределения, увеличивается износ многих сопутствующих деталей, в результате чего запускается цепная реакция, приходят в негодность целые детали, они в свою очередь влияют на следующие.
Если зазор больше рекомендуемого производителем, постоянная ударная нагрузка на клапаны уменьшает их срок службы, расклепывает, скалывает торец постепенно увеличивая зазор, повышается шумность. Уменьшается мощность из-за нарушения фаз газораспределения, так как ухудшается наполняемость цилиндров топливовоздушной смесью и эффективность сгорания.
Если тепловой зазор меньше, после прогрева, клапаны не герметично закрывают камеру сгорания, уменьшается компрессия, часть поступившей топливовоздушной смеси выбрасывается через щели между клапаном и седлом при такте сжатия. Во время рабочего хода раскалённые отработанные газы так же прорываются и приводят к прогару клапанов. Тарелки клапанов не касаются седел нарушается теплоотдача, отсюда следует нагрев клапана до температур при которых увеличивается износ (окисление, коррозия) вероятность заклинить в направляющей втулке или подвергнуть ее быстрому износу, обрыв тарелки, повышенная нагрузка на ремень ГРМ.
· Впускные клапаны в большей степени охлаждаются свежей поступающей топливовоздушной смесью и имеют лучшее охлаждение.
Тепловые зазоры клапанов.
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.
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.
Как отрегулировать тепловые зазоры клапанов в двигателе
При работе двигателя все детали изменяют свои геометрические размеры по причине теплового расширения, не всегда точно предсказуемого. Касается эта проблема и привода клапанов газораспределительного механизма в четырёхтактных моторах. Здесь важно очень точно и своевременно открывать и закрывать каналы впуска и выпуска, воздействуя на торец стебля клапана, что затруднительно в условиях расширения, как самих стеблей, так и всей головки блока.
Конструкторы вынуждены оставлять в сочленениях тепловые зазоры или прибегать к установке узлов их механической компенсации.
Роль клапанов и фаз газораспределения в двигателе
Одной из самых важных характеристик двигателя, когда речь заходит о его максимальной мощностной отдаче при приемлемом расходе топлива, становится наполнение цилиндров свежей смесью. Попадает она в рабочий объём через систему клапанов, ими же и выпускаются отработавшие газы.
Когда двигатель работает на значительных оборотах, а ими можно считать с некоторым допущением как максимальные, так и минимальные холостого хода, массы газа, проходящие через цилиндры, начинают проявлять свои аэродинамические свойства, инертные и прочие, связанные с эффективностью горения и теплового расширения.
Точность и оптимальность отбора энергии топлива и превращения её в механическую зависят от своевременной подачи смеси в рабочую зону с последующим не менее оперативным её удалением.
Моменты открытия и закрытия клапанов определяются фазой движения поршня. Отсюда и понятие фазированности газораспределения.
В любое время, а для мотора это означает угол поворота коленчатого вала и конкретный такт работы двигателя внутри цикла, состояние клапана определяется совершенно чётко. Зависеть оно может лишь от оборотов и нагрузки в строго нормированных пределах, задаваемых системой подстройки фаз (фазорегуляторами). Ими оснащаются самые современные и совершенные двигатели.
Признаки и последствия неправильного зазора
В идеале, точность работы клапанов обеспечивает нулевой зазор. Тогда клапан будет чётко следовать траектории, задаваемой профилем кулачка распредвала. Он имеет достаточно сложную и тщательно подбираемую разработчиками мотора форму.
Но реализовать такое возможно только при использовании гидрокомпенсаторов зазоров, в зависимости от конкретного исполнения называемых также гидротолкателями и гидроопорами.
В остальных случаях зазор будет небольшим, но вполне конечным, зависимым от температуры. Разработчики ДВС экспериментально и расчётным путём определяют, каким он должен быть изначально, чтобы в любых условиях изменение зазоров не сказалось на работе мотора, нанеся ему повреждения или понизив его потребительские качества.
Большой зазор
На первый взгляд увеличение зазоров в приводе клапанов выглядит безопасно. Никакие тепловые изменения не сведут их к нулевым, что чревато проблемами.
