Почему нужно регулировать клапана

В преддверии регулировки клапанов читаю всякую литературу по этому поводу. И подумал, что может кому-то будет полезна стыреная статейка об этом.
Много букаф.

Устройство четырехтактного двигателя внутреннего сгорания, в принципе, штука достаточно простая и понятная. Воздушно-топливная смесь из впускного коллектора через впускные клапаны попадают в. Затем, клапаны закрываются, и начинается процесс сжатия смеси, который происходит благодаря движению поршня вверх.

Далее, в определенный момент, примерно рядом с верхней мертвой точкой цилиндра, происходит поджиг смеси, который осуществляется свечой зажигания. Повинуясь законам физики, смесь расширяется под воздействием температуры, и толкает поршень обратно вниз, преобразуя тепловую энергию в механическую. Последним тактом работы поршня является выброс отработанных газов в выпускную систему, через открывшиеся выпускные клапаны.

Как видите, все просто.

В этом описании дважды присутствовало упоминание клапанов, впускных и выпускных, которые требуют периодической настройки, так называемых, тепловых зазоров. Давайте вместе посмотрим, что это такое, для чего это надо.

Итак, тепловой зазор, это специальный зазор, оставляемый между кулачком распредвала (или коромыслом) и стеблем клапана. Необходимость его очень проста, — когда двигатель нагревается, металл, подчиняясь все той же физике, начинает расширяться, и клапан (точнее его стебель), удлиняется. Зазор призван нивелировать это расширение.

Вроде бы опять все просто и понятно. Однако, со временем, примерно, каждые 40 000 км, зазоры клапанов “уходят” и становятся (как правило) больше требуемых. В этом случае требуется их регулировка и возврат к исходному значению, потому что образовавшийся излишний зазор приведет к износу коромысла или кулачка распредвала, поскольку появится ударная нагрузка на них.

Поясним. В обычной ситуации, когда тепловой зазор находится в пределах нормы, контакт коромысла (или кулачка) со стеблем клапана происходит постоянно. Стебель, при правильно отрегулированном зазоре, при нагревании прилегает к коромыслу или кулачку. Однако, если зазор увеличен, появляется потеря контакта при удалении коромысла (кулачка) и, наоборот, удар в момент контакта. Такое положение дел достаточно быстро разобьет либо кулачок, либо коромысло, что в конечном итоге приведет к дорогостоящему ремонту (хотя, будем реалистами, мало кто такой ремонт, на самом деле, производит). Без него (ремонта), мотор будет грохотать "на холодную", и шумно работать в прогретом режиме.

Надеемся, нам удалось наглядно убедить Вас в том, что клапаны регулировать надо. Теперь мы расскажем Вам о том, почему эту операцию стоит доверять только понимающему человеку.

Нередко, в автосервисы приезжают люди с жалобой, что за машиной ухаживают, все вовремя меняют, все операции делают строго по регламенту (или близко к тому), а машинка “взяла и захандрила”. Часто такое происходит после регулировки клапанов, и оказывается, регулировкой тоже можно навредить, особенно если не соблюдать размеры тепловых зазоров и сделать их меньше, чем требуется!

Что же произойдет, если клапаны “зажать” слишком сильно?

Вернемся к физике, согласно которой предметы, при нагревании, расширяются. Поскольку в природе все устроено так, что любое движение совершается по пути наименьшего сопротивления, стебель растет в равные стороны, и вверх и вниз. Если клапан оказывается “зажатым”, то есть его зазор меньше требуемого, стебель упирается в кулачок (или в коромысло), и, не найдя возможности расти вверх, продолжает удлинение вниз.

Как правило, такая проблема возникает с выпускными клапанами, потому что на них приходится наибольшее температурное воздействие (стебли впускных, охлаждаются каждый раз в момент подачи смеси в цилиндр за счет воздуха). Происходит “разгерметизация” камеры сгорания, и момент вспышки происходит тогда, когда выпускные клапаны уже открыты. Во-первых это ведет к значительному снижению компрессии и, как следствие, к потере мощности. В принципе, уже этого пункта вполне хватает. Но есть еще и “во-вторых”.

