Что такое регулировка клапанов (коромысел)? Зачем и когда она нужна?

Ранним утром запущенный тягач стучит из-под клапанной крышки — обычно это списывают на «шум холодного двигателя». Через несколько месяцев тот же автомобиль перестаёт тянуть на подъёме, и компрессия одного из цилиндров оказывается заметно ниже нормы; при снятии крышки на фаске выпускного клапана виден прогар. За прошедшее время изменилась только одна величина — небольшой зазор, измеряемый в десятых долях миллиметра. Этот материал рассматривает регулировку клапанов не как рядовую операцию техобслуживания, а как измерительную процедуру, управляющую тепловым поведением механической цепи от распределительного вала до тарелки клапана.

Что такое зазор клапана и зачем он нужен?

Зазор клапана — это преднамеренно оставленный свободный промежуток между элементами замыкающей цепи при закрытом клапане; регулировка клапана — это приведение этого промежутка к значению, заданному производителем. Зазор не является дефектом или производственным допуском — он заложен в конструкцию. Его единственная цель: не дать деталям, расширяющимся при выходе двигателя на рабочую температуру, приподнимать клапан над седлом, то есть не дать клапану оставаться неплотно закрытым.

Причина — тепловое расширение. Пока двигатель прогревается от холодного состояния до рабочей температуры, стержень клапана, коромысло, штанга толкателя и головка блока цилиндров не достигают одной температуры одновременно и удлиняются не в равной степени. Наиболее нагруженный элемент — выпускной клапан: через него проходят самые горячие газы сгорания, поэтому он самый горячий узел цепи и удлиняется больше остальных. Если в холодном состоянии зазор не оставлен, удлинившийся на горячую стержень упирается в коромысло и удерживает клапан приоткрытым на несколько сотых долей миллиметра от седла. Даже такой малый зазор быстро выводит двигатель из строя.

Вторая функция зазора известна меньше. Клапан отводит попадающее на него тепло двумя путями: через стержень — во втулку, и через тарелку — в седло, а оттуда в охлаждаемую головку блока. Второй путь работает только когда клапан плотно сидит в седле. При уменьшенном зазоре время и сила контакта падают, клапан перестаёт отводить собственное тепло; температура растёт, материал размягчается, фаска седла деформируется, и процесс ускоряет сам себя.

Клапан или клапанное устройство? О терминологии на СТО

Одну и ту же операцию на практике называют по-разному, и разница здесь не техническая, а разговорная. На СТО чаще всего говорят «регулировка клапанов» или короче — «поставить зазоры»; в переводных мануалах и старой технической литературе встречаются «регулировка коромысел» и «регулировка тепловых зазоров». Все эти обозначения относятся к одной и той же процедуре. В этом руководстве используется преимущественно термин «регулировка клапанов», наравне с «регулировкой зазоров клапанов».

Как работает механизм газораспределения и где в цепи находится зазор?

Подавляющее большинство дизельных двигателей тяжёлого грузового транспорта построено на длинной механической цепи передачи усилия. Цепь работает в следующем порядке: кулачок распределительного вала поворачивается и поднимает толкатель; толкатель передаёт движение штанге; штанга толкает один конец коромысла; коромысло, качаясь на своей оси, другим концом опускает клапан или общий мостик сразу двух клапанов; после прохождения кулачка пружина клапана возвращает его обратно в седло.

Зазор измеряется в последнем звене этой цепи: между концом коромысла, обращённым к клапану, и верхним торцом стержня клапана, а в конструкциях с мостиком — между коромыслом и мостиком. У измерения есть одно обязательное условие, и большинство ошибок на СТО связано именно с его нарушением: в момент измерения толкатель проверяемого клапана должен находиться на тыльной (базовой) окружности кулачка. Тыльная окружность — круглый участок кулачка без подъёма профиля; пока толкатель находится там, вся цепь свободна и реальный зазор поддаётся измерению. Если кулачок уже вошёл в зону подъёма хотя бы на несколько градусов, измеренное значение окажется меньше истинного, а после регулировки в механизме останется избыточный зазор.

Измеренный вами зазор — не тот зазор, который «видит» клапан

Коромысло — это рычаг, и плечи по обе стороны его оси в большинстве двигателей не равны между собой; поэтому ход штанги толкателя и ход клапана связаны определённым передаточным отношением, а не равны друг другу. Практический вывод: значение зазора имеет смысл только в той точке, которую указал производитель. В зависимости от двигателя точкой регулировки может быть конец коромысла или винт со стороны штанги; при смене точки меняется и значение — применить цифру из руководства в другой точке значит изначально сорвать регулировку.

Клапанный мостик и механизм моторного тормоза

В современных двигателях с двумя впускными и двумя выпускными клапанами на цилиндр коромысло воздействует не на клапаны напрямую, а через мостик, нагружающий оба клапана одновременно. Мостик должен садиться на оба стержня равномерно; на части двигателей у него есть собственный регулировочный винт, и его баланс настраивается ещё до регулировки зазора клапанов. На автомобилях с декомпрессионным моторным тормозом рабочий зазор тормозного механизма — отдельная величина; на двигателях с насос-форсунками в этом же узле регулируется и преднатяг форсунки — третья по счёту операция под той же крышкой. Поскольку эти три регулировки влияют друг на друга, менять порядок, заданный производителем, нельзя.

Две стороны разрегулировки: уменьшенный и увеличенный зазор

Нарушение регулировки клапанов — не одна неисправность: в зависимости от того, в какую сторону сместился зазор, работают два совершенно разных механизма повреждения. Самое опасное заблуждение на СТО — считать, что тихий двигатель отрегулирован хорошо: увеличенный зазор, создающий шум, легко заметить, а уменьшенный зазор, ползущий бесшумно, — именно та сторона, что убивает двигатель.

Почему уменьшенный зазор прожигает клапан?

Из зазора между тарелкой не закрывшегося на горячую клапана и седлом начинают прорываться раскалённые газы сгорания. Прорыв идёт через узкую щель, набирает скорость и разрушает фаску седла подобно резаку. Одновременно клапан не может отвести собственное тепло, тарелка нагревается, материал размягчается, а сечение прорыва увеличивается. Процесс может дойти до трещины в тарелке, а на поздней стадии — до отрыва её кромки; оторвавшийся фрагмент наносит тяжёлые повреждения поршню, гильзе и головке блока. Ремонтная сторона прогара клапана и повреждения фаски седла разобрана в материале о неисправностях и замене клапанной группы двигателя; дисциплина регулировки — именно та мера, что делает такой ремонт изначально ненужным.

Как увеличенный зазор изнашивает двигатель?

Профиль кулачка — не произвольный подъём: в начале и конце кулачка предусмотрены рампы, плавно разгоняющие и останавливающие движение. Когда зазор увеличивается, цепь «съедает» эти рампы вхолостую, и контакт устанавливается уже на участке с высокой скоростью движения — ударом. Повторяющийся при каждом обороте удар выкрашивает конец коромысла, сферическую головку регулировочного винта, поверхность мостика и торец стержня клапана; по мере износа зазор увеличивается ещё сильнее, и процесс подпитывает сам себя. Одновременно клапан открывается позже и закрывается раньше расчётного, ход уменьшается, в цилиндр поступает меньше воздуха, а выпускные газы не удаляются полностью. Итог — заметная на высоких оборотах потеря мощности, рост расхода топлива и потемнение выхлопа под нагрузкой.

Какие признаки указывают на разрегулировку клапанов?

Регулировка клапанов — одна из тех операций техобслуживания, признаки нарушения которой чаще всего путают с другими неисправностями. Не каждый звук из-под клапанной крышки связан с зазором клапанов; но и не каждая проблема, вызванная зазором, сопровождается звуком. Правильный подход — оценивать признак вместе с условиями работы двигателя: холодный звук или горячий, как он меняется с оборотами и проявляется ли под нагрузкой — это существенно сужает круг причин.

Тест на герметичность цилиндра (проверка утечки сжатого воздуха) — самый практичный способ различить эти признаки. Цилиндр устанавливается в верхнюю мёртвую точку такта сжатия, подаётся сжатый воздух, и на слух определяется, откуда идёт утечка: со стороны впускного коллектора — виноват впускной клапан, со стороны выпускной трубы — выпускной клапан, из маслозаливной горловины — поршневые кольца или гильза. Даже если замер показывает уменьшенный зазор, только этот тест на практике покажет, дошло ли повреждение до фаски седла.

Когда нужна регулировка клапанов?

Регулировка клапанов встаёт на повестку по трём разным причинам, и путать их не стоит: плановое техобслуживание, проверка по признаку и обязательная регулировка после вмешательства в механизм.

• Плановый интервал ТО: интервал заметно различается в зависимости от семейства двигателя, профиля эксплуатации и производителя; у одних он задан пробегом, у других — сроком. Единственный достоверный источник — собственная сервисная карта данного автомобиля, интервал соседней марки не является ориентиром.
• Проверка после обкатки и капитального ремонта: на новых или прошедших капремонт двигателях фаски седла прирабатываются в первые часы работы, и зазор уменьшается; проверка на первом ТО определяет состояние всего последующего периода эксплуатации.
• По признаку: если проявился любой из признаков в таблице выше, особенно регулярный стук или необъяснимое снижение компрессии одного цилиндра, плановый интервал не ждут.
• После любой работы, требующей снятия крышки: снятие головки блока, замена прокладки клапанной крышки, вмешательство в ось коромысел или штанги, демонтаж форсунок и шлифовка клапанов обязательно требуют последующей регулировки; повторная затяжка болтов крышки меняет геометрию цепи.
• Чаще при тяжёлом профиле эксплуатации: городская развозка, мусоровозы, рейсовые автобусы, автобетоносмесители и работа в карьере — профили с высокой температурой выхлопа и частыми циклами пуск-остановка — ускоряют просадку седла. На автобусах с газовыми двигателями тепловая нагрузка на клапанную сторону ещё выше.

Как проводится измерение? Щуп и разница между горячим и холодным двигателем

Инструмент измерения — набор щупов: тонких стальных пластин с указанной на них толщиной. Пластина нужной толщины вводится между концом коромысла и стержнем клапана. Правильное показание — не «проходит-не проходит», а ощущение лёгкого, равномерного трения: пластина должна входить без усилия, но и не должна свободно болтаться. Введение пластины с усилием приподнимает коромысло и завышает измеряемый зазор; слишком свободный ход пластины создаёт впечатление заниженного значения.

Более надёжный метод — проверка двумя пластинами: щуп на одну ступень тоньше целевого значения должен входить свободно, а щуп на одну ступень толще — не входить вообще. Такой способ устраняет разницу в «ощущении» между разными людьми и обеспечивает единообразие измерений там, где работает несколько механиков. Пластины щупа должны быть ровными, чистыми и без заломов; на выработанном (с раковиной) конце коромысла ровная пластина никогда не даст верного показания — в этом случае сначала оценивается сама деталь.

На горячем или на холодном двигателе делают регулировку?

Единственно верный ответ на этот вопрос — то условие, которое указал производитель. Поскольку зазор меняется с температурой, значение из руководства всегда действительно для определённой температуры двигателя. На дизельных двигателях тяжёлого грузового транспорта распространена практика регулировки на холодном двигателе; «холодный» здесь означает, что двигатель несколько часов простоял и приблизился к температуре окружающей среды, а не просто стал доступен для прикосновения рукой. Некоторые семейства двигателей, напротив, требуют измерения на горячую и указывают значение именно для этого состояния.

Путаница условий даёт системную ошибку: применение холодного значения на горячем двигателе сужает зазор, применение горячего значения на холодном — оставляет его чрезмерно широким; в обоих случаях регулировка формально выполнена, а двигатель фактически не отрегулирован. В практике автопарка самое простое решение — загонять предназначенные для регулировки автомобили в цех в конце предыдущей смены.

Дополнительные материалы

Понятный технический обзор этой темы см. в справочной статье на Wikipedia. Всегда сверяйте конкретные значения и процедуры с сервисными данными изготовителя.

Позиционирование по порядку работы цилиндров: какой клапан когда регулировать?

Поскольку зазор клапана можно измерить только когда его толкатель находится на тыльной окружности кулачка, порядок измерения зависит от положения коленчатого вала. На практике применяются два метода, и оба приводят к одному результату.

Метод по цилиндрам: коленчатый вал проворачивается так, чтобы регулируемый цилиндр встал в верхнюю мёртвую точку такта сжатия (ВМТ). В этом положении оба клапана данного цилиндра закрыты, коромысла свободны, и зазор поддаётся измерению. Положение подтверждается меткой ВМТ на маховике и фиксатором; затем переходят к следующему цилиндру согласно порядку работы.

Метод перекрытия клапанов: когда клапаны одного цилиндра находятся в положении перекрытия — выпускной закрывается, впускной открывается, — клапаны цилиндра, соответствующего ему по порядку работы, находятся на тыльной окружности кулачка и готовы к регулировке. Метод быстрее, поскольку вместо поиска меток достаточно следить за движением; но пары соответствия зависят от семейства двигателя, и таблица берётся из сервисного руководства — таблицу другого двигателя применять нельзя.

Оба метода подчиняются двум правилам дисциплины. Коленчатый вал всегда проворачивают только в штатном направлении вращения двигателя; обратное вращение выбирает люфты цепи в другую сторону и сбивает положение. Каждый отрегулированный клапан отмечается: на двигателе с двадцатью четырьмя клапанами единственный способ найти позже пропущенный клапан — измерить всё заново.

Как пошагово выполняется регулировка клапанов?

Приведённая ниже последовательность — общая схема; порядок, точка измерения и момент затяжки зависят от двигателя и берутся из документации OE.

1. Приведите двигатель к температурному состоянию, указанному производителем; если требуется холодная регулировка, дайте автомобилю достаточно остыть.
2. Установите автомобиль на ровной площадке, затяните стояночный тормоз и подложите противооткатные упоры; отключите массу аккумулятора, исключив случайный пуск стартера.
3. Очистите зону вокруг клапанной крышки — пыль, попавшая внутрь при снятии, сразу же уходит на ось коромысел и в масляные каналы. Снимая крышку и промежуточные детали, соблюдайте требования OE по замене прокладок и топливных соединений.
4. Перед измерением осмотрите механизм визуально: затяжку болтов оси коромысел, прямолинейность штанг, свободную посадку мостиков, состояние регулировочных винтов и контргаек, следы смазки.
5. Проворачивая коленчатый вал в штатном направлении, установите первый цилиндр в ВМТ такта сжатия; проверьте положение по меткам и убедитесь рукой, что коромысла свободны.
6. На двигателях с мостиками сначала выставьте баланс мостика по процедуре OE, и только затем переходите к зазору клапана.
7. Введите подходящий щуп между концом коромысла и стержнем клапана (или мостиком) и найдите ощущение лёгкого трения; подтвердите его щупами на ступень тоньше и толще.
8. Если значение отклоняется, ослабьте контргайку и вращайте регулировочный винт, пока щуп не пойдёт с нужным ощущением.
9. Удерживая регулировочный винт от проворачивания, затяните контргайку моментом OE; если винт провернётся вместе с гайкой при затяжке, регулировка сместится — поэтому измерение обязательно повторяют.
10. Поскольку значения впускного и выпускного клапанов различаются, каждый раз уточняйте, какому клапану принадлежит зазор, и отмечайте отрегулированный клапан.
11. Переходите к следующему цилиндру по порядку работы; на двигателях с моторным тормозом или насос-форсунками выполняйте эти регулировки в порядке, заданном OE.
12. После завершения всех цилиндров проверните коленвал и заново измерьте несколько первых отрегулированных клапанов; отклонение говорит об ошибке на этапе фиксации.
13. Очистите привалочные поверхности, установите новую прокладку и закрепите крышку в порядке и с моментом OE; подключите все снятые трубки и разъёмы.
14. Запустите двигатель, прослушайте его на холостом ходу и на средних оборотах, проверьте отсутствие подтёков масла вокруг крышки; после короткой тестовой поездки проверку повторите.
15. Занесите в карточку автомобиля измеренные и установленные значения, дату и пробег — это единственные данные, позволяющие сравнить показатели при следующей регулировке.

Как износ коромысла, оси коромысел и толкателя влияет на регулировку?

Регулировка клапанов — не ремонт, а компенсация износа. Смещение зазора со временем — сумма двух противоположных процессов, и эти процессы способны маскировать друг друга. С одной стороны — просадка седла клапана: тарелка клапана всё глубже входит в седло, клапан смещается вверх, зазор уменьшается. С другой стороны — износ самой цепи: конец коромысла, сферическая головка регулировочного винта, гнёзда штанги толкателя, поверхности мостика и торец стержня клапана изнашиваются, и зазор увеличивается. Значение, выглядящее «нормальным» при измерении, в двигателе, где эти два эффекта гасят друг друга, может скрывать реальную картину; поэтому визуальный осмотр механизма важен не меньше самого измерения.

Изношенная поверхность контакта искажает и само измерение. Выработка на конце коромысла не даёт плоскому щупу лечь на поверхность вплотную; считанное значение — это уже не реальный зазор, а число, искажённое глубиной выработки. Овальный износ сферического соединения между регулировочным винтом и штангой толкателя быстро сбивает регулировку: через несколько тысяч километров двигатель снова начинает стучать, и это самая частая причина жалобы «регулировка не держится». Критерии осмотра этих деталей и решение о замене подробно разобраны в материале о неисправностях и замене коромысел и оси коромысел.

Связь смазки с регулировкой

Ось коромысел и её втулки питаются маслом под давлением; если канал забит или интервал замены масла постоянно превышается, втулки быстро изнашиваются и дают при измерении неповторяющийся, «плавающий» зазор. На таком двигателе регулировка лишь откладывает проблему, но не решает её. Если при снятой крышке на оси видны сухие участки или тёмный лаковый налёт, состояние системы смазки нужно оценить раньше, чем приступать к регулировке.

Нужна ли регулировка клапанов на двигателях с гидрокомпенсаторами?

В конструкциях с гидрокомпенсаторами зазор обнуляется не механическим регулировочным винтом, а компенсирующим элементом, работающим на давлении масла. Поршень внутри компенсатора под давлением моторного масла постоянно удерживает цепь в состоянии нулевого зазора и сам подстраивается под изменения температуры. В такой конструкции периодическая регулировка клапанов не выполняется, поскольку регулируемого зазора попросту не оставлено.

Значительная часть дизельных двигателей тяжёлого грузового транспорта, тем не менее, сохраняет механическую регулировку — и это не выбор конструктора, а необходимость. Топливные системы с насос-форсунками, декомпрессионные моторные тормоза и усиленные пружины клапанов создают усилия выше тех, что способен выдержать гидрокомпенсатор. Гидрокомпенсаторы чаще встречаются на лёгких коммерческих и легковых дизельных двигателях.

Стук на двигателе с гидрокомпенсаторами говорит не о необходимости регулировки, а о проблеме в масляной системе. Самые частые причины: падение уровня масла, применение вязкости, не предусмотренной для двигателя, засорение компенсатора из-за превышенного интервала замены, забитый канал подачи и подсос воздуха на всасывающей магистрали. Стук в течение нескольких секунд после холодного пуска связан с заполнением компенсаторов маслом и сам по себе неисправностью не считается; если же звук затягивается, сохраняется после прогрева или идёт только с определённого цилиндра, нужно проверять компенсатор и масляный контур. На таких двигателях самое эффективное обслуживание — не поиск регулировки, а строгое соблюдение типа и периодичности замены масла.

Технические значения и контрольные точки

Таблица ниже показывает контрольные точки и порядок величин. Приведённые формулировки нельзя применять как регулировочное значение ни для одного двигателя — их цель показать, с какой точностью выполняется измерение и что должно попадать в запись.

Обслуживание, ресурс и практика автопарка

Регулировка клапанов — одна из тех операций техобслуживания, где невысокая стоимость самой процедуры резко контрастирует с ценой её пропуска: ремонт прогоревшего клапана требует снятия головки блока и обработки седла, тогда как контроль регулировки — работа на несколько часов. В автопарке выигрыш достигается не управлением по каждому автомобилю отдельно, а управлением по программе.

• Программа по семействам двигателей: автомобили с одинаковым двигателем группируются в одно окно обслуживания; порядок измерения и значения готовятся один раз.
• Запись измеренного значения: фиксируется не отметка «регулировка выполнена», а показание, снятое перед регулировкой по каждому клапану — только эти данные показывают тенденцию.
• Чтение тенденции: на двигателе, где зазоры постоянно уменьшаются, идёт просадка седла; там, где постоянно увеличиваются, — износ цепи; это два разных повода для вмешательства.
• Использование открытой крышки: если крышка снята по другому поводу, регулировка выполняется заодно — повторный демонтаж это лишние затраты.
• Дисциплина масла и инструмента: правильная вязкость и интервал определяют ресурс втулок; щупы регулярно проверяются, динамометрические ключи ставятся на график поверки.
• Обратная связь от водителя: новый звук, удлинившаяся прокрутка на холодную или замеченная на подъёме потеря мощности фиксируются и запускают проверку, не дожидаясь планового срока.

Периодический контроль компрессии — тоже недорогой способ раннего предупреждения: постепенное расхождение значений между цилиндрами показывает ослабление клапанной стороны одного из них ещё до того, как повреждение станет значительным.

Где регулировка клапанов находится в общей механической цепи двигателя?

Зазор клапана — не отдельный узел, а результат работы целой цепи. Цепь начинается с распределительного вала: профиль кулачка определяет, когда, насколько и с какой скоростью откроется клапан. Если поверхность кулачка изношена, измеренный зазор увеличивается; закрытие этого зазора регулировочным винтом убирает звук, но не возвращает клапану прежний ход — двигатель продолжает «недодышивать». Поэтому при неожиданно большом зазоре на одном цилиндре стоит проверить и критерии осмотра из материала о неисправностях и замене распределительного вала.

В середине цепи находятся толкатель, штанга, ось коромысел и мостик — их износ работает на увеличение зазора. В конце цепи — клапан, его пружина, направляющая втулка, сальник и фаска седла — их просадка работает на уменьшение зазора. Прокладка клапанной крышки, болты крышки и контур смазки определяют условия работы всей цепи. Таким образом, операция под названием «регулировка клапанов» на деле сводит совокупное состояние всех этих узлов к одному измеряемому числу — периодической диагностической проверке состояния.

Практически все проблемы на СТО сводятся к трём причинам: несоблюдение температурного условия и точки измерения, указанных в руководстве; смещение регулировки на этапе затяжки контргайки; и доверие измерению на изношенном механизме. Мастерская, которая правильно задаёт условие измерения, проверяет результат после затяжки и ведёт запись показаний, в значительной мере исключает повреждения двигателя по вине клапанов. При любых сомнениях определяющим остаётся актуальная сервисная документация OE для конкретного кода двигателя и шасси автомобиля.

Механизм, на котором выполняется эта регулировка, тоже изнашивается; о признаках люфта и порядке замены читайте в руководстве коромысла и ось коромысел.

Категория товара: Клапан

Подробное техническое руководство: Диагностика неисправностей, пошаговая замена и интервалы обслуживания: Клапанная группа двигателя: неисправности, замена и обслуживание

Основное руководство: Что такое коленчатый вал? Назначение, признаки неисправности и обслуживание