Долговечность двигателя и «прогорание клапанов»

Общая теория работы клапанов

Клапаны в двигателях подразделяют на впускные – которые позволяют впустить порцию топливно-воздушной смеси в цилиндр, и выпускные – которые позволяют в нужный момент выпустить отработавшую смесь из цилиндра. На словах все просто. Однако при работе возникает очень много технических нюансов. Например, когда клапан должен «закрыться» - он должен очень плотно прилечь к седлу. Чтобы это стало возможным необходимо, чтобы на шток клапана не было давления. В идеале толкатель клапана (или клапанный рычаг) должен лишь касаться кончика штока. Однако реализовать такое бывает зачастую сложно. Поэтому обычно между штоком и приводом имеется небольшое пространство, которое и называется клапанным зазором. Он должен быть настолько мал, насколько это возможно. Это позволяет уменьшить шум и вибрации в двигателе. Иногда зазор регулируется механически, но в современных двигателях регулировка, как правило, производится гидротолкателями (гидрокомпенсаторами).

Чем опасен большой или «отрицательный» зазор?

Как уже говорилось – это шумная, неустойчивая работа двигателя (стрекот под капотом), особенно при повышении нагрузки, вибрации двигателя. Кроме того если зазор слишком велик или отрицателен (т.е. клапан не может полностью «закрыться), то отработанные газы проходят через подпускающий клапан и в конечном итоге могут «прожечь» седло или клапан. Это ведет к дорогостоящему ремонту головки блока цилиндров. Автомобилисты в таком случае говорят что «клапан прогорел». Хотя на самом деле происходит не прогорание клапана, а его проседание. Поскольку в большей мере происходит износ седла клапана.

Как не допустить «прогорания клапанов»?

Прежде всего стоит проводить регламентную проверку зазора клапанов, предписанную производителем. Как правило такую проверку проводят каждые 50-100 тыс. км. Помимо этого не следует злоупотреблять долговременной эксплуатацией двигателя на повышенных оборотах с высокой нагрузкой. Попросту говоря не стоит долго ехать на скоростях, близких к максимальным для вашего автомобиля. Причем долго – это несколько часов. А вот обгоны к этому случаю не относятся.

Теория «прогорания клапанов» при использовании газа вместо бензина.

В основном «прогоранию» подвержены выпускные клапаны, поскольку оны испытывают более высокие термические нагрузки. Так, при работе на бензине седла клапанов работают при температуре 300-350 °С. А вот тарелки клапанов – при 800-900 °С. Потому и страдают именно выпускные клапаны.

При использовании газа вместо бензина температура в камере сгорания возрастает на 50-70°С, что не оказывает сильного влияния. Однако, если газовая смесь будет обедненной, то температура в камере возрастет уже значительно, на целых 200°С. Это, безусловно, значительно сказывается на долговечности деталей. Особенно если работа двигателя происходит при повышенной нагрузке. Кроме того, при сгорании бензина образуются углеродистые остатки, которые создают тонкую пленку, защищающую клапан и седло. А вот при сгорании газа таких остатков не образуется, поскольку газ сгорает полностью. Следовательно никаких защитных пленок не образуется. Металлические поверхности работают в прямом контакте при повышенной температуре. В точках микроконтакта происходит подплавление металла с последующим вырывом микрочастиц поверхности. Происходит постепенное изменение геометрии, изменяется теплообмен, клапан прилегает все хуже и хуже.

Причин переобеднения смеси несколько:

• Неточная регулировка гбо
• Неточная работа газовых форсунок
• Сбои в системе зажигания
• Сбои в работе газового редуктора

Рынок газового оборудования сейчас перенасыщен дешевыми системами газобаллонного оборудования, которые хорошо работают на автомобилях с нормами EURO-3, но не подходят для работы с нормами EURO-4 и EURO-5. В таких двигателях используется высокоточные инжекторы и быстродействующую электронику, чтобы удовлетворить законодательству по чистоте выхлопа и оставить экономичность двигателя на приемлемом уровне.

Установка дешевого гбо экономически привлекательна, а когда еще выясняется что это гбо 4 поколения, то неподготовленный заказчик принимает однозначное решение по установке гбо.

Однако после установки системы гбо на иномарки, через некоторое время начинаются проблемы. Периодически начинает загораться лампочка «check engine», владелец замечает повышенный расход газа, провалы на малых оборотах, при трогании с места двигатель глохнет и т.п. Это происходит потому что недостаточно точные форсунки имеют небольшой разброс дозировки по каждому цилиндру. А системы контроля двигателя этого не видят, поскольку проверяют лишь общее состояние выхлопа. Причем при переключении обратно на бензин эта проблема исчезает.

Для использования на современных автомобилях разработано новое поколение газовых форсунок, которые в состоянии обеспечить стабильную подачу газа во всем диапазоне работы, причем равномерно по всем цилиндрам. Это обеспечивает стабильную работу установленного гбо 5 поколения, и позволяет демонстрировать надежную и экономичную работу двигателя.

Так почему же нарушается горение при «обедненной смеси»?

Все не так сложно, как может показаться. Дело в том, что основную роль играет количество топлива в смеси. Если топлива «много» - то такая смесь называется «богатой», если «мало» - «бедной». Так вот, «лишние» вещества из «богатой» смеси не участвуют в горении, а потому забирают на себя часть выделяемой теплоты, тем самым охлаждая объем камеры сгорания. А в «бедной» смеси избыточное тепло забирать нечему, потому температура и возрастает на 100-200°С. Какие проблемы при этом возникают описано выше.

Кроме того из-за обедненной смеси возникают и другие проблемы в работе двигателя: пропуски воспламенения, возникновение вспышек как во впускной, так и в выпускной системе. Естественно при этом двигатель не развивает мощности. Ради справедливости следует отметить, что такое же поведение возможно, когда неисправна система зажигания или есть проблемы с искрообразованием на свечах.

Как же образуются вспышки во впускной системе? Это проявляется, когда топливная смесь горит очень медленно. Это дает возможность гореть ей даже на такте выпуска. Следует заметить, что в любом двигателе существует момент, когда открыты и впускные и выпускные клапана. Тогда еще горящая предыдущая порция топливовоздушной смеси имеет возможность поджечь новую порцию смеси. Тогда пламя прорывается во впускной канал и происходит микровзрыв, слышимый как характерный хлопок.

Аналогичная картина может наблюдаться и при «позднем зажигании». Поскольку так же происходит смещение горения смеси в область фазы выпуска.

Что касается вспышек в выпускной системе – то наиболее часто они происходят в глушителе. Это проявляется как характерный «выстрел» из глушителя. Это возможно из-за пропусков пождига смеси в отдельных цилиндрах, когда скапливается значительное количество горючей смеси, и затем после резкого нажатия на газ еще горящая смесь выдувается в глушитель и поджигает накопившуюся там несгоревшую топливовоздушную смесь.