Хорошо, когда машина новая -
двигатель работает тихо, его не слышно даже на разгоне с полным
"газом". Но идет время - и однажды вы замечаете, что от былой
"тишины" не осталось и следа, а, открыв капот, видите некоего
грохочущего зверя, который вместе привычного пения издает явно оскорбляющие
слух звуки. Шумность работы двигателя чаще всего связана
с газораспределительным механизмом - большие зазоры и стук всегда соседствуют
друг с другом. Первое, что приходит в голову - отрегулировать зазоры в приводе
клапанов. Часто это помогает, но иногда после регулировки кажется, что стук
стал даже сильнее: один или несколько клапанов продолжают стучать. И совершенно
непонятно почему: ведь зазоры в норме, да и распределительный вал с виду хороший.
Причина, похоже, не лежит на поверхности, она где-то внутри, но где? Надо бы
разобраться, да некогда. А стук становится все громче.
То, что клапан - деталь ответственная, никому объяснять не надо. И то, что
неисправности клапанов - штука не только серьезная, но и опасная, многим
известно не понаслышке. Возникают подобные неисправности по разным причинам. И
встречаются среди них совершенно неочевидные, так что при ремонте не удается
ограничиться только заменой неисправной детали.
Кстати, в любом случае перед тем, как что-либо ремонтировать или менять,
полезно найти причину конкретной неисправности. Иначе та же участь в скором
будущем может постигнуть и совсем новую, только что установленную деталь. А
чтобы этого не случилось, желательно знать, в каких условиях она работает. Как работает клапан
Основная задача клапанов - управление потоками топливовоздушной смеси и
продуктов сгорания, поступающих в цилиндр или вытекающих из него.
Следовательно, клапан при его открытии должен свободно пропускать смесь или газы,
то есть обладать минимальным гидравлическим сопротивлением. В то же время
закрытый клапан должен обеспечивать герметичность и полностью отделять полость
цилиндра от впускной или выпускной системы двигателя.
Клапаны работают в условиях сильного нагрева от горячих газов, обтекающих их
тарелки. И если впускной клапан при открывании периодически охлаждается
поступающей в цилиндр топливовоздушной смесью, то выпускной работает в гораздо
более жестких условиях. Открываясь на такте выпуска, он еще больше нагревается
горячими выхлопными газами, и температура его тарелки достигает 850-900 град.
С.
Для того чтобы клапаны могли противостоять таким тепловым нагрузкам, их
приходится изготавливать из специальных жаростойких сталей и сплавов с большим
содержанием хрома, никеля, молибдена и даже вольфрама. Эти материалы весьма недешевы, из-за чего нередко
выпускные клапаны изготавливают из разнородных материалов: тарелку - из
жаростойкого сплава, а стержень - из легированной стали. Кстати, впускные и
выпускные клапаны самых разных моторов очень легко отличить: тарелки выпускных
клапанов не обладают магнитными свойствами.
Чтобы снизить износ фаски при высоких рабочих температурах, на нее нередко
наплавляют специальный твердый материал-стеллит. Реже применяют натриевое
охлаждение клапана: натрий, перемещающийся во внутренней полости клапана при
его открытии и закрытии, переносит тепло от горячей тарелки к более холодному
стержню.
Практика показывает, что даже самый жаростойкий клапан все равно прогорит, если
не будут выполнены и некоторые другие условия, главное из которых - плотная
посадка тарелки в седле. Дело в том, что только хороший контакт клапана с
седлом позволяет надежно отвести тепло от нагретой тарелки. Ведь седло довольно
холодное, оно запрессовано в тело головки блока охлаждаемой жидкостью. Через седло отводится до 75 % всего
тепла, поступающего к тарелке, - весьма и весьма значительная часть.
Естественно, если контакт с седлом нарушен, тарелка сразу начинает
перегреваться. Значит, до прогара жить клапану остается недолго.
Выглядит это как цепная реакция. Небольшая неплотность в сопряжении тарелки и
седла приводит к прорыву газов. Отвод тепла от тарелки в этом месте
отсутствует, и тарелка перегревается. Неплотность увеличивается, а вместе с ней
растет и температура тарелки. В конце концов материал начинает разрушаться,
туда устремляется еще больше горячих газов, и дефект тарелки быстро
распространяется до тех пор, пока цилиндр полностью не выключается из работы
из-за отсутствия компрессии.
