Кулачки распредвала

Еще один пример того, что в моторном ремонте поспешать надо не торопясь. В результате этой экспертизы претензии покупателя по качеству запчастей были сняты, и вопрос был решен по согласованию сторон. Причиной износа нового вала явились проблемы в системе смазки, не устраненные при ремонте.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ СПЕЦИАЛИСТА № 20/04 от 21.04.08 г.

14 марта 2008 г. в ООО «СМЦ «АБ-Инжиниринг» обратился представитель ИТТ «Шевардов М.Ю.» с просьбой провести исследование деталей двигателя автомобиля VW Passat (Фольксваген Пассат), гос. № А 624 РУ 97 RUS, VIN: WWWZZZ3BZ1E114198, принадлежащего г-ну Петрову Андрею Викторовичу. В соответствии с этим обращением в ООО «СМЦ «АБ-Инжиниринг» был открыт заказ/наряд № 177т от 14.04.08, согласно которому было проведено исследование деталей двигателя.

Исследование деталей двигателя автомобиля VW Passat, гос. № А 624 РУ 97 RUS,

VIN: WWWZZZ3BZ1E114198 и составление настоящего заключения проводил Хрулев Александр Эдуардович — специалист, начальник Бюро моторной экспертизы СМЦ «АБ- Инжиниринг», эксперт-автотехник 1-й категории (сертификат эксперта-автотехника № 001.00064.К1 от 04.07.2006 г.), образование высшее, кандидат технических наук, Генеральный директор ООО «СМЦ «АБ-Инжиниринг», стаж работы по специальности (ремонт, конструкция и эксплуатация двигателей внутреннего сгорания) — 22 года, из них экспертом-автотехником — 4 года,

Объект исследования

Детали двигателя автомобиля VW Passat, гос. № А 624 РУ 97 RUS, VIN: WWWZZZ3BZ1E114198

Заказчик исследования — ИП «Шевардов М.Ю.», т.(495) 618-0219, заказ-наряд № 177т от 14.04.08.

Вопросы, поставленные перед экспертом:

  1. Имеются ли на представленных для исследования деталях двигателя автомобиля VWPassat, гос. № А 124 РУ 97 RUS, VIN: WWWZZZ3BZ1E114198 какие-либо недостатки, неисправности или поломки?
  2. Если таковые имеются, то какова причина их возникновения?
  3. Являются ли неисправности следствием нарушения правил эксплуатации или они возникли вследствие заводского брака при изготовлении деталей, наличия ошибок при обслуживании и ремонте автомобиля, либо вследствие действий третьих лиц или непреодолимой силы?

Задачи, поставленные перед экспертом:

Провести необходимые исследования и ответить на поставленные вопросы.

Исходная информация

Эксперту для изучения предоставлены детали газораспределительного механизма, снятого с двигателя автомобиля, в том числе, распределительный вал и гидрокомпенсаторы.

Согласно информации, полученной от представителя ИП «Шевардов М.Ю.», детали были приобретены у ИП «Шевардов М.Ю.» автосервисом ООО «Автомастер», при этом двигатель автомобиля VW Passat, гос. № А 624 РУ 97 RUS, VIN: WWWZZZ3BZ1E114198, проходил ремонт в ООО «Автомастер», при котором были использованы указанные детали газораспределительного механизма. После незначительного пробега после ремонта данные детали, приобретенные в ИП «Шевардов М.Ю.», были недопустимо изношены и сняты с двигателя. Согласно акта, выданного ООО «Автомастер», «износ произошел вследствие низкого качества приобретенных деталей, и после замены их на оригинальные запчасти двигатель стал работать нормально».

Использованная литература

Место проведения осмотра и исследования

Москва, Балтийская ул., 13, Технический центр ООО «СМЦ «АБ-Инжиниринг».

При осмотре деталей двигателя установлено:

Для исследования представлены детали, в том числе, распределительный вал и 8 гидрокомпенсаторов (рис. 1).

Рис. 1. Детали газораспределительного механизма, представленные для исследования.

Для ответа на первый вопрос и определения состояния деталей использовались измерительные приборы:

  1. Линейка лекальная.
  2. Набор щупов.

Осмотр наружной поверхности распределительного вала показал (рис. 2), что кулачки привода клапанов имеют следы явного износа, при этом изношены как рабочая, так и тыльная стороны кулачков. На рабочей поверхности кулачков на вершине наблюдается характерное «заваливание» краев (рис. 3), при котором наибольший износ наблюдается ближе к краю кулачка. При этом вершина приобретает характерный закругленный вид, с искажением формы кулачка и отклонением образующей его поверхности от прямолинейности. На стороне подъема кулачка поверхность имеет мелкие следы задиров и вырывов частиц материала, в то время как на вершине поверхность гладкая, но имеет явно выраженный износ с образованием заметной ступени в месте перехода от изношенного к мало изношенному участку на стороне сбега (рис. 4).

На тыльной стороне указанных кулачков наблюдается поверхность, характеризуемая износом и задирами (рис. 5), сопровождаемыми характерным вырывом частиц с поверхности (питтинг). На некоторых кулачках на тыльной стороне обнаружены характерные «цвета побежалости» (рис. 6), что свидетельствует о перегреве металла.

