по диагностике и устранению дефекта «стук газораспределительного механизма»
головки цилиндров ВАЗ-21083 и её модификаций
Аннотация
В гарантийный период эксплуатации автомобилей с двигателями семейства ВАЗ-2108/21083/2110/2111/21114 и их модификаций отмечается возникновение нефункциональных шумов (стуков) в головке цилиндров (ГЦ). «Нефункциональных» – значит несвойственных работе полностью исправного двигателя. У персонала СТО сложилось устойчивое мнение, что при правильно отрегулированных зазорах ГРМ причиной таких стуков является исключительно износ направляющих втулок выпускных клапанов, устраняемый заменой ГЦ.
Однако повторные анализы зарекламированных по стуку ГЦ специалистами УПД ДТР (управления проектирования двигателей дирекции по техническому развитию) показывают, что причин нефункционального стука ГРМ значительно больше, чем одна, постоянно указываемая специалистами СТО причина «износ втулки выпускного клапана». Более того, повышенный износ втулок клапана в большинстве случаев является не причиной, а следствием других несоответствий.
Необъективное сужение причин нефункционального стука ГРМ до пресловутого «износа втулки выпускного клапана» приводит к искусственному завышению случаев проявления данного дефекта, необоснованной рекламации ГЦ, не выявлению истинных причин, а соответственно к их не устранению и высоким гарантийным затратам ОАО "АВТОВАЗ".
Специалисты УПД ДТР предлагает общие рекомендации по диагностике и устранению дефекта «стук ГРМ» с целью привлечения
внимания специалистов СТО к многовариантности его причин.
Аудиодиагностика
Важным условием определения причины нефункционального стука ГРМ является аудиодиагностика «стучащей» ГЦ с использованием стетоскопа, эффективного и недорогого (около 300 рублей) инструмента (см. Рис. 1).
Аудиодиагностика стетоскопом (см. Рис. 3) позволяет:
― исключить влияние общего шума двигателя, маскирующего источник стука;
― подтвердить или опровергнуть наличие нефункционального стука;
― определить характер стука;
― определить интенсивность стука;
― определить зависимость стука от температуры и частоты вращения;
― определить зону расположения источника стука.
Использование данных аудиодиагностики позволяет более корректно спланировать действия по дополнительной диагностике и устранению дефекта. Аудиодиагностику целесообразно повторять на одном двигателе неоднократно
после различных этапов устранения дефекта.
Виды стуков ГРМ
Акустические показатели ГРМ с непосредственным приводом клапана зависят от взаимного расположения деталей, их формы и от зазоров в сопряжениях пар трения. Отклонения геометрии деталей от требований КД, износ в процессе эксплуатации приводят к значимому изменению акустических показателей. Стуки различаются характером звука, интенсивностью звука, частотой, зависят от температуры и частоты вращения двигателя.
3.1 Стук клапанов
Под «стуком клапанов» понимается стук клапана о седло из-за повышенной скорости посадки клапана в седло (посадка с ударом). Повышение скорости посадки происходит при отклонении зазоров в сопряжении «регулировочная шайба – затылок кулачка распредвала» в большую сторону от требований КД, которые составляют: впускные клапаны (0,20±0,05) мм, выпускные – (0,35±0,05) мм.
Стук проявляется при зазорах выпускных клапанов более 0,4 мм, впускных клапанов более 0,25 мм в виде характерного постоянного металлического стука с частотой вращения распределительного вала двигателя. Устраняется регулировкой зазоров.
3.2 Стук направляющих втулок клапанов
Под «стуком направляющих втулок клапанов» понимается стук клапана о седло и о направляющую втулку из-за значимого радиального смещения клапана в момент посадки в седло. Смещение становится значимым при износе направляющей втулки выпускного или впускного клапана до зазора «втулка-клапан» более 0, 3 мм. Стук стабильно проявляется при частоте вращения коленчатого вала от 800 до 1000 об/мин-1 в виде постоянного металлического стука, напоминающего «стук клапанов». Отличается от «стука клапанов» наличием периодов уменьшения или полного исчезновения стука при плавном изменении частоты вращения от 1200 до 2000 мин-1.
При комплектации плоским толкателем или при износе сферы толкателя (пятно контакта от 5 до 8 мм) стук проявляется при частоте вращения от 800 до 900 мин-1 и имеет «плавающий» характер. Плавающий характер стука объясняется различным нагружением торца клапана в момент вращения толкателя в направляющей и, соответственно, возникновением различных опрокидывающих моментов на клапан со стороны толкателя, определяющих посадку клапана в седло.
