Разрушение седел клапанов – достаточно распространенный дефект головок цилиндров автомобильных двигателей. Не рассматривая отдельно причины возникновения этого дефекта, следует отметить, что чаще всего мы имеем дело с разрушением и седел клапанов, и самих клапанов.
При этом, как правило, наблюдаются значительные повреждения, как головок цилиндров, так и деталей цилиндропоршневой группы – поршней и цилиндров. Причем повреждения могут иметь детали и других цилиндров, а не только того, в котором произошли разрушения. Это связано с попаданием фрагментов разрушившихся деталей из поврежденного цилиндра через впускной тракт двигателя в другие цилиндры.
В зависимости от степени повреждения деталей восстановление работоспособного состояния двигателей производится либо путем замены вышедших из строя деталей, либо путем их ремонта.
Наряду с этим, как показывает практика, не всегда должное внимание уделяется тщательной очистке впускного тракта двигателя от фрагментов разрушившихся деталей – седел клапанов, клапанов. В результате чего после запуска двигателя не удаленные из впускного тракта фрагменты разрушившихся деталей попадают в цилиндры и приводят к возникновению забоин на поверхностях головки цилиндров, днищ поршней, тарелках клапанов, к деформации клапанов в одном или нескольких цилиндрах. Вследствие деформации клапанов нарушается плотность прилегания их к седлам и снижается компрессия в одном или более цилиндрах.
Несвоевременное устранение неисправности в подавляющем большинстве случаев приводит к более значительным повреждениям двигателей. В качестве поучительного примера может служить история ремонта головки цилиндров двигателя MAN D2066 LF01.
Проблема, с которой обратился заказчик при предъявлении головки цилиндров, – пониженная компрессия в 4-ом цилиндре. Уместно отметить, что головка цилиндров ранее подвергалась ремонту с заменой седел выпускных клапанов 6-го цилиндра, «правкой» фасок всех седел клапанов и заменой полного комплекта клапанов.
На момент обращения пробег автомобиля после установки отремонтированной головки цилиндров на двигатель составил 5 тыс. км.
При внешнем осмотре головки цилиндров были обнаружены множественные забоины ее «привалочной» поверхности в зоне расположения 6-го цилиндра – последствия разрушения седел клапанов, из-за чего, собственно, и ремонтировалась ранее головка цилиндров. Множественные забоины «привалочной» поверхности головки выявлены также в зоне расположения 4-го цилиндра. Следы ударов твердыми мелкими предметами в виде забоин присутствуют и на тарелках выпускных клапанов (фото 1) этого цилиндра. Сами тарелки имеют неплотное прилегание к седлам клапанов.
Фото 1. Следы ударов на тарелках клапанов
Проверка геометрии демонтированных из головки цилиндров выпускных клапанов 4-го цилиндра показала, что клапана деформированы (изогнуты) - биение запорной фаски тарелки клапана относительно стержня у одного клапана 0,40 мм, у другого – 1,55 мм. Кроме того, на обоих седлах выпускных клапанов видны односторонние лунки - следы многократных ударов по ним тарелок деформированных клапанов.
Следы ударов твердыми мелкими предметами обнаружены также и на одном выпускном клапане 6-го цилиндра. При контроле его геометрии выявлено биение фаски тарелки клапана 0,10 мм.
Множественные забоины присутствуют и на днище представленного для осмотра поршня 4-го цилиндра (фото 2).
Фото 2. Повреждения поршня 4-го цилиндра
Помимо этого, на днище поршня видны следы соударения его с клапанами,
головка поршня имеет значительные разрушения (выгорание), местами доходящие
до упрочняющей вставки канавки верхнего компрессионного кольца, упрочняющая
вставка частично разрушена. На жаровом поясе и юбке поршня – грубые задиры.
Что же могло послужить причиной таких повреждений деталей?
Прежде всего, обращают на себя внимание многочисленные забоины на головке
цилиндров, тарелках клапанов и днище поршня. Как показывает практика,
подобные повреждения деталей наблюдаются обычно при попадании в
надпоршневое пространство инородных тел в виде фрагментов разрушившихся
деталей двигателя (поршневых колец, седел клапанов, форкамер и т.п.).
В случае попадания их между поршнем и тарелкой клапана, когда поршень
приближается к ВМТ, а выпускной клапан еще полностью не закрыт, происходит
удар поршня по тарелке клапана. В результате удара клапан деформируется,
что приводит к нарушению плотности его прилегания к седлу клапана и, соответственно,
к снижению компрессии в цилиндре. Чаще всего это происходит в каком-то отдельном цилиндре.
Характер повреждений поступившей в ремонт головки цилиндров в полной мере согласуется с подобным
«сценарием» их возникновения.
Наличие лунок на седлах выпускных клапанов 4-го цилиндра
дает основания предположить, что деформация выпускных
клапанов этого цилиндра произошла уже на ранней стадии
эксплуатации двигателя после его ремонта. В дальнейшем
двигатель продолжал работать уже при не плотно прилегающих
выпускных клапанах 4-го цилиндра. Это предположение подтвердилось
при собеседовании с владельцем автомобиля, в ходе которого выяснилось,
что неустойчивая работа двигателя наблюдалась практически сразу же после его ремонта.
Более того, при пробеге автомобиля около 50 км в независимом автоцентре была
проверена компрессия в цилиндрах двигателя, которая составила в 1,2,3,5,6-ом
цилиндрах – 3,2?3,6 МПа, в 4-ом цилиндре – 1,2 МПа.
Тем не менее «специалисты», выполнявшие ремонт двигателя, порекомендовали
владельцу автомобиля продолжить его эксплуатацию, мотивируя тем, что для
приработки деталей двигателя нужно некоторое время, после чего
«компрессия придет в норму». Не вполне ясно, чем руководствовался владелец
автомобиля, однако автомобиль из ремонта он забрал и ... отправился в дальнюю дорогу.
Как и следовало ожидать, последствия такого «керосинового ремонта»
проявились достаточно скоро – упала мощность двигателя, двигатель стал «сапунить»,
резко возрос расход масла.
Последовавшая затем разборка двигателя позволила
выявить указанные выше дефекты головки цилиндров, клапанов и
поршневой группы 4-го цилиндра. Характер дефектов этих деталей
свидетельствует, что отказ поршневой группы 4-го цилиндра и,
соответственно, перечисленные неисправности двигателя обусловлены
произошедшими на начальном этапе работы повреждениями выпускных клапанов.
Вследствие неплотного прилегания клапанов к седлам снизилась компрессия в цилиндре,
что привело к задержке воспламенения топливовоздушной смеси и неконтролируемому
ее сгоранию /1,2,3/. В результате на отдельных участках создалась температура,
превышающая температуру плавления материала поршня, и произошло оплавление и разрушение головки поршня.
При попадании расплавленного металла между поршнем и цилиндром на жаровом поясе и юбке
поршня образовались задиры.
Таковы печальные, но, в общем-то, закономерные результаты недооценки требований
к качеству очистки деталей и не принятия оперативных мер по устранению нарушений работы двигателей.
1. Компоненты двигателей и фильтры: дефекты, их причины и профилактика. MAHLE GmbH, Stuttgart, 2011. – 75c.
2. Повреждения поршней – как выявить и устранить их. MSI Motor Service International GmbH, Neckarsulm, Германия, 2004. - 103с.
3. Piston Damage – Causes and Remedies. MAHLE GmbH, Stuttgart, 1999. – 80c.