Рис. 2. Износ кулачков распределительного вала.Рис. 3. Характерное «заваливание» краев вершины изношенного кулачка.Рис. 4. Характерная «ступень» на изношенной вершине кулачка.Рис. 5. Износ тыльной стороны кулачка.Рис. 6. Цвета «побежалости» на тыльной поверхности кулачка, свидетельствующие о перегреве деталей.

Кулачки для привода насос-форсунок, расположенные между кулачками привода клапанов (рис. 1), не имеют видимого износа, однако заметны мелкие риски на рабочей поверхности приводных кулачков (рис. 7), образованные попаданием частиц износа в сопряжение кулачка с опорной поверхностью форсунки. Опорные шейки распределительного вала без явных признаков износа.

Ряд сопряженных с кулачками гидрокомпенсаторов значительно изношен (рис.8), при этом максимальный износ наблюдается в средней части рабочей поверхности кулачка (рис. 9). Характерно, что центральная часть рабочей поверхности изношенных гидрокомпенсаторов имеет диаметр, соответствующий ширине кулачка. Общая величина максимального износа рабочей поверхности гидрокомпенсаторов, измеренная с помощью лекальной линейки и набора щупов, превышает 0,8 мм (рис. 10). Боковая поверхность гидрокомпенсаторов — без явных признаков износа.

Рис. 7. Следы абразивного износа на кулачке привода насос-форсунки. Рис. 8. Износ стаканов гидрокомпенсаторов. Рис. 9. Сильный износ средней части рабочей поверхности стакана. Рис. 10. Глубина износа рабочей поверхности гидрокомпенсатора.

Все рабочие поверхности представленных деталей имеют высокое качество обработки (шлифовка), каких либо других недостатков представленных деталей не обнаружено.

Таким образом, в результате осмотра и измерений представленных на экспертизу деталей обнаружено, что кулачки привода клапанов распределительного вала значительно изношены как на вершине, так и на тыльной стороне, причем на некоторых кулачках имеются следы перегрева металла. Значительно изношена сопряженная с кулачками рабочая поверхность гидрокомпенсаторов, причем на некоторых деталях износ превышает 0,8 мм. Данное состояние деталей вызывает работу двигателя со стуками, потерю мощности, и при длительной эксплуатации приводит к абразивному износу всех сопряженных пар вследствие попадания частиц износа в зону сопряжения, вследствие чего эксплуатация двигателя с такими деталями недопустима.

Исследовательская часть.

Ответ на второй и третий вопросы необходимо рассмотреть особенности работы газораспределительного механизма в двигателе, а также условия, при которых мог произойти быстрый износ основных деталей механизма.

Как известно, конструкция распределительного вала, работающего в сопряжении с гидрокомпенсаторами, имеющими форму стакана с плоской рабочей поверхностью, является традиционной для многих производителей двигателей, включая концерн VW.

Рис. 11. Схема работы кулачка с гидрокомпенсатором.

Согласно литературе при работе двигателя кулачок распредвала набегает на стакан гидрокомпенсатора, вызывая его перемещение и открытие клапана (рис. 11). Поскольку клапан прижимается к седлу пружиной, при набегании кулачка на стакан в месте контакта возникает давление, которое тем больше, чем сильнее предварительная затяжка пружины, ее жесткость, и чем больше перемещение стакана (сжатие пружины).

Сопряжение кулачка с рабочей поверхностью стакана осуществляется в общем случае по контактной линии, в зависимости от угла поворота кулачка (рис. 12). В этом месте возникает высокое контактное давление, равное отношению усилия пружины к площади контактной поверхности. Это контактное давление является определяющим параметром для работоспособности сопрягаемых деталей и их долговечности.

Трение сопрягаемых деталей вызывает их поверхностный нагрев, который должен предотвращаться охлаждением деталей путем подачи большого количества масла и отвода его из зоны контакта. Кроме того, масло должно выполнять непосредственно смазочную функцию, препятствуя высокому трению деталей, их нагреву, задиру и износу.

Как известно , все сопрягаемые детали, составляющие так называемые пары трения, должны при работе двигателя иметь хорошую смазку и охлаждение. В данном случае подача масла к сопряжению типа «кулачок-стакан» имеет комбинированный характер, т.е. обеспечивает одновременно и смазку деталей, и отвод тепла от зоны контакта с помощью масла, разбрызгиваемого из этой зоны при вращении кулачка.

В общем случае работоспособность и долговечность деталей сопряжения зависит от следующих факторов:

  1. Материалы деталей, их физико-химические свойства, в том числе, поверхностная твердость, а также химический состав. В общем случае для сопряжений данного вида используются стальные детали или сочетание стальной и чугунной детали, причем твердость поверхности, как правило, превышает 55 единиц по Роквеллу (HRCболее 55).
  2. Качество механической обработки деталей. В общем случае, чем выше чистота поверхности и меньше отклонения формы поверхности (к примеру, непараллельность образующей кулачка оси вращения распредвала или неперпендикулярность боковой поверхности стакана его торцу), тем выше долговечность детали.
  3. Нагрузки на детали, в частности, усилие пружины клапана. В общем случае, чем меньше усилие, тем выше долговечность пары, поскольку это ведет к снижению контактного давления и трения в сопряжении. Значительное влияние на трение и износ оказывает скорость взаимного скольжения деталей. Так, к примеру, чем выше частота вращения распределительного вала, тем выше ударные нагрузки в механизме и, соответственно, в зоне контакта.
  4. Условия смазки и охлаждения, связанные с количеством подаваемого масла. Очевидно, чем больше масла подается, тем лучше охлаждение зоны контакта деталей. С другой стороны, подача необходимого количества масла создает на сопрягаемых поверхностях так называемый эффект «масляного клина» , когда масло затягивается между деталями и препятствует их непосредственному соприкосновению (рис. 13), что значительно снижает трение и износ деталей в зоне сопряжения.