Но рост подобных запасов бесследно не проходит:
Интересно, что громко стучащий двигатель с огромными зазорами может прекрасно тянуть на низких оборотах, обретая, как говорят, «тракторную тягу». Но поступать так умышленно нельзя, мотор будет быстро изношен продуктами с поверхностей, испытывающих ударные нагрузки.
Маленький зазор
Уменьшение зазора чревато куда более быстрыми и непоправимыми последствиями. По мере прогрева недостаточный зазор быстро станет нулевым, в сочленении кулачков и клапанов появится натяг. В результате тарелки клапанов перестанут плотно садиться в свои гнёзда.
Нарушится охлаждение тарелок клапанов, часть тепла они по расчёту сбрасывают в металл головки во время фазы закрытия. Несмотря на производство клапанов из жаропрочных сталей, они быстро перегреются и прогорят, используя высокую температуру и имеющийся кислород. Мотор потеряет компрессию и выйдет из строя.
Регулировка тепловых зазоров клапанов
Некоторые двигатели в процессе штатной эксплуатации имеют свойство увеличивать клапанные зазоры в результате износа. Это безопасное явление, поскольку трудно не заметить начавшийся стук.
Гораздо хуже, а к сожалению так себя ведёт большинство моторов, когда зазоры со временем уменьшаются. Поэтому для исключения обнуления зазоров и прогаров тарелок надо выполнять регулировки строго по заводскому регламенту.
Используем щуп
Самый простой способ – это снять клапанную крышку, отвести кулачок от проверяемого клапана и попытаться ввести в зазор плоский щуп из набора.
Обычно толщина щупов имеет шаг 0,05 мм, что достаточно для измерений с допустимой точностью. За величину зазора принимается толщина максимального из щупов, который ещё проходит в зазор.
С помощью рейки и индикатора
На некоторых моторах, обычно это имеющие коромысла (рычаги, рокеры) в механизме привода, есть возможность установки приспособления в виде рейки, на которой предусмотрены гнёзда для монтажа точного индикатора часового типа.
Подведя его ножку к рычагу напротив стебля, можно покачать вручную или специальной вилкой рокер, свободный от кулачка, считав показания по шкале индикатора с точностью порядка 0,01 мм. Не всегда такая точность нужна, но регулировать становится значительно удобнее.
Что делать если стоит ГБО
Пропано-бутановая смесь имеет гораздо более высокое октановое число, чем традиционный бензин широкого применения. Соответственно, горит она медленнее, разогревая при выпуске выхлопные клапаны. Зазоры начинают уменьшаться гораздо сильнее, чем предусматривали разработчики мотора, предполагая использование бензина.
Чтобы избежать преждевременного прогара тарелок и гнёзд, зазоры при регулировках устанавливаются увеличенными. Конкретная величина зависит от двигателя, обычно добавка составляет 0,15-0,2 мм.
Можно и больше, но тогда придётся смириться с шумностью, снижением мощности и повышенным износом механизма газораспределения при работе с частичными нагрузками. Лучшим выходом будет использование под газ моторов с гидрокомпенсаторами.
Пример регулировки клапанов на ВАЗ 2107
На ВАЗ-2107 установлен классический двигатель с приводом клапанов через рокеры от единственного распредвала. Зазоры со временем возрастают, конструкция не отличается совершенством, поэтому регулировка требуется примерно каждые 20 тысяч километров пробега.
Выполнять эту операцию можно самостоятельно, навык вырабатывается довольно быстро. Из расходников потребуется только прокладка клапанной крышки, не стоит пытаться применить её повторно или с герметиком, крышка слабая, крепёж ненадёжный, мотор быстро зарастёт грязью от подтекающего масла.
Для работы очень желательно приобрести набор из рейки и индикатора. Преимущества известны тем, кто занимается двигателями профессионально и способен оценить разницу между точным приспособлением и обычным щупом.
Порядок работы по цилиндрам и кулачкам распредвала отгравирован на самой рейке, а также имеется в любой вазовской инструкции или книге по ремонту.
Пользуясь тем, что крышка снята, будет практично проверить натяжение цепи и состояние натяжителя, его башмака и успокоителя. Если потребуется что-то ремонтировать или подтягивать цепь, то регулировать клапаны следует уже после завершения всех процедур с цепью.
