Коли несправний клапан
Добре, коли машина нова – двигун працює тихо, його не чути навіть на розгоні з повним "газом". Але йде час - і одного разу ви помічаєте, що від колишньої "тиші" не залишилося і сліду, а, відкривши капот, бачите якогось гуркотливого звіра, який разом звичного співу видає звуки, що явно ображають слух.
Шумність роботи двигуна найчастіше пов'язана з газорозподільним механізмом - великі зазори та стукіт завжди сусідять один з одним. Перше, що спадає на думку - відрегулювати зазори в приводі клапанів. Часто це допомагає, але іноді після регулювання здається, що стукіт став навіть сильнішим: один або кілька клапанів продовжують стукати. І зовсім незрозуміло чому: адже зазори в нормі, та й розподільний вал на вигляд хороший. Причина, схоже, не лежить на поверхні, десь усередині, але де? Треба б розібратися, та ніколи. А стукіт стає все гучнішим.
Те, що клапан - відповідальна деталь, нікому пояснювати не треба. І те, що несправності клапанів - штука не тільки серйозна, а й небезпечна, багатьом відомо не з чуток. Виникають такі несправності з різних причин. І трапляються серед них зовсім неочевидні, так що при ремонті не вдається обмежитися лише заміною несправної деталі.
До речі, у будь-якому разі перед тим, як щось ремонтувати або змінювати, корисно знайти причину конкретної несправності. Інакше та ж доля в найближчому майбутньому може осягнути і зовсім нову, щойно встановлену деталь. А щоб цього не сталося, бажано знати, за яких умов вона працює. Як працює клапан
Основне завдання клапанів - управління потоками паливоповітряної суміші та продуктів згоряння, що надходять у циліндр або випливають із нього. Отже, клапан при його відкритті повинен вільно пропускати сумішабо гази, тобто мати мінімальний гідравлічний опір. У той же час, закритий клапан повинен забезпечувати герметичність і повністю відокремлювати порожнину циліндра від впускної або випускної системи двигуна.
Клапани працюють в умовах сильного нагріву від гарячих газів, що обтікають їх тарілки. І якщо впускний клапан при відкриванні періодично охолоджується паливоповітряною сумішшю, що надходить в циліндр, то випускний працює в набагато більш жорстких умовах. Відкриваючись на такті випуску, він ще більше нагрівається гарячими вихлопними газами і температура його тарілки досягає 850-900 град. З.
Щоб знизити зношування фаски при високих робочих температурах, на неї нерідко наплавляють спеціальний твердий матеріал-стеліт. Рідше застосовують натрієве охолодження клапана: натрій, що переміщається у внутрішній порожнині клапана при його відкритті та закритті, переносить тепло від гарячої тарілки до холоднішого стрижня.
Практика показує, що навіть самий жаростійкий клапан все одно прогорить, якщо не будуть виконані деякі інші умови, головна з яких - щільна посадка тарілки в сідлі. Справа в тому, що тільки гарний контакт клапана з сідлом дозволяє надійно відвести тепло від нагрітої тарілки. Адже сідло досить холодне, воно запресоване в тіло головки блоку рідиною, що охолоджується. Через сідло відводиться до 75% всього тепла, що надходить до тарілки, - дуже значна частина. Звичайно, якщо контакт з сідлом порушено, тарілка відразу починає перегріватися. Значить, до прогару жити клапану залишається недовго.
Виглядає це як ланцюгова реакція. Невелика нещільність у поєднанні тарілки та сідла призводить до прориву газів. Відведення тепла від тарілки в цьому місці відсутнє, та тарілка перегрівається. Нещільність збільшується, а разом із нею зростаєта температура тарілки. Зрештою, матеріал починає руйнуватися, туди спрямовується ще більше гарячих газів, і дефект тарілки швидко поширюється доти, поки циліндр повністю не вимикається з роботи через відсутність компресії.
Як бачимо, гарне сполучення тарілки з сідлом "вбиває" відразу "двох зайців": знімає температуру клапана до прийнятного рівня та забезпечує герметичність. І важко сказати, що важливіше. Принаймні для працездатності самого клапана важливим є перше, а для двигуна в цілому - друге (маються на увазі хороші пускові властивості, потужнісні характеристики, економічність).