Поскольку в данном сопряжении масло не подается в зону контакта под давлением, режим трения деталей является полу жидкостным или даже граничным , при котором происходит выжимание масла из зоны контакта, и возникает непосредственный контакт сопряженных поверхностей по микровершинам (рис. 14). В таком режиме масло находится только во впадинах микронеровностей, а работоспособность деталей во многом определяется свойствами самого материала деталей пары.

Кроме того, при больших скоростях скольжения деталей вследствие отсутствия масляной пленки, разделяющей детали, роль материала и эффективного охлаждения зоны сопряжения значительно возрастает, поскольку рост скорости скольжения приводит в общем случае к росту сил трения и нагрева деталей.

5. Физико-химические свойства масла. Большое влияние на работоспособность и долговечность пары трения оказывает вязкостно-температурные свойства масла, т.е. зависимость вязкости масла от температуры. В общем случае, чем выше вязкость масла при рабочей температуре двигателя, тем более стабильна масляная пленка, разделяющая детали, что может уменьшить износ и увеличить долговечность пары. С другой стороны, чрезмерно вязкое масло, в случае разрыва масляной пленки и непосредственного соприкосновения деталей по микронеровностям, может ухудшить охлаждение деталей за счет недостаточного поступления такого масла к зоне трения. Кроме того, масло должно содержать необходимый для нормальной работы сопряжения пакет присадок, включая противоизносные и противозадирные присадки. Низкое качество масла, в том числе, недостаток присадок, может привести к быстрому выходу деталей пары из строя вследствие задиров при соприкосновении поверхностей.

Учитывая полученные требования к сопрягаемым деталям и условиям их работы, можно рассмотреть влияние указанных выше факторов применительно к случаю износа деталей, представленных на экспертизу.

Как известно, 4-цилиндровые дизельные двигатели концерна VWимеют сходную конструкцию газораспределительного механизма, включая распределительный вал и стаканы гидрокомпенсаторов. Однако у исследуемого двигателя, в отличие от двигателей других моделей, диаметр кулачков существенно (практически в 2 раза) больше, что связано с необходимостью компоновки привода насос-форсунок между кулачками распредвала. Практически все остальные узлы исследуемого двигателя и двигателей других моделей, включая детали и элементы цилиндропоршневой группы, кривошипношатунного механизма и системы смазки, идентичны.

Рис. 12. Контактная линия сопряжения кулачка со стаканом гидрокомпенсатора.

Существующая практика эксплуатации и ремонта двигателей концерна VWпрошлых лет выпуска показывает, что при небольших размерах кулачка распредвала на этих двигателях практически не встречаются какие-либо случаи быстрого износа кулачков и стаканов гидрокомпенсаторов независимо от фирмы-производителя этих деталей. Вместе с тем в ремонтной практике уже отмечены многочисленные случаи ускоренного износа аналогичных деталей для дизелей с насос-форсунками, имеющими кулачки распредвала большого диаметра. По мнению эксперта, этот факт свидетельствует в 1-ю очередь не о некачественных комплектующих, а в значительной степени о нарушении смазки и охлаждения деталей, присущих именно конструкции с увеличенными размерами кулачков.

В самом деле, для исследуемого двигателя характерна ситуация, когда при ремонте возникла необходимость замены распределительного вала, или ремонт непосредственно был вызван необходимостью замены распредвала, в то время как для двигателей традиционной конструкции случаи необходимости замены распредвала достаточно редки и, как правило, не связаны с износом кулачков.

Анализ представленных на экспертизу деталей не выявил каких либо признаков низкого качества их механической обработки. Более того, исследования, проведенные в лаборатории завода ММ3 «ЗИА» (рис. 15), показали, что на всех рабочих поверхностях представленных деталей твердость имеет весьма высокий уровень (HRCболее 55-57 на всех рабочих поверхностях, кроме средней части чрезмерно изношенных стаканов), что свидетельствует, напротив, о вполне высоком уровне качества изготовления указанных деталей. Таким образом, утверждение о том, что данные детали имеют брак, прямо не подтверждается результатами проведенных исследований.

Рис. 13. Эффект «масляного клина» при принудительной подаче масла в зону сопряжения кулачка со стаканом.

Вместе с тем, эксперт не исключает полностью, что на износ могло повлиять определенное сочетание материалов распределительного вала и стаканов гидрокомпенсаторов, при котором произошло ускоренное изнашивание деталей, однако с учетом указанных выше уже известных из практики случаев быстрого износа этих деталей более вероятной представляется другая причина.

