В теории все это выглядит довольно красиво, но нужно учитывать, что клапаны не могут открываться и закрываться мгновенно, когда, например, поршень достигает мертвой точки. Также требуется время для перемещения клапана. Многим здесь может быть непонятно, почему это так важно: несколько сотых долей секунды — разве это имеет значение?
Вплотную о зазорах, или Как отрегулировать клапана
Клапаны двигателя внутреннего сгорания выполняют важную задачу: они управляют подачей топливно-воздушной смеси и выпуском продуктов сгорания из цилиндра двигателя. Работа двигателя — его мощность, КПД, токсичность, даже способность работать самостоятельно — зависит от времени протекания этих процессов.
Рабочий цикл четырехтактного двигателя состоит из четырех тактов: Впуск, сжатие, ход и выхлоп. Исходя из назначения этих путей, можно понять, как должен работать механизм синхронизации: Во время такта впуска впускной клапан открыт, позволяя топливно-воздушной смеси поступать в цилиндр; во время такта сжатия оба клапана закрыты (иначе они не сжимались бы); во время такта мощности клапаны также закрыты, так что вся энергия расширения воспламенившейся смеси направляется только на движение поршня; во время такта выпуска клапан открыт, и отработавшие газы выходят из цилиндра непрерывным потоком через него.
Именно это и произошло бы, если бы клапаны могли мгновенно открываться и закрываться, пока поршень находится в верхней или нижней мертвой точке. Чтобы представить себе, что такое мгновение для продолжительности цикла двигателя, подумайте о том, что современные двигатели легко достигают шести тысяч или более оборотов коленчатого вала за одну минуту. Коленчатый вал совершает два оборота за рабочий цикл, что означает, что каждый клапан открывается и закрывается три тысячи раз в минуту. И поршень достигает мертвой точки шесть тысяч раз! Для сравнения, скорострельность легендарного автомата Калашникова составляет всего шестьсот выстрелов в минуту, ровно в десять раз меньше! В таких условиях даже несколько миллисекунд работы двигателя — это значительный промежуток времени, в течение которого происходят очень важные процессы.
Теоретически, оба клапана закрыты во время цикла сжатия и хода поршня. I — такт впуска, впускной клапан открыт; II — такт сжатия; III — такт мощности; IV — такт выпуска, выпускной клапан открыт.
Фазы газораспределения
И хотя современные клапаны могут двигаться гораздо быстрее, чем их предки сто лет назад, свойства горючих газов, движение которых они контролируют, существенно не изменились. Они так же легко сжимаются при ударе и так же упрямо движутся во всех направлениях, подчиняясь закону Паскаля, т.е. они не особенно спешат двигаться в том направлении, в котором должны двигаться. И чтобы заполнить цилиндр как можно больше за это короткое время, впускной клапан начинает открываться еще до того, как поршень закончит свой выхлопной ход. А выпускной клапан начинает открываться до завершения хода поршня, чтобы горячие газы под давлением в цилиндре не создавали ненужного сопротивления движению поршня при начале хода поршня.
Время, в которое клапаны начинают открываться, и время, в течение которого они остаются открытыми и закрытыми, составляют фазу газораспределения двигателя. Движением клапанов управляет распределительный вал, кулачки которого «кодируют» момент работы вашего двигателя. Фазы газораспределения подбираются в зависимости от конструкции двигателя, области применения и условий эксплуатации. В более совершенных двигателях эти фазы газораспределения можно изменять для конкретных условий эксплуатации и нагрузки в конкретный момент времени. В обычных двигателях единственным способом изменения фаз газораспределения является замена распределительного вала. Изменение фаз газораспределения путем замены оригинального распределительного вала — это метод расширенного тюнинга двигателя. Если вы согласитесь на эту процедуру, вы должны знать, что увеличение мощности двигателя происходит за счет снижения эффективности и сокращения срока службы компонентов двигателя. По этой причине такой тюнинг обычно используется на спортивных автомобилях, где ресурс двигателя, топливная экономичность и экологичность имеют второстепенное значение.
В реальном двигателе впускные и выпускные клапаны открыты одновременно, когда поршень находится вблизи верхней (TDC) и нижней (LD) мертвых точек.
