Устройство клапанного механизма – принцип работы и возможные неисправности
Клапаны используются для герметизации цилиндров двигателя в процессе газообмена. Принцип их работы заключается в обеспечении впуска смеси топлива и воздуха для дальнейшего её сжатия. После воспламенения и отработки газы попадают в систему выпуска, за это также отвечают клапаны. Этот механизм функционирует в агрессивных условиях двигателя внутреннего сгорания, постоянно подвергается большим динамическим нагрузкам, высоким скоростям движения и нагреву. Чтобы снизить быстрый износ ходовых частей данной детали, материалы изготовления чаще всего имеют высокую степень легирования никелем и хромом.
Устройство клапанного механизма имеет два главных составных элемента: это головка и стержень. Данные узлы авто бывают с тюльпанообразной, плоской и выпуклой головкой. На конце стержня есть конусные, фасонные или цилиндрические проточки для фиксации на них пружин. Основным проявлением неисправности клапанного механизма является потеря мощности двигателя, а также нестабильная работа мотора в целом. Неисправности такого типа происходят из-за залипания и появления зазора. Нагар также может стать причиной этой проблемы, он накапливается у самого клапана и препятствует его закрытию.
Ещё один признак неисправности – это повышенное выделение дыма во время выхлопа. А изношенный стержень и направляющая данного механизма станет причиной неестественной шумности двигателя.
Необходимость в замене
На всех автомобилях принцип ремонта одинаковый, так же как и замена клапанов на ВАЗ Приора можно производить своими руками.
Основным признаком неисправной работы клапанов является понижение компрессии. Это в основном происходит по трем причинам.
Первая —прогар. Это происходит так: тарелки клапанов разрушаются или в них возникают трещины, впоследствии при любом положении распределительного вала камера сгорания разгерметизируется.
Этим подвержены, в основном, выпускные клапана, потому как на них идет большая термическая нагрузка.
В большинстве таких ситуаций требуется замена сёдел клапанов, что проблематично сделать своими руками, так как потребуется выпрессовка и последующая запрессовка их.
Такая проблема может возникнуть из-за:
- неправильно отрегулированный тепловой зазор, это касается двигателей не имеющих гидравлического компенсатора;
- очень бедная смесь, это повышает температуру в камере сгорания;
- не должным образом отрегулированы фазы ГРМ, из-за чего возгорание создается в период, когда клапан не плотно прилегает к седлу. Также это может способствовать возникновению нагара в местах контактирования деталей;
- допущенный на производстве брак;
- детонация мотора по каким-либо причинам.
Вторая —загиб клапанов в результате столкновения с поршнями. Такое возможно только при обрыве либо перескока ремня газораспределительного механизма, перескакивание происходит из-за растянувшегося ремня или цепи.
Третья —износ стержня. В рабочем режиме двигателя клапана совершают движения по направляющим втулкам, при длительной эксплуатации происходит истирание штока.
При этом возникает превышенный зазор между внутренних стенок втулок и стержнями клапанов, что негативно влияет на работу клапанного механизма.
В этом случае придется произвести замену не только клапанов, но и направляющих втулок, что можно также сделать своими руками.
Признаки неисправности
Причиной нестабильной работы двигателя, вызванной потерей мощности, компрессии в каком-либо цилиндре и вибрацией могут стать не только клапана.
Если рвется ремень ГРМ, то не факт, что загнет клапана, чаще обламываются толкатели. Даже при помощи компрессометра можно только убедиться в отсутствии компрессии в цилиндрах, но причину выяснить не удастся.
Можно добавить незначительный объем моторного масла в цилиндр, если при этом компрессия увеличится, то причина заключается в изнашивании поршневой группы.
Чтобы точнее определить диагноз двигателя лучше провести тест пневмотестером.
Чем пользоваться?
Такие работы подразумевают использование грубоватых инструментов и отличающихся практически ювелирной точностью – зенкеров и шарошек. Такие инструменты с узкой спецификой применяются исключительно при ремонте мотора.
Подборку шарошек для клапанных седел используют под выточку необходимых размеров диаметров. Подобные действия дают возможность придать тарелочке максимальную плотность закрывания.