Возникновение “щели”, куда устремляется воспламеняющаяся по дороге смесь, приводит к попаданию в выхлопной коллектор пламени, что ведет к повышенной нагрузке на стенки коллектора, а также на стебли и тарелки выпускных клапанов. В результате, тарелки клапанов, равно как и стенки коллектора прогорают. И если поменять коллектор на новый (или заварить старый, что в некоторых случаях удается), в принципе не так уж и сложно, то заменить прогоревший клапан, без дорогостоящего разбора двигателя просто невозможно.

Вот почему своевременная регулировка клапанов, — занятие полезное и нужное для автомобиля.

Простые на вид, клапаны двигателя внутреннего сгорания выполняют в нём важнейшую работу: управляют процессами подачи топливно-воздушной смеси и вывода отработавших газов из цилиндра двигателя. От того, насколько своевременно эти процессы будут происходить, зависит эффективность работы двигателя: его мощность, экономичность, токсичность и даже сама возможность работать.

Как должны работать клапаны ДВС

Рабочий цикл четырехтактного двигателя состоит из четырёх ходов: впуск, сжатие, рабочий ход и выпуск. Исходя из назначения этих тактов, можно понять, как должен работать механизм газораспределения: на такте впуска открыт впускной клапан, открывая доступ топливно-воздушной смеси в цилиндр; на такте сжатия оба клапана закрыты (иначе не сожмёшь); во время рабочего хода клапаны также закрыты, чтобы вся энергия расширения горящей смеси была направлена только на перемещение поршня; на ходе выпуска выпускной клапан открыт и отработавшие газы через него дружно покидают цилиндр.

Ровно так оно и было бы, если бы клапаны имели возможность открываться и закрываться мгновенно, пока поршень находится в своей мёртвой точке, верхней или нижней. Чтобы представить, что такое мгновение для периода времени, в течение которого происходит рабочий цикл двигателя, мы должны вспомнить, что современные двигатели легко достигают шести и более тысяч оборотов коленчатого вала за минуту. За один рабочий цикл коленвал совершает два оборота, значит, каждый из клапанов открывается и закрывается три тысячи раз за минуту. А поршень оказывается в своих мёртвых точках шесть тысяч раз! Для сравнения, скорострельность легендарного автомата Калашникова всего шестьсот выстрелов в минуту, ровно в десять раз меньше! В таких условиях даже несколько миллисекунд работы двигателя — это достойный внимания временной период, в течение которого происходят очень важные процессы.

В теории во время тактов сжатия и рабочего хода оба клапана закрыты. На рисунке: I — ход впуска, впускной клапан открыт; II — ход сжатия; III — рабочий ход; IV — ход выпуска, выпускной клапан открыт

Фазы газораспределения

И даже если современные клапаны умеют перемещаться гораздо быстрее, чем их предки сто лет назад, то свойства горючих газов, движением которых они управляют, практически не изменились. Они также легко сжимаются при воздействии, и также упрямо продолжают стремиться во все стороны одинаково, подчиняясь закону Паскаля, а значит, не очень спешат переместиться туда, куда их просят. И чтобы обеспечить максимально возможное наполнение цилиндра за такой короткий промежуток времени, впускной клапан начинает открываться раньше, чем поршень завершит ход выпуска. А выпускной начнёт открываться раньше, чем завершится рабочий ход, чтобы находящиеся под давлением в цилиндре горячие газы не создавали излишнего сопротивления движению поршня, когда начнётся такт выпуска.

Моменты времени, когда начинается открытие, длительность их нахождения в открытом и закрытом состояниях, образуют фазы газораспределения двигателя. Управляет движением клапанов распределительный вал, в форме кулачков которого и «зашифрована» информация о фазах газораспределения вашего двигателя. Величины фаз подбираются при проектировании двигателя в зависимости от его конструкции, назначения, условий эксплуатации. В наиболее продвинутых двигателях эти фазы могут изменяться для конкретных условий работы и нагрузок в данный момент времени. В обычных же двигателях единственный эффективный способ изменить фазы газораспределения — это заменить распредвал. Изменение фаз газораспределения посредством установки оригинального распределительного вала — один из способов продвинутого тюнинга двигателя. Соглашаясь на такую процедуру, мы должны понимать, что рост мощности двигателя произойдёт за счёт ухудшения экономичности, снижения ресурса его деталей. Поэтому такую настройку, как правило, применяют на спортивных автомобилях, где ресурс, экономичность и экологичность двигателя имеют второстепенное значение.