Кулачки исследуемого распредвала, как уже было сказано, имеют значительно больший диаметр, чем в традиционных конструкциях. Это значит, что скорость скольжения кулачка по рабочей поверхности толкателя в исследуемом двигателе пропорционально выше. Таким образом, для данных условий будут характерны не только высокие скорости скольжения, но и более высокие требования к смазке и охлаждению сопряженных деталей.

Требования качественной смазки и хорошего охлаждения при высокой скорости скольжения кулачка на практике означают, что:

  1. Двигатель должен иметь исправный маслонасос, редукционный клапан, а также номинальные зазоры во вкладышах подшипников коленчатого вала, в противном случае давление и подача масла в головку блока будут понижены, что может быть определяющим фактором быстрого износа кулачков и стаканов гидрокомпенсаторов независимо от производителя этих деталей.
  2. Повышенное давление масла, связанное, к примеру, с подклиниванием редукционного клапана маслосистемы в закрытом положении (встречается у двигателей VW), также может вызвать ускоренный износ кулачков и стаканов гидрокомпенсаторов. При этом будет наблюдаться значительный износ тыльной стороны кулачков, поскольку именно на эту сторону будет повышенное давление со стороны стакана гидрокомпенсатора, испытывающего повышенное давление масла. Косвенно такая картина подтверждается наблюдаемым износом и перегревом тыльной стороны кулачков.
  3. Применяемое масло должно иметь высокое качество, необходимый комплекс присадок и стабильную по температуре вязкость. В частности, для данного двигателя не может быть рекомендовано масло с чрезмерно низкой вязкостью по SAEтипа 0W30, 5W30, 10W30 или аналогичное, которое может вызвать ускоренный износ из-за низкой несущей способности (прочности) масляной пленки.
  4. Количество масла в двигателе должно быть достаточно для нормальной работы системы смазки, в противном случае возникнут условия недостаточной смазки, последствия которых изложены выше.

Общий вывод из указанных замечаний следующий: двигатель с кулачками большего размера, чем у двигателя традиционной конструкции, более чувствителен к качеству смазки именно в плане работоспособности и долговечности кулачков и сопряженных с ними стаканов гидрокомпенсаторов.

Рис. 14. Основные режимы трения сопряженных деталей.

К сожалению, эксперту для исследования не были предоставлены прочие детали двигателя, в том числе детали кривошипно-шатунного механизма и системы смазки, поэтому окончательно подтвердить или опровергнуть любую из рассмотренных причин не представляется возможным. Однако, учитывая результаты измерения твердости деталей, наиболее вероятной причиной износа деталей является нарушение в системе смазки двигателя. Косвенно этот подтверждается также и указанным выше перегревом кулачков.

Без исследования прочих деталей двигателя не представляется возможным точно ответить и на вопрос о том, с чем могут быть связаны эти нарушения смазки — с нарушениями правил эксплуатации, некачественным ремонтом и несвоевременным обслуживанием двигателя или его общим износом, вызванным большим пробегом. Причины, связанные с действиями третьих лиц или непреодолимой силы, представляются эксперту маловероятными и не подтверждаемыми имеющимися фактами.

ВЫВОДЫ

  1. В исследуемом двигателе автомобиля VW Passat, гос. № А 624 РУ 97 RUS, VIN: WWWZZZ3BZ1E114198 обнаружено, что кулачки привода клапанов распределительного вала значительно изношены как на вершине, так и на тыльной стороне, причем на некоторых кулачках имеются следы перегрева металла. Значительно изношена сопряженная с кулачками рабочая поверхность гидрокомпенсаторов, причем на некоторых деталях износ превышает 0,8 мм.
  2. Измерения твердости рабочих поверхностей деталей, а также анализ их внешнего вида не выявили каких-либо явных фактов, свидетельствующих о браке и/или низком качестве производства исследованных деталей.
  3. Проведенными исследованиями установлено, что данная конструкция распределительного механизма двигателя имеет повышенную чувствительность к качеству смазки, что связано с большими скоростями скольжения кулачков по рабочим поверхностям стаканов гидрокомпенсаторов.
  4. Наиболее вероятной причиной износа деталей, по мнению эксперта, является нарушение работы системы смазки, вызванное недостаточной подачей и давлением масла из-за износа маслонасоса и/или подшипников коленчатого вала, низким уровнем масла, применения некачественного масла или масла с характеристиками, несоответствующими нормальной работе сопряжения кулачков распредвала со стаканами гидрокомпенсаторов.
  5. В связи с непредоставлением эксперту для исследования прочих деталей двигателя точно ответить на вопрос, с чем связаны нарушения в системе смазки — с нарушениями правил эксплуатации, некачественным обслуживанием и ремонтом или общим износом двигателя, не представляется возможным.
  6. Другой, но менее вероятной, причиной дефекта, по мнению эксперта, могло стать неудачное сочетание материалов распределительного вала и гидрокомпенсаторов (к примеру, если эти детали были изготовлены разными производителями). Однако точно подтвердить или опровергнуть это предположение можно только путем сложных металлографических исследований представленных деталей в сравнении с оригинальными, ранее установленными в двигателе, что вследствие большой сложности выходит за рамки настоящего исследования.
  7. Причины, связанные с действиями третьих лиц или непреодолимой силы, представляются эксперту маловероятными и не подтверждаемыми имеющимися фактами.
  8. Исходя из полученных результатов, простая установка новых деталей взамен изношенных без полной ревизии системы смазки и состояния кривошипно-шатунного механизма для данного двигателя может привести к ускоренному износу новых распределительного вала и гидрокомпенсаторов независимо от фирмы-изготовителя этих деталей.