Стук прослушивается на ГЦ в зонах, близких к седлу клапана. При прогреве двигателя усиливается. Интенсивность стука зависит от следующих факторов:
― величины износа направляющей втулки клапана;
― величины зазора между толкателем и направляющей толкателя;
― отклонений от круглости толкателя и направляющей толкателя;
― величины неперпендикулярности торца клапана;
― точности изготовления и величины износа сферы толкателя;
― величины несоосности направляющей втулки и седла клапана;
― величины несоосности направляющей втулки и направляющей толкателя;
― величины неперпендикулярности и непараллельности торцев внутренней и наружной пружин клапанов и их взаимного расположения;
― деформации направляющей толкателя;
― формы износа направляющей втулки клапана;
― величины зазора между затылком кулачка и регулировочной шайбой.
При условии отсутствия опрокидывающего момента на клапан со стороны толкателя «стук направляющей втулки» может не проявиться и при зазоре «втулка-клапан» более 0,3 мм. При зазоре «втулка-клапан» более 0,3 мм стук устраняется заменой направляющих втулок или головки цилиндров. При наличии износа сферы толкателя в некоторых случаях стук устраняется подбором толкателя, обеспечивающего
минимальный зазор в направляющей и со сферой, соответствующей КД.
3.3 Стук толкателя в направляющей
Под «стуком толкателя в направляющей» понимается стук толкателя о стенки направляющего отверстия в ГЦ при радиальном перемещении толкателя из-за повышенного радиального зазора между деталями. Зазор по КД от 0,025 до 0,070 мм. При зазоре более 0,100 мм между толкателем и направляющим отверстием радиальное перемещение толкателя может вызывать звонкий металлический стук. На ГЦ с зазором «втулка-клапан» до 0,15 мм проявляется незначительно, при зазоре «втулка-клапан» более 0,15 мм интенсивность стука возрастает. Стук прослушивается на ГЦ со стороны свечей зажигания в нижнем положении толкателей.
Интенсивность стука зависит от следующих факторов:
― величины зазора между толкателем и направляющей толкателя;
― отклонений от круглости толкателя и направляющей толкателя;
― точности изготовления и величины износа сферы толкателя.
Устраняется заменой толкателя или ГЦ на соответствующие требованиям КД.
3.4 Стук регулировочной шайбы в толкателе
«Стук регулировочной шайбы в толкателе» может быть четырех видов.
3.4.1 Стук торца регулировочной шайбы о стенки гнезда толкателя под шайбу из-за повышенного зазора между шайбой и стенками. Зазор по КД от 0,009 до 0,059 мм. При зазоре более 0,070 мм между регулировочной шайбой и толкателем возможно возникновение стука, напоминающего «стук клапанов». Устраняется заменой толкателя или регулировочной шайбы на соответствующие требованиям КД.
3.4.2 Стук нижней поверхности регулировочной шайбы об опорную поверхность днища толкателя из-за эффекта «опрокидывания» шайбы кулачком при уменьшении диаметра опорной поверхности толкателя менее 28,0 мм. По КД этот диаметр должен быть не менее 28,6 мм. Устраняется заменой толкателя на соответствующий требованиям КД.
3.4.3 Стук нижней поверхности регулировочной шайбы об опорную поверхность днища толкателя из-за перекладки шайбы на попавшей под неё металлической стружке или другой посторонней твёрдой частице. Устраняется удалением стружки или других посторонних частиц.
3.4.4 Стук нижней поверхности регулировочной шайбы об опорную поверхность днища толкателя при колебаниях шайбы из-за возмущения огранкой на кулачках распределительного вала. Устраняется заменой распределительного вала на соответствующий требованиям КД.
3.5 Стук распределительного вала
«Стук распределительного вала» может быть нескольких видов.
3.5.1 Стук заднего фланца распределительного вала о ГЦ и корпус вспомогательных агрегатов на карбюраторных двигателях или заглушку на двигателях с ЭСУД из-за повышенной величины люфта вала в осевом направлении. Стук провоцируется передачей на распределительный вал усилия от осевого перемещения ремня привода ГРМ по рабочей поверхности шкива распределительного вала.
