Для чего нужен и как регулируется тепловой зазор в механизме газораспределения
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 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 теплового зазоров клапанов автомобильного двигателя. Где, как и сколько?
Каждый двигатель нуждается в регулировке клапанов минимум один раз в два года. Эта статья поможет вам самостоятельно отрегулировать клапаны и установить правильный тепловой зазор.
Что делают клапаны?
Клапаны являются неотъемлемой частью механизма газораспределения любого двигателя. Распределительный вал, вращаемый с помощью ремня, цепи или шестеренок, коленчатым валом, специальными кулачками открывает и закрывает в нужное время различные клапаны. Во время такта впуска открыты впускные клапаны, во время такта сжатия и работы закрыты все клапаны, во время такта выпуска открыты выпускные клапаны. Через впускные клапаны в двигатель подается воздушно-топливная смесь(карбюраторные и инжекторные двигатели) или воздух(дизельные и прямого впрыска). Во время такта выпуска из камеры сгорания выходят продукты сгорания топлива. Поэтому клапаны сильно нагреваются и увеличиваются в размерах. Тепловой зазор позволяет клапанам работать в оптимальном режиме.
Как устанавливается нужный тепловой зазор?
На сегодняшний день есть лишь три способа регулировки теплового зазора.
Как отрегулировать тепловой зазор?
Для того, чтобы отрегулировать клапаны, сделайте следующее:
Для двигателей с винтовой регулировкой клапанов регулируйте так:
Для двигателей с регулировкой шайбами регулируйте так:
Отрегулировать тепловой зазор клапанов не сложно. Следуйте рекомендациям этой статьи, и у вас все получится.
Понравилась статья? Подпишитесь на канал, чтобы быть в курсе самых интересных материалов