Как видим, хорошее сопряжение тарелки с седлом "убивает" сразу
"двух зайцев": снимает температуру клапана до приемлемого уровня и
обеспечивает герметичность. И трудно сказать, что важнее. По крайней мере для
работоспособности самого клапана важно первое, а для двигателя в целом - второе
(имеются в виду хорошие пусковые свойства, мощностные характеристики,
экономичность).
Кроме указанных условий, работа клапана (открытие и закрытие) должна быть
достаточно "мягкой" и не вызывать излишнего шума. Шум или, точнее,
стук клапанов - верный признак неисправности, а возникающие при стуке ударные
нагрузки нередко сами по себе вызывают еще более серьезные неисправности и даже
поломки клапанов.
Откуда берется стук?
Причин несколько. Самая простая уже упомянута - большой зазор в приводе.
Кулачок распредвала из-за этого набегает на толкатель (рычаг или коромысло) не
плавно, а с ударом, который тем сильнее, чем больше зазор.
Что страдает в данном случае в первую очередь? То, что воспринимает ударную
нагрузку: рабочие поверхности кулачка распредвала и толкателя, а также опорная
поверхность толкателя и торец стержня клапана. На них нередко образуются
повреждения в виде точечных раковин, которые в дальнейшем расширяются и
углубляются. Но этим дело не ограничивается. Клапан не только с ударом
открывается, но также резко, со стуком, закрывается. А это значит, что ударная
нагрузка при закрытии приходится на уплотнительную фаску клапана и седло. Кроме
того, в момент удара при посадке на седло на стержень клапана действует большая
растягивающая нагрузка от пружины. Длительная работа в таких условиях весьма
опасна: тарелка может просто оторваться от стержня либо стержень разрушится по
другому слабому месту - канавке для сухарей.
Но допустим, что зазоры в приводе клапанов нормальные, а стук все равно
прослушивается. Чаще всего причина такого стука кроется в большом зазоре между
стержнем клапана и направляющей втулкой. Ситуация эта наиболее характерна для
старых, изрядно походивших, моторов. Иногда стук клапана связан с
неконцентричностью седла и отверстия направляющей втулки, что является
следствием перегрева головки блока или неправильно выполненного ремонта. При
этом клапан садится на седло сначала одним краем тарелки, и только затем,
перекатываясь во втулке в пределах зазора, полностью. Из-за этого, кстати,
износ направляющей втулки быстро прогрессирует.
Быстрый износ направляющей втулки и стук клапана возникают и по другим, более
сложным, причинам. Например, когда гнездо цилиндрического толкателя клапана
несоосно, либо имеет перекос по отношению ко втулке. Подобный дефект иногда
встречается на отечественных моторах. Стук возможен также, из-за повышенных
зазоров в деталях привода - в осях коромысел, в гнездах цилиндрических
толкателей, а также в подшипниках распределительного вала.
Все эти стуки на слух достаточно похожи, и поэтому часто выделить конкретную
причину без разборки и внимательной ревизии состояния деталей не удается. Но в
любом случае нужно иметь в виду, что раз есть стук, значит нагрузки в местах
контакта деталей носят ударный характер. Как правило, такой стук быстро
прогрессирует, что грозит не только износом клапанов и сопряженных с ними
деталей, но и их поломкой. Почему сломался клапан?
Сам по себе стук может и не вызвать поломку. Но в любом случае важно понять,
почему клапан начал стучать? А причин, спровоцировавших появление стука,
оказывается, немало...
Самая распространенная - неграмотная эксплуатация, неквалифицированное и
несвоевременное обслуживание двигателя. Очевидно, регулировка зазоров в приводе
клапанов от случая к случаю - верный способ ускорить износы, вызвать стуки, а
затем и поломки.
Очень опасно при регулировке устанавливать слишком малые зазоры: при работе
двигателя клапаны нагреются, их длина увеличится, и, когда зазор выберется
полностью, клапаны "повиснут". А тогда неплотная посадка на седло
приведет к перегреву тарелок и прогару.
