Для чего нужны тепловые зазоры
Тепловой зазор поршневых колец: зачем нужен и каким должен быть?
Большинство автомобилистов слышали о таком понятии, как зазор поршневых колец. Но немногие из них могут похвастаться наличием определенных знаний в этой области. Еще меньшее количество из них разбираются в том, каким должен быть тепловой зазор в замке поршневых колец. В первую очередь стоит отметить, что к поршневым деталям двигателя выдвигаются определенные требования. В основном они базируются на требованиях к их качеству. Поскольку на поршневые детали оказывается огромное влияние инертных сил и прочих факторов вроде температуры и воздействия газов, то и качество поршневых деталей должно быть безупречным. В этом материале рассмотрим, для чего нужен тепловой зазор и каким он должен быть.
Тепловой зазор: зачем он нужен?
Практически все водители, разбирающиеся хоть мало-мальски в узлах автомобиля, понимают, что все детали авто во время эксплуатации подвергаются воздействию высоких температур. Соответственно при увеличении температурного режима все детали склонны расширяться. Однако мало кто знает, что при расширении детали также изменяют и свои параметры. А это в свою очередь приводит к тому, что значительно ухудшается работа других элементов механизма. Нередко это может приводить и к еще более плохому развитию — повреждению механизмов. Тепловой зазор в замке поршневых колец считается одной из наиболее важных конструктивных особенностей, благодаря которой и обеспечивается нормальная работа всех поршневых кругов. Поэтому чтобы система правильно функционировала, обязательно должно выполнятся условие свободного вращения в канавке. В противном случае может произойти заклинивание, за счет чего невозможным станет уплотнение и отвод тепла.
Каким должен быть тепловой зазор?
В конструкции поршня предусмотрена два вида колец. Первые из них компрессионные, которые препятствуют пропуску сгоревших газов. Вторые маслосъемные, которые осуществляют съем излишков масла со стенок цилиндра двигателя. И те и другие по своим конструкционным особенностям не сплошные. В них есть разрез, благодаря которому при нагреве не происходит заклинивание обода. Также именно разрез и способствует хорошему прижатию к стенкам цилиндра. Наличие теплового зазора в замке в этом вопросе играет немаловажную роль. Допустимым зазором считается значение в 0,3-0,6 мм. При несоответствии параметра данному значению может запросто привести к серьезным повреждениям в цилиндре.
Подробнее о тепловом зазоре будет рассказано в этом видеоматериале:
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.
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.
Признаки больших тепловых зазоров клапанов двигателя автомобиля
Большие (увеличенные больше нормы) тепловые зазоры в клапанном механизме двигателя автомобиля приводят к целому ряду проблем в его работе.
На примере карбюраторного двигателя 21083 автомобилей ВАЗ 21083, 21093, 21099 определим по каким признакам можно самостоятельно определить, что зазоры клапанов больше чем требуется.
Признаки больших тепловых зазоров клапанов двигателя 21083
— Клапана стучат
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.
Устройство клапанного механизма двигателя 21083
Иногда клапан начинает стучать если он погнут и подвисает в направляющей втулке. В таком случае 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.
Что делать, если возникло подозрение, что зазоры клапанов увеличены?
На двигателе 21083 можно самостоятельно проверить и отрегулировать тепловые зазоры в клапанном механизме. Для этого нужна пара плоских щупов, набор регулировочных шайб и два-три ключа. См. «Проверка тепловых зазоров клапанов на двигателях ВАЗ 2108, 2109, 21099».
Примечания и дополнения
— Чем опасны увеличенные тепловые зазоры клапанов? На самом деле большие зазоры менее опасны, чем слишком маленькие так как не происходит разрушения тарелок клапанов и их седел. Но негативный эффект все же есть так как постоянная работа двигателя на бедной топливной смеси приводит к ускоренному износу его деталей.
Тепловой зазор между поршнем и цилиндром
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.
Видео
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
Для чего нужен зазор в подшипнике?
Зазор в подшипнике качения нужен для предотвращения заклинивания тел вращения (шариков, роликов) подшипника с кольцами при работе. Этот зазор компенсирует уменьшение расстояния между внутренним и внешним кольцом подшипника.
