Как влияет регулировка клапанов на работу двигателя?

Как правильно отрегулировать зазоры клапанов?

Несмотря на то что клапаны автомобильного двигателя выглядят как простые детали, они выполняют важные функции в его работе – отвечают за своевременную подачу горючей смеси в цилиндры, вывод из них отработанных газов. А полнота сгорания топлива влияет на экономичность и мощность мотора, степень токсичности выхлопных газов. Поэтому регулировка зазоров клапанов – обязательная периодическая процедура во время эксплуатации ДВС.

Как должна осуществляться работа элементов?

Работа 4-тактного двигателя включает в себя 4 цикла.

Каждый цикл имеет свое назначение:

1. Впуск – открывается впускной клапан, в цилиндр подается топливная смесь.
2. Сжатие – клапаны закрыты, сжимается смесь топлива.
3. Рабочий ход – клапаны закрыты, горящая смесь расширяется, ее энергия направляется на перемещение поршней.
4. Выпуск – открывается выпускной клапан, удаляются отработанные газы.

Чтобы мотор работал эффективно, необходима правильная настройка зазоров.

Функция зазоров

В цилиндре автомобильного двигателя как минимум 2 клапана (может быть больше в зависимости от модели авто). Через впускной клапан горючая смесь попадает в цилиндр, а через выпускной удаляются газы. В действие деталь приводит газораспределительный механизм.

Во время эксплуатации мотор нагревается, в результате чего происходит расширение всех его элементов. Поэтому, когда мотор не работает (находится в холодном состоянии), между некоторыми деталями должен быть зазор, достаточный для теплового расширения металла.

Регулировка параметров

Процедура регулировки зазоров состоит из нескольких этапов. Предварительно осуществляется подготовка транспортного средства и помещения, в котором планируются ремонтные работы.

Подготовка элементов

Перед началом настройки деталей надо очистить от загрязнений, тщательно вымыть кузов машины, удалить загрязнения под капотом. Это необходимо, чтобы предупредить попадание сторонних частиц в цилиндры.

Транспортное средство устанавливается в помещении на ровной поверхности, затягивается стояночный тормоз, а под колеса дополнительно подкладываются упоры, способные предупредить самопроизвольное движение ТС. В помещении необходимо организовать хорошее освещение и дополнительные переносные осветительные приборы.

Непосредственно для выполнения регулировочных работ нужно подготовить комплект инструментов, в который входят:

• пинцет;
• отвертки;
• щуп;
• гаечные ключи;
• шайбы регулировочные;
• приспособление для регулирования клапанов;
• микрометр.

Головка блока цилиндров демонтируется также на подготовительной стадии.

Использование щупа

Для современных моделей авто при настройке цилиндровых клапанов с использованием щупа дополнительно применяются шайбы.

Порядок выполнения работ:

1. Осуществляется демонтаж клапанных крышек, трубок, корпуса фильтра. Рекомендуется также выкручивать свечи, тогда легче будет прокручиваться коленчатый вал.
2. Снимается крышка (надо выкрутить 2 гайки), удаляются остатки двигательного масла.
3. Извлекается кожух ремня ГРМ.
4. Процедура регулировки будет начинаться от поршня цилиндра. Его надо зафиксировать в верхней точке сжатия. Рекомендуется ориентироваться по меткам, которые были нанесены производителем.
5. Коленвал прокручивается по часовой стрелке. При этом риски, нанесенные на вал, должны совпасть с рисками, нанесенными на корпус подшипников.
6. Отжимается контргайка на винте, выполняется регулировка зазора. Щуп должен стать максимумом подворота болта.

После затягивания контргайки проверяется правильность показателей настройки. Риски относительно друг друга могут сдвинуться, если гайку сильно перетянуть. Данная процедура повторяется для остальных клапанов.

Работы с рейкой и индикатором

Часто регулировка клапанов выполняется с применением рейки и индикатора. Эта технология предоставляет возможность выставить более точные показатели, чем щупом.

Последовательность работ:

1. После подготовки авто, помещения и инструментов можно выполнять работы по настройке клапанов. Сначала надо прокрутить двигатель, чтобы метки корпуса совпали с метками распредвала.
2. С другой стороны шестерни распредвала надо поставить свои отметки маркером, через каждые 90º относительно метки, отмеченной производителем.
3. На блоке подшипников на 3 болта крепится рейка.
4. В специальное гнездо, сделанное на рейке, устанавливается индикатор. Шкала выставляется на 0.
5. Регулировочным приспособлением слегка подтягивается вверх кулачок. Стрелка индикатора должна переместиться на 50-52 деления.