Крім зазначених умов, робота клапана (відкриття та закриття) має бути достатньо "м'якою" і не викликати зайвого шуму. Шум або, точніше, стукіт клапанів - вірна ознака несправності, а ударні навантаження, що виникають при стукоті, нерідко самі по собі викликають ще більш серйозні несправності і навіть поломки клапанів. Звідки береться стукіт?
Причин кілька. Найпростіша вже згадана – великий зазор у приводі. Кулачок розподільного валу через це набігає на штовхач (важіль або коромисло) не плавно, а з ударом, який тим сильніший, чим більший зазор.
Що страждає в даному випадку насамперед? Те, що сприймає ударне навантаження: робочі поверхні кулачка розподільного валу та штовхача, а також опорна поверхня штовхача та торець стрижня клапана. На них нерідко утворюються ушкодження у вигляді точкових раковин, які надалі розширюються та поглиблюються. Але цим справа не обмежується. Клапан не тільки з ударом відкривається, але також різко, зі стукотом, закривається. А це означає, що ударне навантаження при закритті посідає ущільнювальну фаску клапана і сідло. Крім того, в момент удару при посадці на сідло на стрижень клапанадіє велике навантаження, що розтягує, від пружини. Тривала робота за таких умов дуже небезпечна: тарілка може легко відірватися від стрижня чи стрижень зруйнується інакше слабкому місцю - канавці для сухарів.
Але припустимо, що зазори в приводі клапанів нормальні, а стукіт все одно прослуховується. Найчастіше причина такого стукоту криється у великому зазорі між стрижнем клапана та напрямною втулкою. Ситуація ця найбільш характерна для старих моторів. Іноді стукіт клапана пов'язаний з неконцентричністю сідла та отвору напрямної втулки, що є наслідком перегріву головки блоку або неправильно виконаного ремонту. При цьому клапан сідає на сідло спочатку одним краєм тарілки і тільки потім, перекочуючись у втулці в межах зазору, повністю. Через це, до речі, знос напрямної втулки швидко прогресує.
Швидке зношування напрямної втулки і стукіт клапана виникають і з інших, складніших причин. Наприклад, коли гніздо циліндричного штовхача клапана не співвісне, або має перекіс по відношенню до втулки. Подібний дефект іноді трапляється на вітчизняних моторах. Стук можливий також, через підвищені зазори в деталях приводу - в осях коромисел, у гніздах циліндричних штовхачів, а також у підшипниках розподільчого валу.
Всі ці стукіт на слух досить схожі, і тому часто виділити конкретну причину без розбирання та уважної ревізії стану деталей не вдається. Але в будь-якому випадку потрібно мати на увазі, що якщо є стукіт, значить навантаження в місцях контакту деталей мають ударний характер. Як правило, такий стукіт швидко прогресує, що загрожує не тільки зношуванням клапанів і пов'язаних з ними деталей, але і їх поломкою.
Чому зламався клапан?
Сам по собі стукіт може і не викликатиполомку. Але у будь-якому випадку важливо зрозуміти, чому клапан почав стукати? А причин, які спровокували появу стуку, виявляється чимало.
Найпоширеніша - неписьменна експлуатація, некваліфіковане та несвоєчасне обслуговування двигуна. Очевидно, регулювання зазорів у приводі клапанів іноді - правильний спосіб прискорити зноси, викликати стуки, а потім і поломки.
Дуже небезпечно при регулюванні встановлювати занадто малі зазори: при роботі двигуна клапани нагріються, їх довжина збільшиться, і коли зазор вибереться повністю, клапани "повиснуть". А тоді нещільна посадка на сідло призведе до перегріву тарілок та прогару.
Досить поширена причина прогару випускних клапанів - занадто пізнє запалення. Особливо якщо двигун тривалий час працює на більших частотах обертання та навантаженнях. Але й раннє запалювання – теж для клапанів не подарунок, адже температура газів у циліндрі у цьому випадку максимальна. Значить, неправильна установка випередження запалення викликає не лише втрату потужності та збільшення витрати палива, а й несправності клапанів.