Зазор является одним из важных факторов, влияющих на долговечность работы подшипника. При этом в радиальных (нерегулируемых) подшипниках принято рассматривать радиальные зазоры, а в радиально-упорных подшипниках, где радиальный и осевой зазор регулируются, принято рассматривать только осевой зазор. Выбор подшипника с оптимальным для данных условий эксплуатации радиальным или осевым зазором позволяет обеспечить рациональное распределение нагрузки между телами качения, максимальное уменьшение вибрации подшипника при работе, уменьшение шума, возникающего при работе подшипника.
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.
Теперь рассмотрим внимательнее цепочку деталей газораспределительного механизма. Все сопрягаемые детали ГРМ образуют жесткую связь, при которой изменение линейных размеров каждого звена влечет изменение относительного положения сопрягаемых деталей. Исключение составляет только сопряжение заключительной пары деталей — «клапан-седло», прижимаемых друг к другу пружиной клапана, и при линейном расширении каждого «члена взаимодействия» относительное перемещение доступно лишь клапану. Седло является неподвижной деталью ГРМ, «намертво» закрепленной в головке блока цилиндров, поэтому температурные деформации деталей влияют только на положение клапана, перемещая его относительно седла.
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.
Устройство и принцип работы
Конструкция компрессионного кольца проста: это кольцо, имеющее зазор для того, чтобы его упругость позволяла кольцу расходиться, сохранять прижим рабочей кромки к стенкам цилиндра. Материал – высокопрочный чугун, реже – высоколегированная сталь.
Условия работы верхнего компрессионного кольца жестки: это и высокая температура, и давление. В момент воспламенения смеси давление доходит до 90 бар, температура – приближается к 1500 градусов. По мере износа цилиндра он теряет равномерность диаметра, и при каждом ходе поршня вверх-вниз кольцу приходится сжиматься и разжиматься, что способствует накоплению усталостных напряжений. Для увеличения ресурса как минимум верхнее кольцо покрывается слоем хрома, который имеет высокую твердость.
Второе компрессионное кольцо работает в более легких условиях – в этом месте поршень уже холоднее, а прямая теплопередача от раскаленных газов на него уже не действует. Поэтому оно может и не хромироваться.
Маслосъемные кольца изначально выполнялись цельночугунными, они имели две рабочие кромки с канавкой между ними. Масло, которое пропускалось нижней кромкой, собиралось верхней в эту канавку, а через радиальные отверстия в ней попадало в отверстия в юбке поршня и отводилось внутрь него. Такая конструкция имела серьезный недостаток: обе кромки работали одновременно, в изношенных двигателях, где кольцо перекашивалось вместе с поршнем, происходил прорыв масла за кольцо. Поэтому изобрели составные конструкции: в них два тонких колечка прижимаются к краям канавки пружинящим расширителем, через который и стекает внутрь поршня собранное масло. За счет малой ширины отдельных колец и их работы такая конструкция сохраняет эффективность при перекосах поршня.
Каким он должен быть?
Поршень имеет два вида колец: компрессионные (не пропускают сгоревшие газы) и маслосъемные (снимают излишки масла со стенок цилиндра). По своей конструкции они не сплошные, а имеют разрез, который позволяет ободу не заклинивать при нагреве. Также разрез способствует упругому прижатию к стенкам цилиндра. Очень важную роль в работе колец и цилиндра имеет наличие теплового пространства в замках. Допустимый его диапазон от 0.3 до 0.6 миллиметров. Не соблюдение диапазона может привести к отсутствию и большим повреждениям в цилиндре.
Гораздо лучше цениться косой срез. Так как давление на стенки происходит равномернее за счет то, что его края немного тоньше.
Полезно знать о промежутках в замках. Иногда механики пытаются сделать тепловое пространство в замках минимальным до 0.2 миллиметров. Это не редко приводит к тому, что появляются задиры колец и цилиндров. И это естественно, так как при нагревании детали пространство в замке становится меньше (или полностью отсутствует) и оно врезается в стенки цилиндра.
Самый простой замок с прямым разрезом имеет один недостаток – его концы имеют высокое давление на цилиндр, точнее на его стенки. Это приводит, прежде всего, к утечке масла и к преждевременному износу стенок.