Если после выполнения регулировки показатели отличаются от установленных параметров, необходимо повторить процедуру, но уже с использованием щупа. После завершения ремонтных работ запускается мотор и прослушивается его работа в разных режимах.

Признаки неудачной настройки

После запуска все составные элементы мотора, соответственно металл расширяется. Необходимо также учитывать естественный износ трущихся деталей.

Признаки неправильной регулировки:

• посторонний шум в головке блока;
• увеличился расход топлива;
• упала мощность двигателя;
• клапаны не регулировались более 20 тыс. км пробега машины.

Все эти симптомы являются основанием для проведения регулировки зазоров между установленными элементами двигателя ТС.

Последствия неправильно рассчитанного зазора

Например, если сделать его больше установленного значения, двигатель будет издавать характерные постукивания, которые вместе с его прогревом будут пропадать.

Последствия установки зазора больше нормы:

• снижение периода эксплуатации клапанов;
• посторонний шум в процессе работы мотора;
• расклепывание;
• скол торца и увеличение зазора.

Из-за неотрегулированного зазора происходит нарушение процессов газораспределения, снижается мощность автомобильного двигателя.

Последствия установки зазоров меньше нормы:

• увеличивается нагрузка на ремни ГРМ;
• прогорание клапанов;
• снижение компрессии;
• повышение окислительных процессов и коррозии;
• нарушение теплоотдачи.

Поэтому регулировку тепловых зазоров клапанов необходимо выполнять на протяжении всего периода эксплуатации транспортного средства. Специалисты рекомендуют осуществлять такие мероприятия через каждые 20-30 тыс. км пробега автомобиля.

Регулировка клапанов

В головке блока цилиндров двигателя находится механизм газораспределения, отвечающий за попадание топливной смеси в камеры сгорания и отвода из них отработанных газов. Регулировка клапанов позволяет поддерживать этот механизм в работоспособном состоянии, что положительно влияет на работу мотора и срок его службы. Регулировка необходима для двигателей всех типов, не оснащённых гидрокомпенсаторами.

Зачем нужны клапаны

Задача газораспределительного механизма — «загнать» в камеру сгорания как можно больше топливной смеси и максимально эффективно удалить из неё отработанные газы в выхлопную систему. Именно эту задачу и выполняют клапаны, обеспечивающие работу двигателя на тактах впуска и выпуска.

В ГБЦ установлены клапаны двух видов:

впускные. Отвечают за попадание в цилиндры газовоздушной смеси; выпускные, отвечающие за своевременное удаление продуктов горения топлива.

Клапанным механизмом оснащается каждый цилиндр двигателя, и, в зависимости от используемой конфигурации, их количество составляет от 2 до 5.

Двухклапанная система используется на моторах старого типа, и состоит из 1 впускного и 1 выпускного клапана. Четырехклапанная система пользуется наибольшей популярностью, и ею оснащаются практически все современные моторы. В ней клапана работают попарно. Пятиклапанная система встречается на отдельных моделях двигателей Audi, и не пользуется успехом. Причина этого кроется в высокой сложности газораспределительного механизма и практическом отсутствии преимуществ перед стандартным четырехклапанным мотором.

Поскольку в исправном двигателе во время работы создаётся давление свыше 10 атмосфер, проблема с отведением отработанных газов практически отсутствует — при таком давлении достаточно даже небольшого отверстия для их выхода. Именно по этой причине диаметр выпускных клапанов существенно меньше, чем впускных. От количества попавшей в цилиндр топливной смеси зависит мощность двигателя, для чего автопроизводителями и была разработана многоклапанная система, позволяющая увеличить пропускную способность механизма ГРМ.

Что будет, если клапаны не регулировать

Регулировка клапанов двигателя заключается в установке необходимого зазора между самим клапаном и кулачком распределительного вала. Одно из основных физических свойств металла — при нагревании он расширяется, что приводит к уменьшению зазора между деталями. Этим свойством и объясняется «цоканье» непрогретого двигателя, исчезающее по мере его нагрева. Для каждого ДВС устанавливаются индивидуальные значения теплового зазора, узнать которые можно из руководства по эксплуатации.