Эксперт-автотехник 1-й категории,

кандидат технических наук, Ген.директор ООО «СМЦ «АБ-Инжиниринг» А.Э.Хрулев

Александр Хрулев, канд. техн. наук, директор фирмы «АБ-Инжиниринг»

ЗАМЕНА РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОГО ВАЛА

Распределительный вал заменяют в следующих случаях:

– упало давление в системе смазки двигателя. Причиной этой неисправности часто бывает повышенный износ шеек распределительного вала и гнезд подшипников распределительного вала в головке блока цилиндров. При износе гнезд заменяют головку блока в сборе, так как гнезда выполнены непосредственно в ее корпусе;

– стук клапанов при исправных гидрокомпенсаторах зазоров в механизме привода клапанов. Вызывается повышенным износом кулачков распределительного вала из-за применения низкокачественного моторного масла или повреждения масляного фильтра.

Работа показана на примере двигателя SOHC (4G18), распределительный вал которого вставлен в отверстия подшипников, выполненные в теле головки блока цилиндров.

Два распределительных вала двигателя DOHC (4G63) уложены в открытые постели головки и закреплены на ней съемными крышками (см. рис. 5.2). Распределительный вал двигателей SOHC воздействует на клапаны через коромысла, установленные на осях, прикрепленных болтами к верхней плоскости головки блока. У двигателя DOHC кулачки распределительных валов перемещают нажимные рычаги, опирающиеся одним концом на торцы стержней клапанов, а другим – на гидрокомпенсаторы зазоров в механизме привода клапанов. Нажимные рычаги этого двигателя легко снимаются после снятия распределительных валов. Приемы измерения параметров валов при дефектовке одни и те же для обоих двигателей, различаются только размерные данные.

Рис. 5.2. Головка блока цилиндров двигателя DOHC: 1–впускной клапан; 2–седло впускного клапана; 3–направляющая втулка клапана; 4–опорная шайба пружины клапана; 5–маслосъемный колпачок; 6–пружина клапана; 7–тарелка пружины клапана; 8–сухарь; 9–передняя крышка подшипника распределительного вала; 10–болт крепления крышки подшипника распределительного вала; 11–средняя крышка подшипника распределительного вала; 12–впускной распределительный вал; 13–задняя крышка выпускного распределительного вала; 14–экран датчика фазы; 15–выпускной распределительный вал; 16–нажимной рычаг клапана; 17–гидрокомпенсатор зазоров в механизме привода клапанов; 18–головка блока цилиндров; 19–седло выпускного клапана; 20–выпускной клапан; 21–прокладка головки блока цилиндров

Вам потребуются: те же инструменты, что и для замены маслосъемных колпачков, за исключением тех, которые нужны непосредственно для их замены (используются инструменты только для подготовительных операций) (см. «Замена маслосъемных колпачков»). Дополнительно необходим микрометр.

1. Снимите воздушный фильтр (см. «Снятие и установка воздушного фильтра»).

2. Снимите крышку головки блока цилиндров (см. «Замена прокладки крышки головки блока цилиндров и уплотнительных колец колодцев свечей зажигания»).

3. Снимите обе оси коромысел клапанов вместе с коромыслами (см. «Замена маслосъемных колпачков»).

ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ

Не переворачивайте снятые коромысла вместе с осью плунжерами гидрокомпенсаторов вверх, чтобы из полостей гидрокомпенсаторов не вытекло масло.

ПРИМЕЧАНИЕ

Если вы не предполагаете менять коромысла, не снимайте их с осей, чтобы оставить на своих местах: каждый ролик коромысел прирабатывается к своему кулачку распределительного вала.

4. Отсоедините от датчика фазы колодку жгута проводов, нажав на ее пружинный фиксатор.

5. Выверните три болта крепления корпуса датчика фазы к головке блока.

ПРИМЕЧАНИЕ

Обратите внимание: на одном из болтов установлен «массовый» провод. При сборке узла не забудьте установить его на место.

6. Поддев отверткой, отделите корпус датчика от головки блока…

7. …и снимите корпус.

ПРИМЕЧАНИЕ

Корпус датчика фазы установлен на герметик, какая-либо прокладка в соединении отсутствует.

8. Снятию распределительного вала непосредственно на автомобиле мешает кронштейн крепления воздушного фильтра. Выверните три болта крепления кронштейна к кузову…

9. …выньте из отверстия кронштейна держатель жгута проводов…

10. …и снимите кронштейн.

ПРИМЕЧАНИЕ

На двигателе DOHC кронштейн крепления воздушного фильтра снимать не требуется.

11. Снимите зубчатый шкив распределительного вала (см. «Замена сальника распределительного вала»).

12. Аккуратно, стараясь не повредить острыми кромками кулачков рабочие поверхности подшипников, извлеките распределительный вал из постелей головки блока.