Куда установить распредвал
В двигателе существуют различные схемы расположения распределительных валов и механизмы, передающие давление с поверхности распределительного вала на стержень клапана. Однако увеличение скорости двигателей современных легковых автомобилей привело к тому, что широкое распространение получило расположение распределительного вала в головке двигателя — верхнее расположение распредвала. Близость распределительного вала к клапанам обеспечивает большую жесткость системы и, следовательно, более высокую точность.
Прототип первых «Жигулей» ВАЗ-2101, итальянский Fiat-124, имел хорошую и надежную, но устаревшую конструкцию двигателя с нижним распредвалом. Советские инженеры решили, что двигатель нашего нового автомобиля должен идти в ногу со временем, и вместе с итальянцами усовершенствовали его, переместив распределительный вал в блок цилиндров.
Нижнее расположение распредвала удобно для обслуживания, но ему не хватает жесткости на высоких оборотах.
Распределительный вал над распредвалом намного жестче из-за отсутствия длинных толкателей.
Другими словами, сотая доля секунды — это не маленькая доля секунды, и в промежутке между ними в двигателе могут происходить очень важные события и процессы.
Признаки больших тепловых зазоров клапанов двигателя автомобиля
Большой (больше нормы) зазор в клапанной системе автомобильного двигателя приводит к ряду проблем в его работе.
На примере двигателя с карбюратором 21083 автомобилей ВАЗ 21083, 21093, 21099 определите, по каким признакам можно самостоятельно определить, что зазоры клапанов больше требуемых.
Признаки больших тепловых зазоров клапанов двигателя 21083
1. стучащие клапаны.
Частый металлический стук под клапанной крышкой на холостом ходу является признаком проблем с клапанами. В большинстве случаев стук клапанов возникает при увеличении теплового зазора между кончиком стержня клапана и плунжером. Это происходит либо из-за неправильно отрегулированного зазора клапанов или износа наконечников клапанов в двигателях с большим пробегом, либо из-за некачественного масла. Могут быть поражены все (или почти все) клапаны, или один или два клапана.
21083 Клапанная коробка двигателя
Иногда клапан начинает стучать, если он погнут и болтается на втулке водителя. В этом случае для его замены необходимо снять и разобрать головку блока цилиндров.
Почти во всех случаях нарушение герметичности клапанов сопровождается колебаниями оборотов холостого хода и снижением мощности и ускорения двигателя, поскольку заполнение и продувка камер сгорания затруднены из-за уменьшения зазора между тарелкой клапана и его седлом.
В некоторых случаях стук клапанов может восприниматься как металлический, частый шум при зажигании в камерах сгорания двигателя («звонкий» стук).
Двигатель пахнет.
Если зазор клапана слишком большой, клапан открывается не полностью, уменьшается зазор между головкой клапана и седлом клапана в головке цилиндра, ухудшается наполнение и вентиляция камер сгорания. Это приводит к тому, что топлива недостаточно для воспламенения (количество топлива в камере сгорания слишком мало), а продукты сгорания неадекватно отводятся и влияют на состав смеси. Двигатель начинает пикать, цилиндры либо работают, либо не работают. Двигатель повышает обороты, теряет мощность и мощность впрыска, холостой ход не регулируется поворотом винтов «качества» и «количества» карбюратора.
3. Двигатель не может быть остановлен.
По мере ухудшения степени заполнения камер сгорания эффективность сгорания топливной смеси снижается. Мощность двигателя и тяга уменьшаются. Водитель не чувствует прежней быстрой реакции при разгоне, двигатель не глохнет.
Что следует сделать при подозрении на увеличение зазора клапана?
На двигателе 21083 вы можете самостоятельно проверить и отрегулировать тепловой зазор клапана. Для этого вам понадобится пара датчиков, набор прокладок и два-три гаечных ключа. См. раздел «Проверка теплового зазора клапанов на двигателях ВАЗ 2108, 2109, 21099».
Примечания и дополнения
— Чем опасно увеличение зазора клапана? Большой зазор менее опасен, чем очень маленький, поскольку клапаны и седла клапанов не повреждаются. Тем не менее, существует и отрицательный эффект, поскольку работа двигателя на бедной топливной смеси приводит к ускоренному износу деталей двигателя.
