Клапаны и поршневые кольца, описание работы, неисправности

Поршневые кольца играют ключевую роль в работе двигателя.

Вместе с прокладкой головки блока поршневые кольца обеспечивают герметичность камеры сгорания.

В большинстве случаев симптомы неисправностей клапанов и поршневых колец появляются задолго до действительного выхода их из строя. Несмотря на то, что признаки поломки клапанов и поршневых колец схожи, продолжительности и стоимости их ремонтов существенно различаются.

Неисправности клапанов свидетельствуют о серьезных проблемах с двигателем. При работе впускные и выпускные клапаны контактируют с седлом клапана и направляющей (для охлаждения).

Таким образом, процессы, ухудшающие охлаждение клапана или вызывающие дополнительный нагрев самого клапана или головки цилиндров, могут привести к преждевременному выходу его из строя.

Кроме того, герметичность седел клапанов обеспечивает необходимое значение компрессии двигателя.

При поломке поршневых колец могут наблюдаться симптомы, похожие на признаки, сопровождающие снижение компрессии в двигателе. В исправном двигателе значение компрессии должно составлять не менее 6.8 Атм в каждом цилиндре, при этом, отклонение между минимальным и максимальным значением не должно превышать 10%.

Принцип работы

Поршневые кольца

Поршневые кольца располагаются между поршнем и стенкой цилиндра. Они выполняют 4 различные функции:

1. Уплотнение * Кольца создают уплотнение, препятствуя утечке газов из камеры сгорания. Нарушение герметичности значительно снижает показатели работы двигателя
2. Теплоотвод * Горение топливовоздушной смеси резко повышает температуру внутри цилиндра. Перегрев может стать причиной серьезных повреждений двигателя. Поршневые кольца обеспечивают отвод излишнего тепла от поршня к цилиндру, снижая риск подобных повреждений.
3. Управление смазкой * Для смазки поршня во время работы необходимо наличие масляной пленки. Поршневые кольца регулируют количество масла, поступающего к поршню.
4. Удержание поршня * Поршень приводится в действие коленчатым валом и легко мог бы удариться о стенки цилиндра. Поршневые кольца предотвращают эти столкновения. Необходимо отметить, что поршневые кольца со временем изнашиваются и могут потребовать замены.

Клапаны

На современных автомобилях используются двигатели с верхним расположением распределительного вала. Благодаря этому, в клапанном механизме меньше элементов, которые могут выйти их строя. В старых конструкциях использовались механические толкатели, штанги и пружины, которые, наряду с самими клапанами, могли стать источниками проблем.

Вероятно, вы слышали о таком понятии как "регулировка клапанов". Клапанные механизмы двигателей старых автомобилей требуют периодического проведения этой процедуры. Если вы являетесь владельцем такого автомобиля, то, скорее всего, вы уже сталкивались с ней. Напротив, современные конструкции клапанных механизмов относительно без проблемные.

Рабочий процесс двигателя включает в себя 4 такта.

1. Впуск * Во время такта впуска топливовоздушная смесь засасывается в камеру сгорания через впускные клапаны. В двигателях с прямым впрыском топливо попадает в камеру сгорания после подачи воздуха.
2. Сжатие * Впускные и выпускные клапаны закрыты, смесь находится в камере сгорания. Поршень движется вверх, сжимая горючую смесь, что делает ее легковоспламеняющейся.
3. Рабочий ход * Сжатая топливовоздушная смесь воспламеняется с помощью свечи зажигания. При закрытых клапанах происходит ее быстрое расширение, при котором поршень движется вниз. Таким образом обеспечивается вращение коленчатого вала, которое через трансмиссию передается на ведущие колеса.
4. Выпуск * В такте выпуска поршень вновь движется вверх, выталкивая отработавшие газы из цилиндра через открытые выпускные клапаны. После удаления газов клапан закрывается и цикл повторяется снова.

Признаки неисправностей клапанов и поршневых колец

Симптомы, сигнализирующие о неисправностях клапанов и поршневых колец, во многом схожи. И в том, и в другом случае мощность двигателя падает. Кроме того, наблюдаются другие характерные явления.

Повышенная дымность выхлопных газов

Появление сизого или светло-серого дыма из выхлопной трубы указывает на горение масла, которое попадает в камеру сгорания. Как правило, при неисправностях направляющих и седел клапанов, дымность не очень большая и зачастую ее трудно заметить. Густой дым может быть признаком серьезных проблем с двигателем – например, изношенных клапанов или поврежденных поршневых колец.

Повышенный расход масла

Как уже говорилось, при износе поршневых колец масло начинает проникать в камеру сгорания. При этом расход масла возрастает.

Снижение мощности

При повреждениях клапанов и поршневых колец компрессия в цилиндрах снижается. Это приводит к падению мощности двигателя. В результате, при нажатии на педаль газа автомобиль будет ускоряться значительно слабее. Прогорание клапана, это еще одна проблема, которая может повлечь за собой снижение мощности. Она вызывается многими факторами, однако, одна из наиболее распространенных: игнорирование утечек масла и неисправностей, вызывающих снижение компрессии.

Тикающий шум

Тикающий шум – один из самых распространенных признаков выхода из строя клапанов. При увеличении оборотов двигателя он учащается и становится громче. Появление таких звуков свидетельствует об износе или нарушении регулировки каких-либо компонентов клапанного механизма.

В большинстве современных автомобилях используются гидрокомпенсаторы, для обеспечения работы которых необходимо обеспечение постоянной смазки под определенным давлением. При снижении давления увеличивается люфт элементов клапанного механизма.

Проверка состояния клапанов и поршневых колец

Для диагностики неисправностей можно провести тест компрессии. Низкое значение обычно указывает на выход из строя колец. Для подтверждения предположения выполните «мокрую» проверку компрессии. Выкрутите свечу и залейте в цилиндр небольшое количество масла (примерно столовую ложку). Если компрессия повысилась, то проблема заключается в поршневых кольцах.

Тест на утечки в цилиндрах похож на проверку компрессии в том плане, что он показывает, в каком цилиндре имеется неисправность. Однако, в данном случае вместо значений компрессии измеряются ее потери.

Для проведения теста необходимо выкрутить все свечи. При проверке цилиндра нужно повернуть коленчатый вал так, чтобы поршень оказался в верхней мертвой точке (оба клапана закрыты). Последовательность проверки должна соответствовать порядку работы цилиндров. Измерительный прибор вкручивается в канал свечи зажигания, после чего в цилиндр нагнетается воздух под давлением 5.5, 6.1 Атм.

На двигателе в идеальном состоянии могут наблюдаться утечки не более 5-10%. При хорошем состоянии до 20%. Значение более 30% свидетельствует об износе/поломке элементов двигателя.

Важной особенностью теста на утечки (в отличие от проверки компрессии) является то, что с его помощью можно быстрее и легче локализовать неисправность. Если вы заметили, что из выхлопной трубы выходит воздух, то это указывает на неисправность выпускного клапана. Поток воздуха из корпуса дроссельной заслонки или карбюратора – признак выхода из строя впускного клапана. Если же подобное явление наблюдается в клапане вентиляции картера, то можно предположить износ цилиндров и/или поршневых колец.