13. Если вы заменяете распределительный вал, а на новом валу нет экрана датчика фазы, выверните болт крепления экрана…

14. …снимите экран и переставьте его на новый вал.

ПРИМЕЧАНИЕ

На двигателе DOHC экран датчика фазы установлен на выпускном распределительном валу.

15. Осмотрите распределительный вал. На резьбе в отверстиях для крепления зубчатого шкива и экрана датчика фазы не должно быть повреждений и износа, а на упорном буртике 3 – следов чрезмерного износа и забоин. Поверхности опорных шеек 2 и кулачков 1 должны быть хорошо отполированы и без повреждений. На рабочих поверхностях шеек 2 не допускаются задиры, забоины, царапины, наволакивание алюминия от гнезд подшипников в головке блока. Если на рабочих поверхностях кулачков 1 есть следы заеданий, перегрева, глубокие риски или износ в виде огранки, замените вал.

ПРИМЕЧАНИЕ

Шлифовка кулачков распределительного вала для устранения ступенчатого износа запрещена, так как при изменении размеров профиля кулачков будут нарушены фазы газораспределения.

16. Измерьте высоту профиля кулачков (размер между вершиной и затылочной частью кулачка) и сравните с номинальным и предельно допустимым размерами (табл. 5.1).

При износе, превышающем допустимое значение, замените распределительный вал, так как перешлифовка кулачков на ремонтный размер не предусмотрена.

Таблица 5.1 НОМИНАЛЬНЫЕ И ПРЕДЕЛЬНО ДОПУСТИМЫЕ

РАЗМЕРЫ ПРОФИЛЕЙ КУЛАЧКОВ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОГО ВАЛА

Измеряемый кулачок

Размер профиля кулачка, мм

номинальный

предельно допустимый

при износе

Кулачок впускного клапана:

двигатель G13

двигатель G18

двигатель G63

36,86

37,17

34,91

36,36

36,67

34,41

Кулачок выпускного клапана:

двигатель G13

двигатель G18

двигатель G63

36,68

36,99

34,91

36,18

36,49

34,41

17. В мастерских, оборудованных специальными инструментами и приспособлениями, можно проверить радиальное биение шеек распределительного вала. При биении более 0,02 мм или несоосности шеек замените вал, так как его правка не допускается.

ПРИМЕЧАНИЕ

При установке нового распределительного вала коромысла клапанов рекомендуем заменить новыми. Перед первым пуском двигателя и для улучшения условий приработки рекомендуем добавить в моторное масло противозадирную антифрикционную присадку марки 1051396EP или аналогичную.

18. Установите распределительный вал и все снятые детали в порядке, обратном снятию. Перед установкой корпуса датчика фазы удалите остатки герметика с привалочных поверхностей корпуса и головки блока и нанесите новый герметик.

ПОЛЕЗНЫЙ СОВЕТ

Привалочные поверхности головки блока и корпуса датчика перед нанесением герметика не обезжиривайте, только тщательно удалите с них масло. Это обеспечит возможность легкой разборки соединения при необходимости в дальнейшем.

ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ

Пускать двигатель после установки распределительного вала можно не ранее чем через один час, это время необходимо для полимеризации герметика.

19. Отрегулируйте натяжение ремня привода распределительного вала, ремня привода генератора и водяного насоса и ремня привода насоса гидроусилителя рулевого механизма и компрессора кондиционера.

сообщение №929

Работа исправного и хорошо отрегулированного двигателя похожа на музыку. В ней все подчинено строгой гармонии тактов, да и сам мотор чем-то напоминает слаженный оркестр. Среди сотен деталей, из которых устроены системы и механизмы современного четырехтактного мотора, есть «детали-исполнители», но есть и «дирижеры». Одним из «дирижеров» является распределительный вал, управляющий самыми важными рабочими процессами — наполнением и очисткой цилиндров.

Конечно, роль распределительного вала можно сравнить с ролью дирижера в оркестре. Но, пожалуй, точнее, с инженерной точки зрения, было бы назвать его программным механизмом поршневого двигателя внутреннего сгорания.

Качество рабочих процессов в моторе обеспечивается строгой взаимосвязью его деталей, их размеров, последовательностью действия. Учитывается абсолютно все: и форма камеры сгорания, и диаметры клапанов, и длина впускного тракта, и момент воспламенения горючей смеси, словом, в двигателе нет ни одного параметра, не влияющего на соседа. Большую часть деталей однажды изготовляют на заводе по заданным конструктором чертежам, собирают в узлы и до самой разборки для ремонта они остаются недосягаемыми. И только распределительный вал среди всех механизмов требует регулярного внимания.

Здесь снова приходит на ум сравнение двигателя с музыкальным механизмом. Вспомните популярные в прошлом часы, шкатулки, шарманки, которые наигрывали самые разные мелодии. Принцип конструирования их приводных валиков сродни тому, что используется при расчетах распределительных валов. Набор звучащих на разных нотах стальных пластин, которые в определенной последовательности цепляются выступами-штырями валика, — вот и вся премудрость. Изготовил, настроил, и механизм сто лет «поет» и бабушкам и внукам.