Зенковки при ремонтных работах по клапанным седлам используются так же. Но есть одно различие – зенкер применяется не только на механических, но и электроинструментах.
Инструмент
Если делаем замену клапанов своими руками, будь это ВАЗ либо другой автомобиль, нужно не упустить такой нюанс, как наличие специального инструмента. Вот что понадобится:
Комплекты: гаечных ключей, головок, отверток для демонтажа и монтажа элементов машины.
Рассухариватель клапанов. Он нужен для сжатия пружин, чтобы устранить сухарики (стопорные элементы).
Это интересно: Почему стреляет в глушитель: список причин хлопков в работе автомобиля
Инструмент для притирки. Клапана нуждаются в притирки, для обеспечивания компрессии. Приобретение специального приспособления не целесообразно, можно воспользоваться дрелью и куском шланга.
Шланг плотно соединяет клапанный стержень и насадку дрели и поступательными движениями производить притирку. Затем налить солярку в месте стыковки клапана и седла, если она не протекает, то работа сделана качественно.
Прибор для снятия маслосъемных колпачков. Производя замену клапанов надо сменить на втулках колпачки, что будет сделать довольно сложно своими руками. Лучше использовать специальный съемник.
Применяя подручный инструмент можно вызвать возникновение повреждений целостности детали, что приведет к потребности приобретения новых уплотнителей.
Есть еще один прибор — микрометр. Он даст точное измерение параметра стержня и выявляет дефекты износа клапанов.
Ключ для фиксации коленчатого вала, для того, чтобы настроить правильную работу ГРМ.
Желательно иметь динамометрический ключ для затягивания болтов.
Расходные материалы
Кроме клапанов, понадобится:
- пригодные уплотнительные колпачки;
- прокладка головки блока цилиндров;
- прокладка крышки клапанов;
- при необходимости — герметик;
- болты крепления ГБЦ, иногда возможно использовать старые болты;
- притирочная паста или порошок.
Зенковки и шарошки для ремонта седел клапанов – что выбрать?
Замена седел клапанов своими руками предусматривает наличие не только грубого инструмента, но и почти ювелирного – шарошки или зенкера. Эти узкоспециализированные инструменты используются только для ремонта двигателя внутреннего сгорания. Набор шарошек для седел клапанов применяется для вытачивания нужной формы их внутреннего диаметра. Эта операция позволяет добиться от тарелки плотного закрытия. Чтобы безошибочно обработать седло клапана, чертеж механизма желательно иметь под рукой.
Шарошка выполнена в виде металлического цилиндра, в котором есть отверстие и две или одна коническая поверхность, её угол может варьироваться от 15 до 60 градусов. На поверхности конуса есть резцы. Набор зенковок для ремонта седел клапанов применяется точно так же, как и шарошки, но имеется одно отличие. Зенкер можно использовать на механических и электрических инструментах.
Заготовка седла клапана
Для всех популярных моторов предлагаются заготовки сёдел клапанов, как стандартных размеров, так и ремонтных, с увеличенным внешним диаметром. Для редких двигателей заготовки надо заказывать или изготавливать на заказ.
Такие заготовки достаточно дешёвые, если не нашлось для какого-то мотора, можно подобрать по размеру из имеющихся наименований. Но и не забывайте, что фирмы, производящие детали двигателя (Kolbenschmidt), в частности клапана, производят ещё и сёдла тех же размеров, так что спрашивайте в магазинах вашего города. После установки седло надо будет обработать- нарезать фаску под клапан.
Замена седла клапана ВАЗ
Седло клапана – важная деталь конструкции головки блока цилиндров, в этом можно легко удостовериться, рассмотрев работу клапана и его составляющих.
Самая важная функция, которую выполняет седло – это образование прочного сжатия между собой и клапаном. Благодаря этому происходит минимизация утечки газов из камеры сгорания; хороший тепловой контакта клапана с седлом являются необходимыми условиями для этого.
Другими словами, плотность прилегания между деталями позволяет отводить тепло от тарелки с максимальной эффективностью, передавая тепло от клапана через седло в ГБЦ, которая в свою очередь охлаждается жидкостью. В процессе работы двигателя, фаски и сёдла изнашиваются, что приводит к дефекту седел клапанов. При разгерметизации происходит нарушение порядка теплоотдачи тарелки и седла, что провоцирует дефекты и разрушение деталей.