В реальном двигателе, когда поршень находится около своих верхней (ВМТ) и нижней (НМТ) мертвых точек, впускной и выпускной клапаны одновременно открыты

Куда установить распредвал

Существуют разные варианты расположения распределительного вала в двигателе и конструкции механизмов, передающих давление от поверхности распредвала к стержню клапана. Однако, рост скорости современных легковых двигателей привёл к тому, что повсеместно в них закрепилась схема с расположением распределительного вала в головке двигателя — верхневальная конструкция. Близость расположения распредвала к клапанам позволяет увеличить жёсткость системы, а значит, повысить точность работы.

Прототип первых «Жигулей» ВАЗ-2101, итальянский Фиат-124, имел добротную и надёжную, но уже несовременную конструкцию двигателя с нижним распределительным валом. Советские инженеры решили, что двигатель нашего нового автомобиля должен идти в ногу со временем, и совместно с итальянцами модернизировали его, переместив распредвал в головку блока.

Схема с нижним расположением распредвала удобна в обслуживании, но обладает недостаточной жесткостью при работе на высоких оборотах

Привод газораспределительного механизма с верхним распредвалом гораздо жестче за счет отсутствия длинных штанг толкателей

Зачем нужны зазоры

Закрывается клапан под действием специальной пружины. Чтобы профиль кулачка ни при каких обстоятельствах не мог воспрепятствовать полному закрытию клапана, между ним и толкателем выставляется строго определённый зазор. Причём этот зазор должен также учитывать увеличение длины стержня при нагреве. А нагревается клапан во время работы может очень сильно.

Головка впускного клапана автомобильного двигателя нагревается до температуры 300–400 градусов по Цельсию. А выпускной, который «омывается» горячими отработавшими газами — до 700–900 градусов, становясь при этом тёмно-вишнёвого цвета.

Способы обеспечения теплового зазора

При верхневальной схеме распредвал воздействует на стержень клапана либо напрямую, либо через коромысло. Применение коромысла позволяет уменьшить перепад профиля распредвала относительно величины максимального перемещения клапана при открытии. При непосредственном воздействии распредвала на стержень клапана стержень воспринимает значительную боковую силу, которая приводит к повышенному его износу. Чтобы избежать этого, торец стержня накрывают специальным стаканом, который принимает на себя боковую силу, двигаясь в собственном направляющем гнезде, и передаёт осевую силу на клапан. Между стаканом и кулачком распредвала устанавливают регулировочные шайбы. Если же в конструкции имеются коромысла, то на них устанавливают специальные регулировочные винты с контргайками.

Многие современные двигатели, особенно имеющие более двух клапанов на цилиндр, оснащаются гидравлическими компенсаторами зазоров в клапанах. В этих конструкциях регулировка тепловых зазоров не требуется.

Гидрокомпенсатор позволяет при любой температуре клапана иметь нулевой зазор в приводе

Регулировка клапанов: когда и как

Как правило, зазор проверяется и регулируется при каждом ТО. Процедура выполняется на холодном двигателе. Для выполнения работы вам понадобится щуп и обычные ручные инструменты, в зависимости от применённого на вашем автомобиле крепежа. Для клапанов с регулировочными шайбами пригодится также пинцет, Перед началом обязательно ознакомьтесь с руководством по ремонту вашего автомобиля, где указаны величины зазора, особенности конструкции двигателя и описана последовательность его разборки и сборки. В общем случае порядок выполнения работы следующий:

• снимите клапанную крышку;
• отыщите метки на блоке двигателя и коленчатом вале (обычно на шкиве ремня ГРМ);
• поворачивая коленчатый вал с помощью подходящего ключа (но ни в коем случае не стартером!) в направлении по часовой стрелке, если смотреть с передней части двигателя, совместите метки между собой. В этом положении поршень первого цилиндра находится в верхней мёртвой точке, оба клапана закрыты;
• проверьте зазор между первым — со стороны шкива — кулачком распредвала и регулировочной шайбой (бойком коромысла);
• если величина зазора больше требуемой, следует заменить шайбу на другую, большей толщины; если зазор меньше, то соответственно, толщину шайбы нужно уменьшить. Номинальная толщина шайбы, как правило, маркируется на ней самой. Если толщина шайбы неизвестна, то вам понадобится микрометр для правильного выбора новой шайбы. В конструкциях с коромыслом процедура проще, так как требуемого зазора мы достигаем, вворачивая или выворачивая регулировочный винт. После регулировки винтом не забудьте затянуть контргайку.
• После выполнения регулировки проверку зазора обязательно нужно повторить. Допускаемое отклонение: плюс-минус 0,05 мм.
• Обращайте внимание на то, что величина зазора для впускного и выпускного клапана, как правило, разная. Связано это с разной температурой нагрева, о чем говорилось выше. Так, для восьмиклапанного двигателя ВАЗ зазор на впускном клапане составляет 0,20 мм, а на выпускном — 0,35 мм.
• Работу повторите для всех цилиндров, определяя их последовательность и угол поворота коленчатого вала в соответствии с рекомендациями изготовителя двигателя.

Видео: как отрегулировать зазоры на переднеприводных Ладах

В общих чертах конструкция газораспределительного механизма и процедура регулировки зазора в клапанах на дизельном двигателе такая же, как и на бензиновом.

Существует мнение, что после установки на двигатель газобаллонного оборудования необходимо изменять в сторону увеличения тепловой зазор в клапанах. Объясняют это более высокой температурой горения газа. На самом деле, этого не требуется. Особенности воспламенения и сгорания газовой смеси в цилиндре учитываются изменением угла зажигания, а процесс наполнения и отвода газов из цилиндра не отличается от такового при работе двигателя на бензине.

Когда зазор не только видно, но и слышно

Зачастую зазоры в клапанах бывает слышно, особенно в холодную погоду. Это выражается в лёгком металлическом пощелкивании при работе непрогретого двигателя. По мере прогревания звук слабеет. Если он слышен и на прогретом двигателе, то, скорее всего, все или некоторые из зазоров больше нормы. Увеличенный тепловой зазор уменьшает время нахождения клапана в открытом состоянии, что снижает эффективность работы двигателя, он начинает работать с перебоями, плохо запускается, возможно возникновение детонационного сгорания, которое пагубно действует на детали двигателя. Ещё опаснее уменьшенный зазор, потому что он полностью исчезает в прогретом до рабочей температуры двигателе и клапан перестаёт закрываться до конца. В результате также снижаются мощностные и экономические показатели двигателя, но самое неприятное, когда обгорают конические фаски на клапанах и на их сёдлах, а эту проблему простой регулировкой зазора уже не исправить.

Двигатель — сердце автомобиля, поэтому любые признаки ухудшения его работы должны заставить вас насторожиться и, при первом удобном случае заняться его диагностикой. Если упала мощность, вырос расход топлива, если двигатель «троит» или слышны хлопки в выпускной системе — проверьте исправность свечей зажигания и проверьте зазоры в клапанах.

Газораспределительный механизм (или сокращенно ГРМ) любого четырехтактного силового агрегата необходим для обеспечения полных циклов его работы: впуска, сжатия горючей смеси, рабочего хода поршня и выпуска отработанных газов. Если выполнена правильная регулировка клапанов, то у Вас не будет проблем с ГРМ: в противном случае синхронизация работы цилиндров будет нарушена и двигатель не сможет функционировать с максимальной эффективностью.