Условия работы распределительного вала несравнимо хуже. Он обязан выдерживать «мелодию» работы двигателя при самых разных оборотах коленчатого вала, при плюс 1000°С в цилиндрах и минус 50°С на улице, часами, а порой и сутками, непрерывно, почти без отдыха. При этом вал должен не только заставлять двигаться связанные с ним клапаны, но и беречь их от перегрузок.

Рис. 1. Профиль кулачка: 1 — сектор отдыха; 2 — сектор ускорения; 3 — боковая поверхность; 4 — вершина; 5 — сектор максимального открытия клапана.

Важнейший элемент распределительного вала — кулачок. Кулачков столько, сколько клапанов в механизме газораспределения. Как правило, два на цилиндр. Число цилиндров у различных моторов, все знают, разное. От одного до шестнадцати. Все, что происходит в одном цилиндре, обеспечивается парой кулачков, управляющих впускным и выпускным клапанами. От положения на валу кулачковых пар зависит очередность работы отдельных цилиндров. Кроме того, конечно, учитываются их число и расположение (рядное, V-образное, оппозитное), и порядок работы каждого всегда строго увязан с точно определенным и равным для всех углом поворота коленчатого вала. Совершенно обязательно, чтобы рабочие процессы в каждом цилиндре были максимально приближены к единообразию. Но сначала о кулачке.

Толстая, или широкая, часть его предназначена для отдыха, тонкая — самая нагруженная. У него важны абсолютно все участки поверхности, которые с соответствующими названиями показаны на рис. 1. Причем важность и тонкость расчета профиля каждой части кулачка постоянно возрастают по мере роста максимального числа оборотов у двигателей. Приняв разделение профиля кулачка на секторы, нам легче будет представить себе их значение. Начнем с того момента, когда клапан закрыт и, прижавшись к седлу, остывает. Особенно важно это для выпускного клапана, омываемого только раскаленными газами. Кулачок в это время тоже свободен после трения о толкатель («волги», старые «москвичи»), коромысло («Москвич — 412») или рычаг («Жигули») привода клапана и повернут к нему сектором отдыха. Хотелось бы сделать этот период возможно более длительным. Но конструктивные особенности двигателей ограничивают его в пределах 140-160 градусов.

Поворачиваясь вместе с валом, кулачок должен выбрать тепловой зазор в работающей с ним паре трения и начать подъем клапана от седла, подготавливая его к полному открытию. Здесь в дело включается сектор ускорения. От профиля этого участка кулачка зависит скорость подъема клапана и характер нарастания нагрузок на кулачок от клапанной пружины. Как-никак, а даже в свободном состоянии пружина прижимает клапан к седлу с усилием до 15 кг. При полном открытии клапана сопротивление пружины добавляет еще килограммов 30. А если учесть, что соотношение плечей рычагов в клапанном приводе не в пользу кулачка, то выяснится, что нагрузка на него возрастает еще и в максимальном значении может приблизиться к 50 кг. Распределяется же она всего лишь на тоненькой линии по всей ширине кулачка, площадь которой, как правило, не более 0,2 мм2. Конечно, все эти цифры приблизительны, но их значения близки к реальным для большинства легковых двигателей, и благодаря им можно посчитать удельные нагрузки на рабочую площадь поверхности кулачка. Грубый подсчет даст величину 200 кг/мм2, что, образно говоря, равно весу опрокинутой пирамиды из 35 «жигулей», опирающейся на площадь монетки достоинством в 1 копейку. Выдержать такие громадные нагрузки могут только специальные стали или отбеленный чугун, из которых делаются распределительные валы современных моторов, да и то при условии упрочняющей термообработки их, хорошей смазки и точного соблюдения времени работы и отдыха кулачков, что определяется известными всем зазорами. От величины «зазоров в клапанах» зависит и как — с ударом или постепенно — начнет открываться клапан, и как — мягко или с отскоком — сядет он обратно в седло. Но об этом несколько позже.

Возвращаясь к сектору ускорения кулачка, можно сказать еще, что в нем заложены мощностные характеристики двигателя. Он регулирует время открытия клапана, а оно в большей мере, чем открытое клапаном отверстие для газов, влияет на наполнение цилиндра. Как и сектор отдыха, сектор ускорения хочется сделать возможно большим.

Рис. 2. Рабочие такты (а) четырехтактного двигателя, соответствующий им график (б) углов поворота коленвала и линии открытия выпускного и впускного клапанов; П — угол перекрытия фаз газораспределения; (в) — типичная схема фаз газораспределения.

Вершина кулачка определяет время, когда клапан открыт полностью. Естественно желание продлить его, а для этого необходимо удлинить поверхность, иными словами, сделать вершину тупой, разумеется, при той же высоте, так как она определяет высоту подъема клапана.

Из всего сказанного о профиле кулачка очевидно, что конструктор всегда стоит перед поиском компромисса, удовлетворяющего определенным режимам работы двигателя. Удлинили сектора отдыха и ускорения — уменьшилась длина вершины. В результате получим клапанный механизм, работающий в спокойном режиме, с большим ресурсом, но мощность двигателя будет невысокой. Сделали круче боковую поверхность и более тупую (длинную) вершину — механизм загрузился, время отдыха его уменьшилось, но зато выходная мощность мотора (производная от наполнения цилиндра) возросла.