Для того, чтобы подытожить вышесказанное, перечислим, какие же характеристики должны быть у поршневых колец и каков должен быть тепловой зазор поршневых колец:
В итоге, хотелось бы пожелать каждому автомобилисту и водителю, независимо от того, у него дизель или бензин, проверять самостоятельно или обращаться к специалистам в таком вопросе. Особенно, если речь идет об автомобилях с большим пробегом и больше 5 лет постоянной езды.
Как будут работать клапана при неправильно выставленном зазоре
Двигатель работает в жёстком температурном режиме, от высокой температуры металл расширяется. Поэтому, если толкатель плотно прижимается к кулачку распредвала, происходит следующее:
То же самое произойдет, если неплотно закрываются выпускные клапана.
Уменьшится зазор может из-за износа фаски на широкой части клапана – «тарелке», да и его «седло» также изнашивается из-за постоянных ударов и высокой температуры. Поэтому «тарелка» постепенно утопает в «седле» немного глубже, а толкатель приближается к кулачку. Конечно, эти величины очень малы – микроны, но всё-таки постепенно начинают сказываться на работе двигателя.
Случается и обратная ситуация, когда зазор слишком велик. Например, неизбежно происходит износ кулачков распредвала и поверхности толкателя. Зазор между ними увеличивается. В итоге нарушается работа двигателя – впускные клапана открываются чуть позже, и смесь не успевает попасть в камеру сгорания в достаточном количестве. От этого мощность двигателя падает, и работает он с шумом – из-за стука распредвала по толкателям. Ситуация усугубляется и более поздним открытием выпускных клапанов, отчего отработанные газы удаляются из цилиндра не полностью.
В любом случае, как только двигатель стал хуже «тянуть», тем более еще и работать с большим шумом, пора отправляться на СТО. Иначе однажды поездка закончится вызовом эвакуатора, а затем заменой некоторых узлов двигателя. Так экономия нескольких сотен рублей и часа времени приводит к длительному и дорогостоящему ремонту.
Лучшие цены и условия на покупку новых авто
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.
Тепловой зазор в замке поршневых колец
Двигатель — это главная деталь в любом автомобиле. Благодаря ему машина движется вперёд и работает электроника. Поэтому так важно, чтобы каждый элемент мотора был в идеальном состоянии. В противном случае существует риск того, что машина остановится посреди дороги и откажется заводиться.
Главные элементы двигателя это цилиндры. В них двигаются поршни, и от того, насколько хорошо взаимодействуют эти детали зависит работа всей системы. Именно поэтому так важно, чтобы зазор поршневых колец чётко укладывался в норматив.
Внимание! К поршням предъявляются особенно высокие требования, так как они взаимодействуют с инертными газами.
По сути, внутри цилиндров происходит микровзрыв, который заставляет поршни двигаться в нужном направлении. В результате проворачивается коленчатый вал и вырабатывается механическая энергия.
Поэтому на зазор поршневых колец также влияет и высокая температура, которая является результатом реакции, которая происходит внутри цилиндров. По крайней мере, именно так процесс протекает в ДВС.
Тепловой зазор – что это такое?
В идеале кулачек распределительного вала и толкатель должны быть максимально прижаты друг к другу, чтобы поверхности идеально контактировали. НО все мы знаем, что двигатель состоит из металла (алюминий чугун не важно), также из других металлов состоят и клапана, толкатели и распредвалы. При нагревании металлы имеют обыкновение расширяться (удлиняться).
И уже зазор, который был идеален на холодном двигателе, становится неправильным на горячем! Простыми словами клапана становятся зажатыми (это плохо, про это поговорим ниже).
Из этого следует, что на холодном моторе, нужно оставлять специальные тепловые зазоры с компенсацией на расширение при горячем. Эти значения небольшие и измеряются в микронах специальными щупами. Причем на впуске и выпуске эти значения отличаются
Если тепловой зазор между кулачком распределительного вала и толкателем клапана уменьшается или увеличивается – то это ОЧЕНЬ плохо для работоспособности двигателя и самого механизма ГРМ в целом. Сейчас у каждого производителя существует специальный регламент регулировки этого «теплового зазора» (это и называется «регулировкой клапанов») – обычно он колеблется от 60 до 100 000 км, все зависит от материалов, которые применяются в конструкции. Как я писал выше — регулировка осуществляется путем подбора либо «цельных» толкателей, либо замены «шайб» в верней части.
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.