Довольно распространенная причина прогара выпускных клапанов - слишком позднее
зажигание. Особенно если двигатель длительное время работает на больших
частотах вращения и нагрузках. Но и раннее зажигание - тоже для клапанов не
подарок, ведь температура газов в цилиндре в этом случае максимальна. Значит,
неправильная установка опережения зажигания вызывает не только потерю мощности
и увеличение расхода топлива, но и неисправности клапанов.
Использование некачественного масла - тоже возможная причина износа втулок и
стержней клапанов. Кроме того, такое масло имеет свойство коксоваться в нижней
части стержней клапанов. Из-за этого клапан будет все туже ходить во втулке, а
затем и вовсе может заклинить в ней. В конце концов он получит-таки поршнем по тарелке со всеми
вытекающими последствиями.
Нагар, откладывающийся на тарелках клапанов (особенно впускных), например,
из-за износа маслосъемных колпачков, тоже небезобидная вещь. Достигая солидной
толщины, нагар начинает откалываться. И частицы довольно крупных размеров легко
могут попасть между фаской и седлом клапана. А после этого плохой контакт с
седлом и перегрев тарелки неминуем.
Интересно отметить, что значительные отложения нагара на клапанах, вызывающие
подобные неприятности, далеко не всегда связаны с износом маслосъемных колпачков.
Судите сами: повышенное давление в картере из-за неисправности системы
вентиляции или износа цилиндро-поршневой группы легко может выдавливать масло к
тарелкам клапанов даже через самые новые колпачки.
Некоторые "горячие головы" предпочитают отсоединять шланг вентиляции
картера от воздушного фильтра и выводить его куда-нибудь под днище автомобиля - так якобы
мотору "легче дышится". И невдомек им, что на некоторых режимах в
картере создается разрежение, и пыль, засасываемая в двигатель через шланг, не
только быстро загрязняет масло и масляный фильтр, но и попадает к направляющим
втулкам и стержням клапанов. Комментарии, как говорится, излишни.
Но, пожалуй, самые серьезные
последствия для клапанов таит в себе несоблюдение сроков замены ремня привода
распределительного вала. На многих современных моторах клапаны в случае обрыва
ремня деформируются. Добавим еще, что попытки поставить новый ремень и так
доехать, к примеру, до гаража, редко оканчиваются благополучно. Деформированные
клапаны каждый раз при посадке на седло испытывают большие изгибающие нагрузки
и через 10-15 минут работы, как правило, ломаются. А такая поломка клапана -
это, как минимум, замена поршня, головки блока,
шатуна.
Целый ряд проблем вносит в работу клапанов некачественно выполненный ремонт.
Например, наиболее "опытные" механики не утруждают себя
использованием специальных приспособлений для сжатия пружин клапанов. Их
"коронные" инструменты - стальная труба и молоток, стукнул посильнее
- и порядок. Только вот клапан может получить повреждение по канавке для
сухарей. А потом, много позже, в этом месте сломаться.
Очень опасно попадание абразивной пасты в направляющую втулку во время притирки
клапана к седлу. Промыть такую втулку - целая история. Но если этого не
сделать, история получится с продолжением максимум на 5-10 тысяч километров
пробега. После этого износ втулки и стержня, скорее всего, превысит все
разумные пределы. Некоторые механики стремятся сделать зазор клапана во втулке
как можно меньше. Это заблуждение нередко приводит к заклиниванию клапана с
весьма неприятными последствиями.
Еще одна ошибка - притирка клапанов без правки седел. Как показывает практика,
после длительной эксплуатации и особенно после замены направляющих втулок их
несоосность с седлами - обычное дело. В подобных случаях одна лишь притирка,
скорее всего, приведет к стуку клапанов и быстрому износу деталей.
Когда головка блока полностью
собрана с клапанами, очень легко испортить всю работу, обстукивая клапаны
молотком. Результат может быть тот же, что и при "ударной" разборке,
особенно у современных многоклапанных двигателей с клапанами малого диаметра.
Из всех этих факторов складывается довольно ясная картина, когда клапан
неисправен, ему, скорее всего, кто-то в этом "помог". И задача
механика - не только не стать очередным "помощником", но
ликвидировать все последствия прежней "помощи", которые обычно несут
на себе после долгой работы клапаны и другие детали. Только так можно быть
уверенным, что клапан не подведет.