В целом, конструкция механизма управления и процедура регулировки зазора клапанов для дизельного двигателя такая же, как и для бензинового.
Признаки изменения зазоров в клапанах
Ниже перечислены основные признаки необходимости регулировки клапанов и калибровки зазоров клапанов:
- двигатель теряет много мощности,
- Двигатель теряет мощность; клапан теряет много мощности; при работе двигателя возникают металлические стуки, звон и другие шумы,
- повышенный расход топлива,
- неустойчивая работа даже на холостом ходу.
Если погода достаточно холодная, можно услышать зазоры в клапанах: Во время работы холодного двигателя регулярно раздаются щелчки. Однако после прогрева этот шум становится слабее или даже полностью исчезает. Но если он не исчезает даже при прогретом двигателе, это означает, что зазор одного из клапанов определенно превышает норму.
Если тепловой зазор увеличен, это означает, что время открытия клапана меньше нормального. Тогда двигатель работает неровно, не всегда запускается с первой попытки и дает осечки (что негативно сказывается на всех деталях двигателя).
Мы рекомендуем
Если зазор меньше нормы, он полностью исчезает при нагревании. В результате клапан закрывается не полностью. В результате падает производительность двигателя и (что самое неприятное) сгорают фаски в седле клапана и сам клапан. В этот момент вам необходимо заменить клапан, потому что простая регулировка зазора не является решением проблемы.
Регулярность настройки зазоров
Нет никаких указаний относительно того, когда регулировать клапаны, т.е. отрегулировать, а затем повторно отрегулировать. Она зависит от марки машины, условий эксплуатации, общего пробега и других факторов. Здесь рекомендуется обратиться к технической документации соответствующего автомобиля или на веб-сайт производителя.
В целом, многие мастерские уже давно разработали собственные стандарты проверки зазоров клапанов. Они основаны на практике проведения технических осмотров, соотнесенных с полученными результатами. Поэтому:
- Регулировка винта проводится каждые 10-40 000 км,
- Регулировка с помощью винтов и шайб — каждые 20 — 100 000 км.
В общем, действует следующая логика: чем больше нагружен двигатель, тем чаще ему приходится работать на предельных оборотах и мощности, и тем меньше времени должно пройти между регулировками клапанов (и не только клапанов).
Когда мы говорим о важности зазоров, вы должны понимать, что речь идет о десятых и сотых долях миллиметра. Обычно они составляют от 0,09 до 0,4 мм. Для определения точных значений используется датчик со шкалой 0,05 мм.
Следует учитывать, что из-за теплового поведения различных групп клапанов (выпускные клапаны нагреваются гораздо сильнее) тепловые расстояния для впускных клапанов всегда меньше, чем для выпускных.
Автоматическая установка зазоров
Большая часть современных автомобилей оснащена системами гидрокомпрессии. Это устройства, которые обеспечивают постоянство теплового зазора за счет давления моторного масла. Регулировка компенсаторов не требуется, но их следует проверять, чтобы убедиться, что они не забиты шламом и всегда находятся в хорошем состоянии.
Мы рекомендуем
Если компенсатор окажется неисправным, следует предположить, что зазор за это время изменился, поэтому его следует проверить еще раз (и при необходимости отремонтировать).
Регулировка клапанов должна выполняться при холодном двигателе. Для проверки теплового зазора следует использовать специальный инструмент — плоский щуп. Тепловой зазор регулируется поворотом регулировочных винтов держателей клапанов (или головкой регулировочного винта на ВАЗ 2108, ВАЗ 2109, ВАЗ 2110).
Для чего нужно регулировать клапана
Каждый цилиндр двигателя имеет впускные и выпускные клапаны. Первые открывают доступ воздушно-топливной смеси в бензиновых двигателях или воздуха в дизельных двигателях, затем возвращаются в исходное положение и надежно герметизируют камеру сгорания. Второй клапан открывается для выпуска отработавших газов — он также плотно прижимается к «седлу» головки цилиндра во время впрыска.
В нужный момент клапан открывается распределительным валом, который давит на шток и вытаскивает его из своего «седла». Он втягивается под действием пружины. Между стержнем и кулачком распределительного вала находится заглушка. Зазор между этой пробкой и распределительным валом регулируется.