Симптомы неотрегулированных клапанов

Их достаточно много. Один из них – громкий металлический стук в двигателе. Звук становится сильнее при увеличении нагрузки на двигатель и может сопровождаться запахом гари. При неотрегулированных клапанах в цилиндрах заметно падает компрессия – это можно определить при помощи компрессометра. Двигатель «троит» — наблюдается его вибрация на малых оборотах, он не развивает полной мощности: наблюдается вялый разгон и повышенный расход горючего. Все эти признаки говорят о том, что распределительный механизм не работает правильно: надо регулировать клапана. Что это даст? Об этом – ниже.

Для чего необходима регулировка клапанов

Правильно отрегулированные зазоры гарантируют устойчивую работу силового агрегата на низких и высоких оборотах. При этом сохраняется наилучшая приемистость двигателя и оптимальный расход горючего. Но возникает вопрос: для чего нужен зазор в клапанах? Дело в том, что они закрываются благодаря специальной пружине, упирающейся в кулачок. Чтобы он не смог помешать закрыться полностью клапану, необходимо выставить определенный зазор. И здесь еще нужно учитывать нагревание стержня клапана (впускного до 300-400, выпускного до 700-900 градусов), что вызывает увеличение его длины. Если распредвал расположен сверху, то он напрямую или посредством коромысла воздействует на стержень, что вызывает его повышенный износ. Для недопущения подобного развития событий торец клапана в некоторых моделях авто накрывают «стаканом»: между ним и кулачком распределительного вала ставят регулировочные шайбы. В других моделях авто присутствуют коромысла: тогда регулировка между металлическими деталями производится посредством винтов и контргаек.

Компенсаторы

Этими устройствами сегодня оснащается большинство двигателей авто. Гидрокомпенсаторы устанавливаются на двигатели, имеющие более двух клапанов на один цилиндр.

Эти изделия сами «подбирают» нужный зазор в клапанах и гарантируют наилучшую работу ГРМ при любых условиях без регулировок. Однако некоторые автолюбители не без основания считают традиционный газораспределительный механизм с периодическими проверками величины зазора более надежным. Все дело в том, что компенсаторы имеют свойство ломаться.

В случае неисправности гидрокомпенсаторов — они начинают стучать. Что вызывает стук и как с ним бороться можно почитать тут.

Как отрегулировать клапана

Все процедуры необходимо проводить только на холодном двигателе. Это делается для того, чтобы результаты нстройки остались стандартными: именно так поступают на заводах-изготовителях. Стоит отметить, что порядок регулировки клапанов на каждой машине свой: узнать его можно из инструкции к автомобилю или соответствующей литературы. Процесс осуществляется посредством вкручивания или выкручивания специальных регулировочных винтов, либо подбором плоских шайб. Каждый из этих вариантов рассматривается отдельно.

Использование специальных инструментов

Регулировка клапанов двигателя производится с помощью набора щупов или посредством специальной рейки и индикатора. Оба способа достаточно широко распространены: первый отличается простотой, доступностью и требует минимальных финансовых и временных затрат. Чтобы применить второй метод, придется купить прибор и специальное приспособление.

Регулировка с помощью щупа и контргаек

Подобный способ настройки ГРМ характерен для российских заднеприводных авто («классика»). Алгоритм действий:

• Демонтируйте корпус воздушного фильтра и от клапанной крышки отсоедините все трубки, тросики и рычажки. Для облегченного проворачивания коленвала двигателя выверните свечи зажигания.
• Снимите клапанную крышку и передний кожух ремня ГРМ (если он есть – может быть и цепь).
• Выставите поршень цилиндра, с которого начнется процедура (например, в жигулевской «классике» он 4-й) в положение верхней мертвой точки: клапаны окажутся в закрытом положении.

• Наблюдая за меткой-углублением на шкиве вала двигателя, проворачивайте его до совпадения с риской на нижней передней крышке БЦ . Точка-углубление на звездочке вала ГРМ тоже должна совпасть с меткой на его «постели» (корпусе).
• Рожковым ключом удерживайте регулировочный метиз и одновременно ослабьте контргайку. Далее нужно пользоваться набором щупов для регулировки клапанов. Выберете нужную тонкую пластину, вставьте ее между коромыслом и стержнем клапана. Щуп при нормальной настройке будет проходить с небольшим трением. Значение зазора необходимо отрегулировать по таблице, которая для каждой машины своя (для ВАЗ2101-07 – 0,15 мм). Теперь затяните контргайку и еще раз проверьте зазор. При необходимости операцию повторите. Соблюдайте порядок регулировки клапанов: например, для «классики» ВАЗ: 8-6, 4-7, 1-3, 5-2.