Своевременная регулировка зазоров клапанов способствует стабильной работе двигателя:

При небольшом зазоре клапаны окажутся «зажатыми», вследствие чего каналы в головке блока не будут герметично закрыты. Это приводит к снижению компрессии, потере мощности двигателя и прогоранию клапана. В итоге автовладелец вынужден будет оплачивать дорогостоящие работы по ремонту ГБЦ. Увеличенный тепловой зазор станет причиной стука в двигателе. Недостаточно открывающиеся клапаны не в состоянии обеспечить должный уровень газообмена, что также является причиной снижения мощности двигателя. Постоянные удары кулачка распредвала по контактной площадке станут причиной появления на нём выработке. Итог: дорогостоящий ремонт головки и приобретение нового распредвала.

Среди любителей тюнинга моторов увеличение открытия клапанов является первоочередной задачей — для этого используются специальные распредвалы (спортивные) с удлинёнными кулачками. Но их установка может стать причиной довольно серьёзных проблем: низко опущенный клапан может столкнуться с поршнем в верхней его точке, и это в большинстве случаев становится причиной капитального ремонта двигателя.

Владельцы отечественных автомобилей вынуждены регулировать клапаны каждые 20–30 тысяч километров пробега. Регулировка ВАЗовских клапанов не отнимет много времени — довольно опытный автомеханик выполнит все работы в течение часа, с учётом времени, отводимого на охлаждение двигателя. Даже новичок, изучив подробное видео о регулировке, в состоянии выполнить работу в течение нескольких часов.

Периодичность регулировки для моторов иномарок составляет порядка 80–100 километров, и часто работы выполняются совместно с заменой ремня ГРМ. Необходимо регулярно проверять тепловые зазоры: это не только способствует стабильной работе мотора, но и поможет значительно продлить срок его службы. Неотрегулированные клапаны становятся причиной повышенной шумности двигателя, снижения его мощности, неустойчивой работы на низких или высоких оборотах, и со временем могут привести к более серьёзным неисправностям. Время, затрачиваемое на регулировку, значительно меньше времени, необходимого для проведения капитального ремонта мотора, и это одна из главных причин, почему стоит периодически регулировать тепловые зазоры клапанов.

Порядок проведения работ

Существует 2 способа регулировки зазоров, в зависимости от конструкции клапанного механизма:

При помощи регулировочных болтов. Обычно этот тип используется на старых двигателях с конфигурацией «2 клапана на цилиндр». При помощи металлических шайб — «пятаков». Этим способом регулируются клапаны практически всех современных моторов с конфигурацией «4 клапана на цилиндр» и выше.

Использование «пятаков» в механизме существенно увеличивает продолжительность работы клапанов без необходимости их регулировки. Основная причина замены шайб заключается в выработке, возникающей в месте контакта «пятака» с торцом клапана. Своевременная замена масла и использование высококачественных смазывающих материалов существенно увеличивает продолжительность работы ГБЦ, вне зависимости от её конфигурации.

Важно! Приступая к регулировке, следует приобрести новую прокладку клапанной крышки. Цена её довольно низкая, и можно купить сразу несколько — неопытные автомеханики при установке крышки часто повреждают прокладку.

Перед работами рекомендуется посмотреть видео по регулировке клапанов для конкретной модели двигателя. Для регулировки понадобится следующий инструмент:

щуп, позволяющий определить текущее значение зазора; комплекс ключей; отвёртка.

Порядок регулировки клапанов ВАЗовского двигателя идентичен практически для всех моделей: 4-2-1-3. Работы необходимо проводить только на холодном моторе: по мере его нагрева тепловые зазоры уменьшаются, и их регулировка на «горячую» приведёт к заклиниванию клапанов. Для каждого типа двигателя существует свой порядок регулировки клапанов, узнать который можно из инструкции по эксплуатации авто.

Для моторов, оснащённых регулировочными винтами, порядок работы следующий:

Выставить поршень цилиндра в верхней точке. Ослабить фиксирующую гайку. Покрутить регулировочный болт, выставляя требуемый зазор. Закрутить гайку.

Вплотную о зазорах, или Как отрегулировать клапана

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.