Что дает ранняя регулировка клапанов? Он обеспечивает плавную работу двигателя, когда металл расширяется при нагреве двигателя. Зазоры в клапанах влияют на работу клапанов — они должны быть плотными, когда двигатель горячий. Они называются тепловыми зазорами и составляют одну десятую миллиметра.
Регулировка клапанов важна для того, чтобы двигатель развивал нужную мощность и работал долгое время.
С какой периодичностью производится регулировка
Регулировка клапанов, конечно, выполняется после определенного пробега, но она также варьируется от автомобиля к автомобилю. Эту информацию можно найти в руководстве пользователя. Однако опытные автовладельцы советуют посещать СТО каждые 20-45 тысяч километров для отечественных автомобилей и каждые 60-100 тысяч километров для иностранных.
Однако если вы знаете, как зазор клапана влияет на работу двигателя, вы сможете своевременно обнаружить неисправности. Если при открытом капоте двигатель издает звуки, как швейная машинка, необходимо срочно посетить мастерскую. Вторым признаком является потеря мощности — автомобиль больше не «тянет», как раньше. В такой ситуации не нужно ждать, пока автомобиль проедет положенные километры, а нужно действовать как можно быстрее.
Сам процесс регулировки очень недорогой и занимает около часа — нужно подождать, пока двигатель остынет.
На некоторых автомобилях регулировка вообще не требуется, если используются специальные гидрокомпенсаторы. Они рассчитаны на оптимальную работу и могут потребовать замены, но это бывает редко. Большинство автомобилей могут быть оснащены гидравлическими компенсаторами, и вы можете навсегда забыть об этих регулировках.
Как будут работать клапана при неправильно выставленном зазоре
Двигатель работает при высокой температуре, и металл расширяется под воздействием высокой температуры. Поэтому, когда кран плотно прижимается к распредвалу, происходит вот что:
- При нагревании впускной клапан перестает плотно прилегать к своему седлу, и часть воспламенившейся смеси выбрасывается этим отрицательным давлением.
- Неплотное прилегание широкой части клапана к блоку препятствует охлаждению клапана, что приводит к более быстрому разрушению клапана. Это особенно актуально для выпускных клапанов, которые работают в более сложных температурных условиях. Впускные клапаны охлаждаются поступающей смесью.
- Компрессия нарушается, мощность значительно снижается, а износ деталей значительно ускоряется.
То же самое происходит, если выпускные клапаны не закрываются должным образом.
Этот зазор может уменьшаться из-за износа плунжера в широком корпусе клапана, а седло клапана также подвержено износу из-за постоянных ударов и нагрева. В результате тарелка клапана постепенно погружается глубже в седло клапана, а конус перемещается ближе к кулачку. Конечно, эти величины очень малы, измеряются в микрометрах, но они постепенно начинают влиять на работу двигателя.
Если вакуум слишком велик, может произойти и обратное. Например, подшипники распределительного вала и поверхности кулачков неизбежно изнашиваются. Расстояние между ними увеличивается. Это влияет на работу двигателя — впускные клапаны открываются немного позже, и смесь не успевает попасть в камеру сгорания в достаточном количестве. Это приводит к падению мощности двигателя и шумной работе, так как распредвал ударяется о свечи зажигания. Ситуация усугубляется задержкой открытия выпускных клапанов, что означает, что отработавшие газы не полностью выходят из цилиндра.
Как только двигатель начинает хуже «тянуть», а также работает с большим шумом, определенно пора посетить мастерскую. В противном случае поездка однажды заканчивается вызовом сольвента, а затем заменой некоторых узлов двигателя. Таким образом, экономия нескольких сотен рупий и часа времени приводит к длительному и дорогостоящему ремонту.
Лучшие цены и условия для покупки новых автомобилей.
Клапаны двигателя внутреннего сгорания выполняют важную задачу: они управляют подачей топливно-воздушной смеси и выпуском продуктов сгорания из цилиндра двигателя. Работа двигателя — его мощность, КПД, токсичность, даже способность работать самостоятельно — зависит от времени протекания этих процессов.