Создав необходимый профиль кулачка, конструктор выбирает оптимальные условия совместной работы клапанов — фаза наполнения следует сразу же за очисткой цилиндра, и важно не мешкать ни с тем, ни с другим. Времени для этого всегда меньше, чем хотелось бы. Представим себе один из наиболее употребляемых режимов работы двигателя — 2400 об/мин. Распределительный вал повернется в два раза меньше, и каждый из четырех впускных или выпускных клапанов на любом из наших индивидуальных автомобилей откроется за это время 1200 раз. 20 раз в секунду распределительный вал должен будет открыть выпускной клапан, закрыть его, открыть впускной клапан, закрыть его и дать клапанам немного отдохнуть перед следующим циклом. Дефицит времени и характер газодинамических процессов, происходящих в цилиндре, позволяют совместить начало впуска свежей рабочей смеси с концом выпуска отработавших газов. При этом они даже несколько перекрываются, что в характеристике двигателя называется углом перекрытия фаз газораспределения (рис. 2). Для каждого мотора угол перекрытия свой и зависит от многих параметров — от объема цилиндра, проходного сечения отверстий под клапанами, изменения скорости потока вылетающих из цилиндра газов и соответствующего, изменения давления в нем и др. А поддерживается он в требуемых пределах все той же регулировкой «клапанных зазоров». От нее же зависят и условия, в которых приходится работать клапанам, находящимся в буквальном смысле в самом пекле.

Схемы механизмов газораспределения: с нижним (а) и верхним (б) расположением распределительного вала; стрелками показаны пары трения, определяющие величину суммарного зазора в приводе

Зона отдыха на кулачке обеспечивает клапану на остывание минимум третью часть времени от одного оборота. Кое-что перепадает ему от зон ускорения, там, где профиль кулачка начинает отходить от круга до величины суммарного зазора в приводе клапана. Все вместе может обеспечить клапану отдых около половины времени оборота вала. И чем выше частота вращения распределительного вала, тем существеннее для клапана эта разница между третью и половиной рабочего времени кулачка, которая отводится ему для отдыха.

Отсюда уже начинается чистая практика, волнующие каждого автомотолюбителя вопросы правильной регулировки зазоров в клапанном механизме. Ошибок здесь может быть только две, а последствий гораздо больше.

Зазор велик. Его мы определяем по характерному шуму под клапанной крышкой, напоминающему стрекотанье старой швейной машинки. Но шум лишь косвенный показатель того, что происходит в механизме привода клапанов. На самом деле разница между работой механизма с нормальными и увеличенными зазорами может быть сравнима с ездой по асфальтовому и булыжному шоссе со всеми вытекающими отсюда последствиями. Минуя участок плавного перехода сектора отдыха в сектор ускорения, кулачок с размаху бьет боковой поверхностью в привод, через который удар передается на стержень клапана. Здесь энергия его распределяется вдоль стержня и на стенки направляющей втулки. Открыв ненадолго клапан, кулачок по той же сокращенной программе резко бросает клапан, и пружина с большим усилием сажает его в седло. Процесс этот повторяется снова и снова, производя микроразрушения в структуре поверхностных слоев работающих в паре деталей и, в конечном итоге, намного раньше положенного срока выводит их из строя. Надо отметить, что двигатель в целом не остался безучастным к этому. Упала его мощность, и для той же работы, которую он проделывал, чтобы катить машину со скоростью 60 км/ч, ему уже потребовалось несколько больше топлива. Разумеется, и эти прямые и будущие ремонтные расходы адресованы владельцу машины.

Зазор мал. Это значит, что кулачок, едва посадив, правда, мягко, клапан в седло, тут же, не дав отдохнуть и остыть, снова поднимает его. При очень малых зазорах удлинившийся от нагревания клапан может и вовсе зависнуть над седлом. В результате температура тарелки клапана поползет вверх, кромки ее начнут перегреваться и обгорать, компрессия в цилиндре упадет, а вместе с ней и мощность. Порой дело доходит до «стрельбы» в карбюратор или в глушитель. При этих признаках ремонта уже не избежать. Не остается без пагубных последствий и сам кулачок. Он больше времени трется о привод клапана, меньше смазывается и, в конечном итоге, изнашивается раньше времени, приводя в полную негодность весь распределительный вал.

Надо отметить, что любое отклонение в величине зазоров влечет за собой изменение в углах перекрытия фаз газораспределения, что тоже всегда некстати.

Случается, что после самой тщательной регулировки зазоров стуки от «распущенных» клапанов сохраняются. Причина — в неравномерных износах трущихся пар. Здесь могут быть и сколы, и неровные впадины на рычагах и кулачках. Чаще всего неудачи при регулировке встречаются у двигателей с нижним расположением распределительного вала и верхними клапанами («волги», «москвичи» среднего поколения, «запорожцы»). Большое количество пар трения в этих приводах (рис. 3, а) требует повышенного внимания и дополнительных забот при ремонте и уходе за мотором. У более современных «москвичей» и «Жигулей» (рис. 3, б) их всего три, и обслуживать их гораздо проще.

СОКОЛОВ А.Д. (За Рулем №4, 1979)

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *