Как самостоятельно диагностировать прогорание клапанов

Газораспределительный механизм, являясь частью двигателя, представляет собой высокотехнологичную прецизионную систему, от нормального функционирования которой зависит качество топливовоздушной смеси и её количественные характеристики.

Клапана, входящие в состав ГРМ, вынуждены работать в исключительно тяжёлых, можно даже сказать, экстремальных условиях. Они страдают от воздействия высоких давлений и температур, а если газораспределительный механизм функционирует со сбоями, это сказывается, в первую очередь, на ресурсе клапанов. При этом существует немало причин, приводящих к преждевременному их прогоранию.

Задача каждого водителя – уметь распознавать такие случаи, поскольку если не предпринимать никаких мер, капитального ремонта силового агрегата не избежать. Разумеется, только замена клапанов ситуацию не исправит, поскольку необходимо выяснить реальную причину возникновения неисправности. Мы постараемся помочь начинающим водителям усвоить методы диагностики клапанной системы.

Прогорание клапана как явление

Разумеется, металл не горит, тем более – если это высокопрочный сплав, характеризующийся отличной способностью противостоять высоким температурам. Но прогар клапана – термин, который связан не с горением этой детали ГРМ, а с возникновением дефектов её поверхности. Прежде всего – с появлением очагов расплавления и трещин. Если такие дефекты становятся причиной потери герметичности клапана (с технической точки зрения говорят о неплотном прилегании тарелки клапана к седлу), это неминуемо отразится на функционировании самого мотора, а в дальнейшем может стать причиной его выхода из строя.

Причины прогорания клапанов

Почему прогорают выпускные клапана? Условно говоря, основных причин всего две: результат воздействия термических/механических перегрузок и заводской брак.

Как ни странно, вторая причина не является такой уж редкой: согласно итогам некоторых исследований, примерно 20% вышедших из строя клапанов – результат производственного дефекта. Оптимисты утверждают, что эти данные уже устарели, поскольку подобные исследования проводились около 15 лет назад, а с тех пор многое изменилось:

• материалы стали совершеннее;
• точность производственных операций повысилась;
• контроль за качеством также претерпел немалые изменения в положительную сторону.

Так или иначе, но полностью исключить производственный фактор нельзя и сегодня. Любая неоднородность, любой, даже микроскопический, очаг загрязнения сплава, обычно становится причиной возникновения в этом месте микропор и трещин, которые со временем приводят к изменению геометрии детали и началу процессов, приводящих к её разрушению. К таким же результатам приведёт некачественное адгезионное покрытие клапана.

Поэтому, приобретая новые комплект клапанов, следует предпринять следующие шаги, направленные на выявление заводского брака:

• проведите визуальный осмотр изделий на предмет наличия дефектов, видимых невооружённым глазом;
• измерьте соответствие геометрических размеров клапанов номиналу, принятому для конкретного двигателя;
• не покупайте клапана в сомнительных местах – только в крупных автомагазинах, желательно – сетевых;
• доверяйте только известным и проверенным брендам.

А теперь рассмотрим причины прогара клапанов в результате их естественного износа. Их, собственно говоря, тоже можно разделить на две большие группы:

1. Собственно прогорание тарелки клапана в результате термического воздействия;
2. Разламывание из-за возникновения внутренних механических дефектов.

Дело в том, что выпускные клапана подвергаются более существенному нагреву. Впускные подвергаются дополнительному охлаждению за счёт постоянной подпитки свежей ТВС, благодаря чему их рабочая температура составляет около 400°С.

У выпускных клапанов такой возможности охладиться нет. Более того, их дополнительному разогреву способствует поток горячих выхлопных газов. В результате они прогреваются до 600-650°С. Неудивительно, что они более восприимчивы к прогоранию, особенно если речь идёт о двигателях с высокими мощностными характеристиками.

Как правило, выпускные клапана изготавливаются из нержавеющей стали (либо целиком, либо только рабочая часть – головка). На мощных дизельных/бензиновых силовых агрегатах поверхность клапана дополнительно обрабатывают сплавами на основе кобальта, обладающими более высокими износостойкими свойствами.

Стандартная схема отвода тепла от обоих типов клапанов – через направляющий клапан. Около 75% тепловой энергии отводится именно таким способом, через седло. Это означает, что для предотвращения прогара клапанов их контакт с седлом должен быть максимально плотным. Остальные 25% выводятся через клапанный стержень, рассеиваясь по направляющей.

Любые нарушения в процессе теплоотдачи приводят к перегреву клапанов, в результате чего и начинается процесс его деформации и разрушения.

В качестве примера можно привести ситуацию с установкой новых клапанов. Если их высота соответствует номиналу, то после притирания клапана располагаются в ГБЦ чуть глубже, чем положено. А значит, стержни будут торчать слишком высокого, геометрия коромысла изменится, а при выходе силового агрегата на рабочий температурный режим зазор практически исчезает.

Обычно геометрию клапанного механизма восстанавливают стачиванием кромки стержней, но в ряде случаев это не помогает, и тогда клапана подлежат замене.

Впрочем, приобретение клапанов с головками увеличенного размера, что, по идее, должно компенсировать результаты притирки, тоже далеко не идеальный способ решения проблемы. Если седло сильно изношено, клапан будет опускаться в цилиндр больше необходимого, частично или полностью перекрывая зазор, при этом клапан будет прилегать к седлу неплотно. Результат – его перегрев в месте деформации поверхности и постепенное разрушение.

Чаще всего такая ситуация происходит на устаревших моторах, на которых не предусмотрена жёсткая конструкция сёдел. Подвержены таким воздействиям и силовые агрегаты, устанавливаемые на тяжёлую технику: большегрузные грузовики, суда, сельскохозяйственные машины. Установка современных жестких сёдел, оснащённых стеллитовым кобальтовым покрытием, позволяет существенно увеличить ресурс клапанов.

Прогорание может являться причиной возникновения проблем в системе охлаждения и смазки двигателя, поскольку в этом случае его перегрев неизбежен, а повышение температуры негативным образом скажется и на работе газораспределительного механизма.

Так что следите за уровнем охлаждающей жидкости и моторного масла. Вышедший из строя термостат, забитый радиатор, поломка гидронасоса или вентилятора – все эти неисправности могут стать причиной начала процесса разрушения клапанов, к уменьшению зазора в цилиндрах и, в итоге, к заклиниванию клапанов.

Те же последствия характерны и при наличии проблем с системой зажигания (временной сдвиг), и при нарушении пропорций смесеобразования, поскольку в этих случаях температура сгорания ТВС также может существенно вырасти.

Клапана в двигателе могут прогорать и в результате неполадок в системе выхлопа (повреждение труб, закупорка каталитического нейтрализатора), поскольку в этом случае теплоотвод из двигателя в значительной степени затрудняется.

Признаки прогоревшего клапана

Опытные водители знают, что если мотор начинает троить независимо от режима работы, причина может заключаться либо в нарушении зазора клапанов, а это может происходить из-за их прогорания.

Косвенными симптомами этого является падение мощности силового агрегата и увеличение расхода горючего, однако эти признаки могут свидетельствовать и о ряде других неполадок:

• физическом износе поршневых колец, в результате которого в цилиндрах падает уровень компрессии;
• поломке форсунок (инжекторные ДВС), проблемах в системе питания двигателя;
• нарушении целостности высоковольтных проводов;
• выходе из строя свечей зажигания.

Поэтому, дабы исключить все вышеперечисленные варианты, проводят диагностику силового агрегата по следующему алгоритму:

• начинают с диагностики работоспособности свечей зажигания, которая проводится при работающем на холостом ходу моторе посредством последовательного отсоединения свечных колпачков. Если при этом двигатель начинает работать хуже – проблема не в ГРМ, если же стабильность работы силового агрегата не изменилась – скорее всего, вы обнаружили действительно проблемный цилиндр;
• чтобы исключить свечу зажигания как причину ухудшения работоспособности двигателя, её меняют на заведомо рабочую. Если в результате улучшений нет – значит, виновник – не система зажигания, а диагностику неисправности следует продолжить;
• такая же процедура проводится и в отношении высоковольтных проводов;
• если и такая проверка не выявила проблему, очевидно, что причиной ухудшения работы силового агрегата является либо прогорание клапанов, либо залегание колец (или их критический износ). Обе неисправности приводят к уменьшению степени компрессии в том цилиндре, который мы определили как проблемный, но поверхностные методы диагностики для уточнения диагноза здесь неприменимы;
• необходимо измерить уровень компрессии на прогретом двигателе, после чего в свечное отверстие плохо работающего цилиндра заливают пару капель ММ. Если в результате повторного измерения компрессии она выросла, то мы имеем дело с залеганием поршневых колец;
• если уровень компрессии не изменился – это симптом прогорания клапана.

Дополнительным признаком этого может служить состояние свечи зажигания: если она окажется сухой, без признаков наличия следов моторного масла, то это свидетельствует о клапанной неисправности. В противном случае можно говорить о неисправности поршневой группы, о чём также будет говорить дым сизого оттенка, идущий из снятого сапуна.

Как диагностировать прогорание клапана без демонтажа ГБ

В принципе процедура, как определить прогар клапана, не прибегая к снятию головки блока, была описана выше.

Отметим, что для двигателей, которые предусматривают периодическое проведение процедуры регулировки клапанного механизма, несвоевременное его выполнение также грозит прогаром клапанов. Современные силовые агрегаты оснащаются системой автоматической регулировки теплового зазора, однако и в этом случае любые проблемы, связанные с функционированием гидрокомпенсаторов, также могут привести к частичной деформации поверхности клапанов.

Отметим, что при проведении процедуры регулировки слишком зажатые клапана грозят более серьёзными последствиями, чем недожатые. В частности, это приводит к преждевременному износу стержня и направляющей втулки. А это – деформация механизма, изменение его геометрии со всеми вытекающими последствиями, о которых мы поговорим позже.

Такими же неприятностями грозит работа ЦПГ на обеднённой смеси. Особенно страдают при этом моторы с установленным ГБО, а это тенденция последнего времени, связанная с дороговизной бензина по сравнению со сжиженным газом.

Чаще всего автомобилисты, измерив уровень компрессии и установив, что она не соответствует нормативным показателям, спешат диагностировать неисправность с целью уточнения диагноза, хватаясь за комплект ключей и принимаясь за демонтаж головки БЦ. В принципе в этом нет ничего предосудительного, поскольку устранение неисправности всё равно чревато разборкой силового агрегата.

Но имеется способ, позволяющий определить причину ухудшения характеристик двигателя без его разборки. А если вы будете заранее знать, из-за чего мотор начал сбоить, вы быстрее устраните проблему. Сам способ достаточно простой и требует минимального знания конструкции мотора.

Итак, процедура проверки заключается в следующем:

• заводим двигатель, даём ему выйти на рабочий режим;
• отсоединяем шланг сапуна и наблюдаем результаты;
• если из отверстия просто дует тёплым воздухом без дыма или с минимальной, практически невидимой задымленностью, то дело в прогорании клапанов;
• в тех случаях, когда из отверстия валит хорошо различимый дым плотной консистенции с серым оттенком, причём с явно выраженным запахом выхлопа – мы имеем дело с проблемами поршневой группы. Вероятнее всего – с залеганием колец или прогоранием самого поршня;
• далее, без оглядки на наличие/отсутствие дыма, выкручиваем свечу из цилиндра, определённого как проблемный. Если повреждена поршневая группа, она будет замасленной, если сухой – то это ещё один довод в пользу наличия проблем с клапанным механизмом.

Если вы определили, что прогорел определённый клапан, можете не сомневаться, что состояние других также не идеально. Убедиться в этом можно, разобрав ГБЦ. Но если состояние других клапанов нормальное, можно поменять только прогоревший, но с обязательной заменой всех маслосъёмных колпачков. И, конечно, не следует забывать о притирке нового клапана.

Решение проблемы прогара клапанов

Если достаточно точная диагностика может быть выполнена без снятия ГБ, то для ремонта потребуется замена, которая без частичной разборки силового агрегата невыполнима.

Итак, что делать, если прогорел клапан, а двигатель при этом троит на всех режимах и отказывается работать?

Разборка газораспределительного механизма может различаться в зависимости от модели ТС, но в целом процесс демонтажа/сборки примерно одинаков. Для начала нам нужно будет отсоединить отрицательную клемму от АКБ, трубки и шланги подачи к силовому агрегату технических жидкостей, демонтировать навесное оборудования (карбюратор при этом можно трогать), вывернуть свечи. После этого можно приступать к снятию крышки ГБ, открутив соответствующие болты крепления.

В дальнейшем процедура осуществляется в следующей последовательности:

• снимается приводной ремень;
• демонтируется шкив;
• откручиваются болты, удерживающие корпус распредвала;
• демонтируется крышка вместе с сальниками;
• с головки блока снимается собственно распределительный вал.

Рассухаривание клапанов осуществляется либо с использованием специального инструмента, либо при его отсутствии – старым проверенным способом. Его суть заключается в следующем:

• чтобы не потерять сухарь, подкладываем под отверстие ветошь или небольшой резиновый коврик;
• накладываем на торец стержня трубку с диаметром меньшего размера, чем у шайбы;
• производим резкий и мощный удар молотком по тарелке для полного сжатия пружины, что спровоцирует выпадение сухариков.

Без наличия опыта подобный метод может обернуться такими неприятностями, как погнутый стержень клапана, поэтому новичкам лучше всё же обзавестись рассухаривателем – он стоит относительно недорого. В крайнем случае, инструмент можно просто одолжить.

Теперь можно вытащить сам клапан, который подвергается тщательному осмотру и при наличии явно видимых эффектов подлежит замене на новое изделие. Если повреждения носят скорее косметический характер, клапан можно просто очистить от загрязнений и затем притереть.

Если же образовавшиеся на седле раковины и области прогара слишком велики и глубоки, которые невозможно убрать посредством притирки, процедура очистки выполняется с помощью шарошки – так называется специнструмент для обработки металлических поверхностей. Она представляет собой насадку, одеваемую на дрель, для устранения значительных механических повреждений металлических поверхностей.

При её использовании необходимо следить, чтобы слой снятого металла не был слишком большим – это станет причиной большей склонности седла клапана к перегреву. При работе с шарошкой её головку следует периодически смазывать, в противном случае износ инструмента будет значительным.

Замена детали требуется в случае деформации стержня или наличия сквозных дефектов – трещин или прогаров. Хотя изогнутый стержень можно привести в исходное состояние, но этого делать не рекомендуется. Во-первых, потому, что точной геометрии добиться будет сложно, а во-вторых, такой металл уже не будет обладать изначальной прочностью, и не исключено, что в ближайшем будущем такой ремонт придётся повторять.

Магазинные клапаны, которые мы приобрели для замены, должны иметь идентичные размеры, особенно это касается высоты изделий. Поверхность стержня и седла не должна иметь механических повреждений. Многие автомобилисты перед установкой новых клапанов подвергают их дополнительной полировке.

После притирки процесс установки повторяется в обратном порядке. Отметим, что притирка считается одним из важнейших этапов, поскольку именно она ответственна за устранение всех микродефектов контактирующих поверхностей.

К выбору притирочной пасты следует отнестись с пониманием того, что на рынке представлено большое количество продукции неизвестного происхождения и сомнительного качества. Лучше выбирать продукт из более высокой ценовой категории, причём потребуется и крупнозернистый порошок, и паста маленьких фракций. Первым средством производят первичную притирку, вторым – финишную обработку. Собственно говоря, притирочная паста является аналогом наждачки, но поскольку обработке подвергаются детали сложной геометрии, она представляет собой абразивную жидкость (результат смешивания порошка и моторного масла до образования пастообразной смеси).

Процесс притирки осуществляется в такой последовательности:

• на фаску нового или тщательно вычищенного и отполированного старого клапана наносится небольшое количество крупнозернистой смазки;
• клапан устанавливаем во втулку, при этом пружина должна находиться на штатном месте. Стержень рекомендуется смазать графитовым составом для уменьшения сопротивления при вращении втулки и недопущению попадания на стержень притирочной пасты;
• устанавливаем на стержне специнструмент для притирки. Подойдёт и обычная дрель, установленная в реверсный режим работы. Она крепится к клапану посредством шланга, который хомутами стягивается на самой дрели и на стержне. Если электродрели нет, можно использовать её ручной аналог или даже обыкновенную отвёртку, но трудоёмкость притирки в этом случае многократно возрастёт;
• предварительная обработка производится на малых оборотах дрели, не превышающих 400-500 оборотов/минуту. Если не следовать этой рекомендации, можно перегреть и седло, и клапанный пояс;
• при притирке следует двигать дрелью вдоль канавки стержня – вращательного момента недостаточно;
• после такой предварительной обработки все выступы и неровности сглаживаются, а клапан подвергается тщательной очистке. Определить момент окончания притирки можно по появлению серой плоски на поверхности ножки клапана;
• теперь можно приступать к финишной обработке, нанеся на клапан слой мелкозернистого состава. Сам процесс не отличается от предыдущего – это последовательность вращательно-поступательных движений;
• важно очистить клапан от загрязнений и после чистовой притирки, после чего нанести на деталь чистое ММ и повторить процесс, чтобы убедиться, насколько плотно к седлу прилегает клапан;
• наконец, завершающий этап – проверка герметичности, которая выполняется при помощи керосина. Она осуществляется после установки клапана в ГБ вместе с пружиной. Саму головку кладём на бок и начинаем закрывать клапан. Если налить сверху немного керосина, он не должен проходить в камеру сгорания.

Как видим, замена клапанов – процедура не сложная, но требующая большой аккуратности. Если она выполняется впервые, важно при разборке запоминать расположение всех механизмов и деталей. Избежать ошибок поможет маркер, которым можно пометить все сопрягаемые детали во время демонтажа.

Последствия прогорания клапанов

Водители со стажем знают ответ на вопрос, можно ли ездить с прогоревшим клапаном. При самом оптимальном раскладе, если не обращать внимания на проблему на первых порах, главным следствием прогара клапанного механизма станет увеличившийся расход горючего как следствия падения совокупной мощности мотора по причине неработоспособности одного из клапанов.

Если продолжать игнорировать детонацию двигателя, седло клапана может прогореть насквозь, из-за чего заменой клапанов уже не обойтись – придётся менять и головку.

Иногда в результате раскрошения клапана кусок отколовшегося металла попадает в цилиндр. Если он достаточно крупный, то велика вероятность, что он сможет повредить поршень и даже стенки цилиндра. В последнем случае двигатель подлежит полной замене.

При наличии ГБО процедуру регулировки клапанов следует осуществлять намного чаще – примерно каждые 10000-12000 километров пробега. Причина – более высокие температурные характеристики горения газово-воздушной смеси. Сама процедура регулировки более сложная и ответственная. Дело в том, что выпускные клапаны при использовании газа обычно слегка поджаты. Достаточно их ещё немного поджать, чтобы клапан начало подклинивать, и тогда его прогорание – лишь вопрос времени. Бензиновые агрегаты в этом отношении более безопасны.

Не рекомендуется обеднять газовую смесь ради экономии – потеря мощности двигателем заставит вас с большим усилием, чем обычно, надавливать на педаль акселератора, а в итоге расход даже увеличится, а клапаны при этом начнут подгорать.

Но если регулировка подачи ТВС выполнена правильно, мощность силового агрегата установится на уровне, сравнимом с работой мотора на бензине. Водители, привыкшие ездить на бензине, обычно производят регулировку при появлении детонационных шумов, и это в принципе верно. Но для машин на газу такой подход неприемлем – осуществлять регулировку следует, не дожидаясь уменьшения компрессии, клапан может прогореть и без появления такой симптоматики, как шумы при работе двигателя.