Регулировка клапанов двигателя
В двигателе что-то застучало, мощность падает. Кажется, что автомобиль скоро развалится. Скорее в автосервис? Нет, подождите, может мы и сами можем что-нибудь сделать. В данной статье мы перечислим признаки плохой регулировки зазоров в клапанном механизме двигателя и расскажем как регулировать клапана двигателя.
Для чего нужна регулировка клапанов?
У автомобиля два клапана на цилиндр (или более). Один из них запускает горючую смесь, а другой выпускает отработавшие газы (они так и называются впускной и выпускной). А механизм, который приводит в действие эти клапаны и устанавливает порядок их работы, называется газораспределительный или, как говорят ещё в народе, клапанный.
После нагрева двигателя, его детали расширяются. Следовательно, на холодном двигателе между некоторыми его деталями должны быть строго определенные зазоры.
Если клапаны неправильно отрегулированы, то это может привести к снижению эффективности работы двигателя и даже уменьшению ресурса его деталей. Например, при маленьких зазорах клапаны и их седла будут подгорать. При больших же зазорах, когда клапаны открываются не полностью, мощность двигателя будет заметно падать и Вы услышите металлический стук.
Каждые 20-30 тыс.км нужно проверять и при необходимости регулировать клапана. Данные тепловых зазоров есть в любом руководстве по ремонту и обслуживанию автомобиля. Мы же приведем некоторые тепловые зазоры для отечественных автомобилей ВАЗ. Заметьте, что для впускного и выпускного клапанов, а иногда и для разных цилиндров зазоры РАЗНЫЕ!
Регулировка зазоров клапанов двигателя
Для того, чтобы начать регулировку, установите поршень цилиндра, который Вы собираетесь регулировать, в верхнюю мертвую точку такта сжатия. В этом положении оба клапана данного цилиндра закрыты, а коромысла этих клапанов должны свободно качаться в пределах зазора.
Затем отпускаете контргайку на регулировочном винте или болте. При помощи плоского щупа и регулировочного винта (болта) настройте необходимый зазор, затем затяните контргайку. Будьте внимательны: иногда после затяжки контргайки зазор может измениться, поэтому данную операцию необходимо делать аккуратно.После затяжки проверьте снова зазор. Зазор станет оптимальным тогда, когда щуп будет проходит в него, преодолевая небольшое усилие. Если он проходит слишком легко или слишком тяжело, отрегулируйте зазор точнее.
Затем, поворачивая коленчатый вал на пол-оборота, нужно отрегулировать зазор в клапанах других цилиндров. Здесь необходимо соблюдать порядок работы цилиндров двигателя вашего автомобиля (например, 1-3-4-2). Коленвал следует поворачивать ТОЛЬКО по часовой стрелке и ТОЛЬКО за ручку «кривого стартера» (пусковая рукоятка) или же за болт крепления шкива привода генератора. Можно поворачивать коленвал и за вывешенное ведущее колесо, но здесь необходимо соблюдать осторожность.
Регулировка клапанов на двигателях ВАЗ
Проверка зазора между рычагами и кулачками распределительного вала: 1 — щуп; 2 — регулировочный болт; 3 — контргайка регулировочного болта.
В таких двигателях порядок регулировки клапанов следующий. Проворачиваете коленвал по часовой стрелке так, чтобы метка на звездочке распределительного вала точно совпала с меткой на корпусе подшипников. В это положении зазор регулируется у выпускного клапана 4-го цилиндра и впускного клапана 3-го цилиндра (соответственно, 8-й и 6-й кулачки).
Держите регулировочный болт рычага гаечным ключом, другим ключом ослабьте контргайку. Добейтесь необходимого зазора с помощью регулировочного болта. Затяните контргайку. Щуп должен входит в зазор с легким защемлением.
После того, как Вы отрегулировали зазоры в клапанном механизме, запустите двигатель и послушайте его работу на различных режимах. При регулировке важно и то, чтобы клапаны были правильно притерты. Также клапаны не должны быть разбиты на концах и зазор во втулках не должен превышать нормальный.