Авторська стаття - Зруйнувалося сідло клапана - на сайті інженерно-технологічної компанії Механіка
Руйнування сідел клапанів - досить поширений дефект головок циліндрів автомобільних двигунів. Не розглядаючи окремо причини виникнення цього дефекту, слід зазначити, що найчастіше ми маємо справу з руйнуванням і сідел клапанів і самих клапанів.
При цьому, як правило, спостерігаються значні пошкодження як головок циліндрів, так і деталей циліндропоршневої групи - поршнів і циліндрів. Причому пошкодження можуть мати деталі та інших циліндрів, а не лише того, в якому відбулися руйнування. Це пов'язано з попаданням фрагментів деталей, що зруйнувалися, з пошкодженого циліндра через впускний тракт двигуна в інші циліндри.
Залежно від ступеня пошкодження деталей відновлення працездатного стану двигунів проводиться або шляхом заміни деталей, що вийшли з ладу, або шляхом їх ремонту.
Поряд з цим, як показує практика, не завжди належна увага приділяється ретельному очищенню впускного тракту двигуна від фрагментів деталей, що зруйнувалися - сідел клапанів, клапанів. В результаті чого після запуску двигуна не видалені з впускного тракту фрагменти деталей, що зруйнувалися, потрапляють в циліндри і призводять до виникнення вибоїн на поверхнях головки циліндрів, днищ поршнів, тарілках клапанів, до деформації клапанів в одному або декількох циліндрах. Внаслідок деформації клапанів порушується щільність прилягання їх до сідл і знижується компресія в одному або більше циліндрах.
Несвоєчасне усунення несправності у переважній більшості випадків призводить до більших пошкоджень двигунів. Як повчальний приклад може бути історія ремонту головки циліндрів двигуна MAN D2066 LF01.
Проблема, з якою звернувся замовник припред'явленні головки циліндрів, - знижена компресія в 4-му циліндрі. Доречно відзначити, що головка циліндрів раніше піддавалася ремонту із заміною сідел випускних клапанів 6-го циліндра, «правкою» фасок усіх сідел клапанів та заміною повного комплекту клапанів.
На момент обігу пробіг автомобіля після встановлення відремонтованої головки циліндрів на двигун становив 5 тис. км.
При зовнішньому огляді головки циліндрів було виявлено численні вибоїни її «привалочної» поверхні в зоні розташування 6-го циліндра – наслідки руйнування сідел клапанів, через що, власне, і ремонтувалася раніше головка циліндрів. Численні вибоїни «привалочної» поверхні головки виявлені також у зоні розташування 4-го циліндра. Сліди ударів твердими дрібними предметами у вигляді вибоїн є і на тарілках випускних клапанів (фото 1) цього циліндра. Самі тарілки мають нещільне прилягання до сідла клапанів.
Фото 1. Сліди ударів на тарілках клапанів
Перевірка геометрії демонтованих із головки циліндрів випускних клапанів 4-го циліндра показала, що клапани деформовані (вигнуті) - биття запірної фаски тарілки клапана щодо стрижня в одного клапана 0,40 мм, в іншого – 1,55 мм. Крім того, на обох сідлах випускних клапанів видно односторонні лунки – сліди багаторазових ударів по них тарілок деформованих клапанів. Сліди ударів твердими дрібними предметами виявлені також і на одному випускному клапані 6-го циліндра. При контролі геометрії виявлено биття фаски тарілки клапана 0,10 мм. Множинні забоїни присутні і на днищі представленого для огляду поршня 4-го циліндра (фото 2).
Фото 2. Пошкодження поршня 4-го циліндра
Крім цього, на днищі поршнявидно сліди зіткнення його з клапанами, головка поршня має значні руйнування (вигоряння), місцями, що доходять до зміцнювальної вставки канавки верхнього компресійного кільця, що зміцнює вставка частково зруйнована. На жаровому поясі та спідниці поршня – грубі задираки.
Що ж могло спричинити такі пошкодження деталей? Як показує практика, подібні пошкодження деталей спостерігаються зазвичай при попаданні в надпоршневий простір сторонніх тіл у вигляді фрагментів деталей двигуна (поршневих кілець, сідел клапанів, форкамер і т.п.). У разі попадання їх між поршнем і тарілкою клапана, коли поршень наближається до ВМТ, а випускний клапан ще повністю не закритий, відбувається удар поршня по тарілці клапана. В результаті удару клапан деформується, що призводить до порушення щільності його прилягання до сідла клапана і, відповідно, до зниження компресії в циліндрі. Найчастіше це відбувається в якомусь окремому циліндрі. Характер пошкоджень головки циліндрів, що надійшла в ремонт, повною мірою узгоджується з подібним «сценарієм» їх виникнення.
Наявність лунок на сідлах випускних клапанів 4-го циліндра дає підстави припустити, що деформація випускних клапанів цього циліндра відбулася вже на ранній стадії експлуатації двигуна після його ремонту. Надалі двигун продовжував працювати вже при не щільно прилеглих випускних клапанах 4-го циліндра. Це припущення підтвердилося при співбесіді з власником автомобіля, в ході якого з'ясувалося, що нестійка робота двигуна спостерігалася практично відразу ж після його ремонту. Більшетого, при пробігу автомобіля близько 50 км у незалежному автоцентрі була перевірена компресія в циліндрах двигуна, яка склала в 1,2,3,5,6-му циліндрах - 3,2?3,6 МПа, в 4-му циліндрі - 1,2 МПа.
Проте «фахівці», які виконували ремонт двигуна, порекомендували власнику автомобіля продовжити його експлуатацію, мотивуючи тим, що для розробки деталей двигуна потрібен деякий час, після чого «компресія прийде в норму». Не цілком зрозуміло, чим керувався власник автомобіля, проте автомобіль з ремонту він забрав і. вирушив у далеку дорогу. Як і слід було очікувати, наслідки такого «гасового ремонту» проявилися досить скоро - впала потужність двигуна, двигун став «сапунити», різко зросла витрата масла.
Після розбирання двигуна дозволила виявити вказані вище дефекти головки циліндрів, клапанів і поршневої групи 4-го циліндра. Характер дефектів цих деталей свідчить, що відмова поршневої групи 4-го циліндра і, відповідно, перелічені несправності двигуна обумовлені пошкодженнями випускних клапанів, що відбулися на початковому етапі роботи. Внаслідок нещільного прилягання клапанів до сідлів знизилася компресія в циліндрі, що призвело до затримки займання паливоповітряної суміші і неконтрольованого її згорянню /1,2,3/. В результаті на окремих ділянках створилася температура, що перевищує температуру плавлення матеріалу поршня, і сталося оплавлення і руйнування головки поршня. При попаданні розплавленого металу між поршнем і циліндром на жаровому поясі та спідниці поршня утворилися задираки. Такі сумні, але, загалом, закономірні результати недооцінки вимог до якості очищення деталей та не вживання оперативних заходівщодо усунення порушень роботи двигунів.
1. Компоненти двигунів та фільтри: дефекти, їх причини та профілактика. MAHLE GmbH, Stuttgart, 2011. - 75c. 2. Ушкодження поршнів – як виявити та усунути їх. MSI Motor Service International GmbH, Neckarsulm, Німеччина, 2004. – 103с. 3. Piston Damage - Causes and Remedies. MAHLE GmbH, Stuttgart, 1999. - 80c.