При таких условиях вопрос сохранности герметичности соединения встает на первый план. Достигнуть этого можно в основном лишь при помощи формирования необходимого профиля для седла и фаски клапана, что позволит сбалансировать износ поверхностей деталей.
Замена седел клапанов своими руками – разбираем специфику работы
Такая операция выполняется двумя способами. Первый – грубый, но самый простой и быстрый. Осуществляется довольно примитивно: на изношенное кольцо седла приваривается старый клапан, а затем кольцо просто выбивается молотком из своего штатного места в головке блока цилиндров, она, кстати, может быть повреждена, что очень нежелательно. Дальше происходит процесс запрессовки нового. Мягкий способ гораздо сложнее, тем не менее, он выполним в вашем гараже без вмешательства дорогого оборудования. Седло в этом методе аккуратно вытачивается на станке. После этого посадочное место вычищается и также обтачивается.
Технология выполнения
Работа отличается сложностью, но при наличии необходимых навыков ее можно выполнить в гаражных условиях.
Чтобы извлечь седло, имеется несколько способов. Быстрым, но не слишком правильным, является наваривание клапана на седло с последующей выбивкой. Клапан обтачивается под размеры седла, вставляется в него и обваривается. Пока металл не успел остыть. Седло необходимо выбить молотком. Вся конструкция должна выйти без особых проблем. Но при этом помните, что от сварки металл нагревается, что может стать причиной деформирования головки. Выбивая, можно нанести повреждения посадочному месту под седло, что повлечет за собой дополнительные работы по обработке ГБЦ. Лучше всего воспользоваться токарным станком. Так можно сточить седло то такого размера, что оно станет, как фольга, и легко достанется. Если нет станка, можно воспользоваться дрелью и насадкой в виде фрезы. Стачивание проводится с одной стороны, пока не ослабеет натяжение. Теперь седло можно достать рукой.
Идеальный вариант установки нового седла – азотный, в котором следует предварительно охладить седла. Дело в том, что их размеры немного больше отверстий, а за счет охлаждения уменьшается внешний диаметр. Естественно, азот в гараже – большая редкость. Тогда вспомним свойства металла расширяться и сжиматься. Седло просто помещается в морозильную камеру на пару часов, а отверстие подогревается горелкой.
Это интересно: Лампы KIA Ceed — замена ближнего и дальнего света своими руками
Если при установке необходимо будет приложить усилие, то рекомендуется взять подходящий под диаметр седла брусок и с его помощью провести запрессовку.
Извлечение седла
Сначала рассмотрим, как не надо делать, хотя некоторые гаражные гуру автомобилестроения рекомендуют делать именно так.
-сварка клапана + выбивание
Сначала старый ненужный клапан подгоняют под размеры седла, вставляют на посадочное сесто и приваривают клапан к седлу. Пока ещё не остыло, выбивают клапан, и он выходит вместе с седлом. За счёт разного расширения металлов- стали и алюминия- натяг уменьшается, когда остынет, будет не так легко выходить.
Почему так делать не надо? При сварке нагревается вся головка и её непременно поведёт, она станет кривая и в дополнение к этому откроются скрытые трещины, там, где были внутренние напряжения металла (а они есть в любом случае). Потом будете удивляться, почему моя головка вдруг оказалась пробитой.
Оптимальный способ: растачивание седла клапана на станке, пока он не станет размером с фольгу и сам не выпрыгнет из посадочного отверстия. Но… это нельзя реализовать в гараже из-за дороговизны оборудования, да и не в каждом селе будет такой станочек. Поэтому рассмотрим ещё один способ, лёгкий и безопасный, и реализуемый в любом гараже.
Выбор гаражных мастеров: простой и безопасный способ
Стачиваем фрезой седло насквозь с одного края. Седло ослабнет, потеряет натяг и само выпрыгнет из посадочного отверстия, даже не придётся его насквозь точить, доходя до посадочной плоскости, когда останется чуть меньше, чем 0,5 мм натяга уже не хватает, чтобы удержаться. Разомкнув кольцо, седло больше не сможет сопротивляться.
