Когда неисправен клапан.
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.
Александр Хрулев,
кандидат технических наук, "АБС"