Використання неякісного масла - також можлива причина зносу втулок і стрижнів клапанів. Крім того, така олія має властивість коксуватися в нижній частині стрижнів клапанів. Через це клапан буде тугіше ходити у втулці, а потім і зовсім може заклинити в ній. Зрештою він отримає-таки поршнем по тарілці з усіма наслідками.
Нагар, що відкладається на тарілках клапанів (особливо впускних), наприклад, через зношування маслознімних ковпачків, теж нешкідлива річ. Досягаючи солідної товщини, нагар починає відколюватися. І частки досить великих розмірів легко можуть потрапити між фаскою та сідлом клапана. А після цього поганий контакт із сідлом таперегрів тарілки неминучий.
Цікаво відзначити, що значні відкладення нагару на клапанах, що викликають подібні неприємності, далеко не завжди пов'язані зі зносом ковпачків. Судіть самі: підвищений тиск у картері через несправність системи вентиляції або зношування циліндро-поршневої групи легко може видавлювати масло до тарілок клапанів навіть через нові ковпачки.
Деякі "гарячі голови" воліють від'єднувати шланг вентиляції картера від повітряного фільтра і виводити його кудись під днище автомобіля - так нібито мотору "легше дихається". І невтямки їм, що на деяких режимах у картері створюється розрідження, і пил, що засмоктується в двигун через шланг, не тільки швидко забруднює масло і масляний фільтр, а й потрапляє до напрямних втулок і стрижнів клапанів. Коментарі, як кажуть, зайві.
Але, мабуть, найсерйозніші наслідки для клапанів таїть у собі недотримання термінів заміни ременя приводу розподільчого валу. На багатьох сучасних двигунах клапани у разі обриву ременя деформуються. Додамо ще, що спроби поставити новий ремінь і так доїхати, наприклад, до гаража, рідко закінчуються благополучно. Деформовані клапани щоразу при посадці на сідло зазнають великих згинальних навантажень і через 10-15 хвилин роботи, як правило, ламаються. А така поломка клапана - це як мінімум заміна поршня, головки блоку, шатуна.
Цілий ряд проблем вносить у роботу клапанів неякісно виконаний ремонт. Наприклад, найбільш "досвідчені" механіки не турбують себе використанням спеціальних пристроїв для стиснення пружин клапанів. Їхні "коронні" інструменти - сталева труба і молоток, стукнув сильніше - і порядок. Тільки клапан може отримати пошкодження по канавці для сухарів. А потім багатопізніше, тут зламатися.
Дуже небезпечно попадання абразивної пасти в напрямну втулку під час притирання клапана до сідла. Промити таку втулку – ціла історія. Але якщо цього не зробити, історія вийде із продовженням максимум на 5-10 тисяч кілометрів пробігу. Після цього знос втулки та стрижня, швидше за все, перевищить усі розумні межі. Деякі механіки прагнуть зробити зазор клапана у втулці якнайменше. Ця помилка нерідко призводить до заклинювання клапана з дуже неприємними наслідками.
Ще одна помилка - притирання клапанів без виправлення сідел. Як показує практика, після тривалої експлуатації і особливо після заміни направляючих втулок їхня неспіввісність із сідлами – звичайна справа. У подібних випадках одне лише притирання, швидше за все, призведе до стукоту клапанів і швидкого зносу деталей. Коли головка блоку повністю зібрана з клапанами, дуже легко зіпсувати всю роботу, обстукуючи клапани молотком. Результат може бути той же, що і при "ударному" розбиранні, особливо у сучасних багатоклапанних двигунів із клапанами малого діаметра. Зі всіх цих факторів складається досить ясна картина, коли клапан несправний, йому, швидше за все, хтось у цьому "допоміг". І завдання механіка - не лише не стати черговим "помічником", а й ліквідувати всі наслідки колишньої "допомоги", які зазвичай несуть на собі після довгої роботи клапани та інші деталі. Тільки так можна бути впевненим, що клапан не підведе.
Олександр Хрульов, кандидат технічних наук, "АБС"