Фреза для дрели продаётся в любом строительном магазине, стоит не дороже, чем сверло, поэтому данный метод такой доступный.
Теперь, когда седло извлечено, надо подумать, что мы будем туда вставлять.
Набиваем сальники клапанов
Но сначала надо снять старые сальники клапанов, на Жигулях их надо снимать осторожно и неком случае нельзя пытаться их сбить ударом, отколется место куда набивается сальник, возьмите плоскогубцы зажмите ими сальник клапана и постарайтесь прокрутить если сразу не пошел перехватитесь и снова пробуйте прокрутить так перехватывайтесь плоскогубцами и сальник клапана ослабнет прокрутится и выйдет. Также снимайте сальники клапанов с Уаза и Газа.
А теперь будем набивать сальники клапанов на Жигули, вставьте клапан и оденьте на него сальник клапана до направляющей втулки, возьмите трубку с внутренним диаметром 13мм и аккуратно легким молотком легкими ударами набейте сальник клапана только не перестарайтесь, а то порвете сальник. Если такой трубки нет можно более большую трубку немного сплющить до размера, а меньшую распилить немного вдоль и развести до размера. Также можно сначала с сальника клапанов снять пружинку чтобы случайно ее не повредить а потом одеть на сальник.
На УАЗ и Газ набивайте также как и на Жигули но трубка должна быть с внутренним диаметром 16мм.
Засухариваем клапан
Сняли клапан просто, а засухарить клапан без съемника клапанов не очень просто, но можно, подложите под клапан железку чтобы он на нее уперся, оденьте пружины, поставьте на пружины тарелку пружин и вложите в нее сухарики, возьмите рожковый ключ на 19 или 22 и сильно давите на пружины а товарищ пусть вставляет сухарики, это все проверенно я несколько раз так вставлял сухарики в клапана.
Притираем клапан к головке
Раз прогорел клапан значит также подгорело и седло клапана, обычно мотористы сначала седло выравнивают специальной шарошкой, которой у вас нет, нет так обойдемся без нее (проверенно двигатель ходит ничуть не хуже). Поражаюсь как некоторые мотористы притирают клапана в ручную (я б сума сошел) пусть за нас работает электродрель (если у вас дрель реверс лево-право еще лучше а нет и такая подойдет). Намажьте край клапана притирочным порошком вставьте клапан в головку и зажмите конец клапана в патрон дрели но не глубоко а на глубину примерно 15мм главное не поцарапать то место где клапан соприкасается с сальником. Подтягивайте дрелью клапан вверх и включайте пусть клапан притирается, делайте такие движения вверх немного вниз и опять вверх (думаю поняли) если дрель реверс переключайте вращение. На девятке или восьмерке тяжело добраться до клапана дрелью нужен очень маленький патрон, но можно сделать так возьмите крепкий кусочек армированного резинового шланга который очень плотно одевается на клапан, возьмите шпильку 8мм и натяните на нее этот кусочек шланга посильней, шпильку зажмите в дрель а другой конец шланга на клапан и также начинайте притирать клапан к седлу головки.
Это интересно: Сколько масла нужно заливать в двигатель ВАЗ 2107?
Как заменить направляющую втулку клапана
Для того чтобы выбить направляющую втулку клапана нужна специальная оправка которой у вас скорее всего нет, ну и не надо выбьем и без нее, возьмите кругляк миллиметров Ǿ12-13,5 или длинный болт Ǿ12мм для жигулевской головки, для Уаза и Газа кругляк Ǿ15-16мм или болт 16мм. Но есть очень важный момент, на котором я хочу заострить ваше внимание, выбивать направляющую втулку надо изнутри в сторону распредвала (снизу вверх) и очень важно выбивать надо очень тяжелым молотком полукувадочкой, удар недолжен быть очень сильный главное он должен быть тяжелый (направляющая втулка легко выйдет, и не будет крошиться). Если начнете выбивать втулку клапана легким молотком втулка будет крошиться, и будите только мучиться.
Установка нового седла
Перед началом процедуры монтажа новых седел, посадочные места под них очищают от загрязнений. После ГБЦ следует равномерно нагреть до температуры, превышающей 100˚С. При этом металл расширяется, позволяя запрессовать кольцо.