По КД величина осевого люфта распределительного вала на новом двигателе составляет от 0,15 до 0,53 мм. Порог возникновения стука может варьироваться от 0,8 до 1,0 мм осевого люфта вала. Стук проявляется при частоте вращения коленчатого вала двигателя от 800 до 900 мин-1 в виде характерного периодического металлического стука с интервалами от 3 до 5 с. Имеет резонансный характер. Прослушивается на боковой поверхности заглушки распределительного вала.
Стук устраняется заменой деталей для уменьшения суммарного зазора в сопряжениях «ГЦ – задний фланец распределительного вала – корпус вспомогательных агрегатов (заглушка)» до требуемой КД величины (0,15-0,53) мм или хотя бы менее 0,70 мм. Возможно устранение стука заменой ремня привода ГРМ для устранения активного осевого перемещения ремня по шкиву распределительного вала.
3.5.2 Стук поверхностей шеек распределительного вала о поверхность опор ГЦ из-за увеличенных зазоров между шейками и опорами.
По КД зазор между шейками и опорами составляет для нового двигателя от 0.069 до 0.110 мм. Предельно допустимым при износе является зазор 0,200 мм.
Стук проявляется при частоте вращения коленчатого вала двигателя от 1800 до 2200 мин-1 и носит резонансный характер. Устраняется заменой ГЦ или распределительного вала.
3.5.3 Стук поверхностей шеек распределительного вала о поверхность опор ГЦ из-за повышенного радиального биения средних шеек относительно крайних.
По КД биение не должно превышать 0,02 мм. Порог возникновения стука –биение 0,05 мм. Стук проявляется при частоте вращения коленчатого вала двигателя от 800 до 1500 мин-1. Устраняется заменой распределительного вала.
3.5.4 Стук поверхностей шеек распределительного вала о поверхность опор ГЦ из-за повышенной несоосности или повышенной нецилиндричности опор в ГЦ.
Стук проявляется при частоте вращения коленчатого вала двигателя от 800 до 2000 мин-1. Устраняется заменой ГЦ.
4. Органолептический контроль
После аудиодиагностики опытный специалист способен достаточно точно указать место источника стука. Однако даже предварительный вывод о причине стука целесообразно делать только после проведения органолептического контроля состояния деталей квалифицированными специалистами.
Органолептический контроль целесообразно проводить до метрологических измерений, так это менее трудоёмкая операция, позволяющая к тому же сузить фронт проведения измерений.
4.1 Визуальный осмотр торцов клапанов.
Внешний вид деталей способен подсказать как месторасположение источника стука, так и причину. Например, на Рис. 4 показаны торцы клапанов с правильным симметричным и неправильным несимметричным расположением пятна контакта от толкателя, вызывающим появление радиального давления стержня клапана на направляющую втулку и резкое увеличение её износа.
Несимметричность пятна контакта вызывается неперпендикулярностью торца к стержню, а также смещением сферы толкателя или отклонением её формы.
4.2 Визуальный осмотр толкателей
4.3 Визуальный осмотр стержней клапанов.
Помимо радиального усилия стержня клапана на втулку активно влияет на её износ также и качество поверхности стержня. На Рис. 6 показаны примеры отклонений от требований КД поверхности стержня клапана.
4.4 Визуальный осмотр направляющих втулок клапанов.
Геометрия направляющей втулки клапана также влияет на её износ. На Рис. 7 показан пример отклонения от требований КД внутренней поверхности втулки.
4.5Визуальный осмотр седел клапанов.
При визуально различимом износе седел клапанов или при различимой несимметричности геометрии седел можно с большой степенью вероятности предполагать, что это внесло значимую лепту в стук и в износ направляющих втулок клапанов.
4.6 При проведении органолептического контроля может проводится также оценка легкости взаимного перемещения деталей, субъективная (на глаз) оценка величины осевых и радиальных люфтов.
Измерения
5.1 Если после аудиодиагностики можно достаточно точно указать место источника стука, а после проведения визуального контроля состояния деталей можно сделать предварительный вывод о причине стука, то окончательный вывод целесообразно делать только после метрологического контроля деталей и анализа соответствия результатов измерений требованиям технической документации.
Объём проведения различных видов контроля, требования конструкторской документации к новым изделиям, предельные величины допустимых значений параметров деталей ГРМ, отклонения от которых приводят к износу направляющих втулок клапанов сведены в таблицу "Рекомендации УПД ДТР для двигателей 21083, 2111 и их модификаций по диагностике и кодированию дефектов, приводящих к износу направляющей втулки клапана".