Регулировка с помощью шайб

Подобная настройка ГРМ больше характерна для переднеприводных автомобилей. Чтобы ее произвести, необходимо:

1. Снять крышку клапанов.
2. Найти метки на блоке мотора, шкиве ремня ГРМ и, проворачивая коленвал по часовой стрелке, добиться их совпадения. В итоге первый поршень окажется в положении ВМТ.
3. Определите зазор между регулировочной шайбой и кулачком распределительного вала (они – первые, если смотреть со стороны шкива).
4. При большем или меньшим зазоре подберите другую шайбу (на каждой есть соответствующая маркировка, если нет – воспользуйтесь штангенциркулем, а лучше — микрометром).
5. После установки шайбы снова проверьте зазор: допустимое отклонение – не более 0,05 мм в обе стороны.
6. Не забывайте, что величина зазора для впускного и выпускного клапанов разная – данный параметр необходимо выяснить из инструкции по эксплуатации конкретного авто.

Регулировка с помощью индикатора и рейки

Этот метод считается более точным и был особенно популярен во времена ССССР. Подобный способ регулировки хорош для двигателей, находящихся в эксплуатации длительное время, т. к. прибор и рейка при измерении учитывают выработки на поверхностях деталей. Ход процедуры:

1. Снимите клапанную крышку, предварительно отсоединив от нее рычаги и тросики.
2. Прокрутите вал двигателя до совпадения меток, точно так же, как при регулировке клапанов с помощью щупа.
3. Возьмите рейку и зафиксируйте ее на головке блока цилиндров (крепление осуществляется к шпилькам корпуса «постели») распредвала. Есть небольшой нюанс: не нужно вкручивать полностью все 3 гайки крепления рейки, иначе она будет болтаться. Прежде всего заверните крайние метизы, далее начинайте откручивать средний болт, пока рейка не станет неподвижной.
4. Возьмите стрелочный индикатор и закрепите его на рейке, а лапку прибора поставьте на край кулачка клапана.
5. Захватом, входящим в комплект, уцепите кулачок и потяните его вверх: стрелка индикатора должна пройти 52 деления (при температуре воздуха +20 градусов). Если это не так, то нужно регулировать клапан одним из двух вышеописанных способов.

Последствия неправильной регулировки клапанов

Если настройка описываемых элементов ГРМ будет произведена неправильно, то эффективность работы двигателя заметно снизится. При недостаточном зазоре сами клапана и их седла будут испытывать повышенные нагрузки, что чревато прогаром. При увеличенном зазоре в салоне будет слышен неприятный металлический стук, а мощность силового агрегата упадет.

В любом случае результатом неправильной или несвоевременной регулировки клапанов станет выход из строя деталей ГРМ, что ведет к значительным финансовым тратам.

Как отрегулировать клапана, если стоит ГБО

Когда двигатель работает на жидком топливе, температура клапанов достигает 350, а «тарелок» — 900 градусов. При использовании в качестве топлива газа, данный параметр вырастает на 50-70 градусов. Такое повышение само по себе неопасно: клапан не прогорит и не разрушится.

Гораздо больший риск представляет неправильная регулировка системы питания, когда образуется обедненная смесь. В этом случае температура на поверхности клапанов повышается на 200-250 градусов, что ведет к прогоранию клапанов. Вывод: использование газа для ГРМ не опасно, а вот за качеством смеси нужно смотреть.

С какой периодичностью производится регулировка

Если говорить о пробеге, то это 20-30 тысяч км. Регулировка тепловых зазоров клапанов должна производиться, даже если у вас не наблюдается потери мощности, повышенного расхода горючего и черного дыма из глушителя (не стоит ждать появления первых симптомов). Процедуру лучше проводить в автосервисе, но если у вас имеются соответствующие инструменты, приборы и опыт, это можно сделать и в своем гараже.