Монтируемую деталь охлаждают с помощью жидкого азота. При его отсутствии можно использовать сочетание льда и ацетона, что позволяет снизить температуру металла до -70˚С. Размеры деталей подбирают таким образом, чтобы разница между диаметром посадочного места и кольца составляла не более 0.05-0.09 мм на холодных деталях.
Седло клапана запрессовывается с помощью специальной оправки или отрезка трубы подходящего диаметра. Деталь должна входить на посадочное место с небольшим усилием. При этом важно, чтобы кольцо встало без перекоса.
После запрессовки и остывания ГБЦ следует проверить, не болтается ли элемент на посадочном месте. Если зазор отсутствует, а замененный элемент плотно держится на своем месте, процедуру его замены можно считать оконченной. Далее требуется прирезка седел клапанов с использованием шарошек.
Важно! При стандартной процедуре замены тарелки всех клапанов оказываются посажены достаточно высоко. Однако некоторые специалисты рекомендуют обрабатывать фаски таким образом, чтобы выпускные клапаны сидели несколько глубже нормального положения. Седло впускного клапана при этом оставляют в штатном положении.
Седло клапана правильно устанавливать с азотом, все другие методы не такие надёжные. В нормальном состоянии при комнатной температуре дивметр седла больше диаметра отверстия в головке, поэтому после установки получается некоторый натяг. Чтобы засунуть седло, его надо уменьшить в размере, для этого и нужен азот.
Азот в жидком состоянии сохраняет очень низкую температуру. Охлаждаясь в азоте, клапан сжимается в диаметре, и охладившись может свободно залезть в посадочное отверстие головки. В то же время, чтобы увеличить посадочное отверстие в головке, головку можно нагреть, тогда отверстие расширится и зазор увеличится. Если нагреть головку, то тогда не надо так сильно охлаждать седло, достаточно будет просто положить в морозилку и разницы температур будет достаточно.
Устанавливать седло без предварительной термической обработки нельзя, не будет достигнут необходимый натяг и седло выпадет в процессе эксплуатации.
При установке нужно забить седло, чтобы оно стало на место, сильно бить не надо, достаточно лёгких ударов.
Механическая обработка нового седла
На новом установленном седле надо нарезать фаску. Лучше всего это сделать на специализированном станке, так получится обработать наиболее точно. Это реализуется благодаря жёсткой центровке резца, чего невозможно добиться используя ручные шарошки.
Но если в вашей местности нет подобного оборудования, шарошки- это всё, на что вы можете рассчитывать. Если есть поблизости металлообрабатывающий цех, можно попробовать обработать клапана на фрезерном станке, результат вполне сойдёт.
На седле надо нарезать три кромки- внешнюю, внутреннюю и сверху них центральную, самую узкую, по которой седло будет соприкасаться с клапаном.
Ремонт седел
Ремонт седел клапанов выполняется при их естественном износе и неплотном прилегании тарелки к своему посадочному месту.
С целью восстановления геометрии колец применяются шарошки для седел клапанов — набор фрезерующих головок, позволяющих делать необходимые углы.
Шарошки могут использоваться в сочетании со специальным оборудованием. Однако оно является дорогостоящим. Поэтому в домашних условиях применяют ключ-трещотку с удлинителем. Правильно обработанные места имеют углы 30˚, 60˚ и 45˚. Обработка седел клапанов для создания каждого из них производится соответствующей фрезой.
Шлифовка седел клапанов не требует их нагрева или другой обработки. Проточку производят «насухую». В дальнейшем, в момент притирки, необходимо использовать специальную притирочную пасту. Для достижения лучшего результата притирку на новые седла рекомендуется производить вручную, а не с помощью дрели.
ПОДРОБНОСТИ: Инструкция как поменять масло в BMW 5 серии E60 Замена масла в двигателе БМВ Е60 своими руками
Еще одной разновидностью ремонта является проточка посадочных мест под ремонтные вставки. Для этого по вышеописанному алгоритму удаляют седла, после чего, специальным режущим инструментом протачивают места под них. Размер ремонтного места должен быть на 0.01-0.02 см меньше вставки. Монтаж производят после нагрева ГБЦ и охлаждение монтируемых элементов.
