АЛЕКСАНДР ХРУЛЕВ, кандидат технических наук

В наших прошлых публикациях мы показали, что качественно отремонтировать блок цилиндров можно только с предварительной расточкой цилиндров перед хонингованием. Практика, тем не менее, показывает, что на этапе растачивания можно допустить ошибки, сводящие на нет все преимущества данной технологии. Что это за ошибки и как их избежать? Попробуем разобраться.

Прежде чем строить какие-либо предположения и делать выводы, возьмем и установим блок цилиндров, подлежащий ремонту, на стол расточного станка. На первый взгляд, достаточно найти центр окружности цилиндра, т. е. обеспечить соосность расточной головки и цилиндра, закрепить блок и приступать к расточке. Только давайте не будем торопиться — расточить мы всегда успеем. Сначала лучше подумаем, что бы мы хотели получить в результате этой процедуры.

Зачем растачивать блок?

Для начала небольшое замечание: если целью растачивания цилиндров избрать только лишь увеличение их размера под ремонтные поршни, то такая игра не стоит свеч — хороший импортный хонинговальный станок, как мы уже показали в статье, опубликованной в № 12/2001, легко избавит нас от операции растачивания вообще.

Тогда зачем копья ломать? Тоже понятно — цилиндры могут быть изношены неравномерно, да и блок в процессе длительной эксплуатации пусть

немного, но деформируется. Более того, при изготовлении блока не всегда соблюдаются необходимые технологические требования, что приводит, к примеру, к непараллельности осей цилиндров. Подобная картина, кстати, наблюдается не только у блоков отечественных автомобилей, но и у известных иномарок.

Так или иначе, но в результате расточки можно выправить геометрию самого «кривого» блока, другими словами, сделать оси цилиндров взаимно параллельными и одновременно перпендикулярными некоей базовой поверхности.

С первой задачей — обеспечением параллельности — обычно проблем не возникает. Как ни ставь блок на станке, как ни растачивай — параллельность будет обеспечена, если, разумеется, блок в процессе ремонта не переустанавливать на столе расточного станка.

Со второй задачей дело обстоит много хуже. Главный вопрос — где находится та самая «база», т. е. базовая поверхность, относительно которой надо растачивать цилиндры? Ответ, вообще-то, известен — это образующие отверстий подшипников коленчатого вала, так называемая постель. Именно к оси постели коленвала должны быть перпендикулярны оси цилиндров в первую очередь. А во вторую? Нет, давайте все по порядку.

Теория вопроса

Мысленно представим блок цилиндров в сборе с коленчатым валом, поршнями и шатунами. При вращении коленвала, очевидно, поршни будут совершать возвратно-поступательное движение в цилиндрах.

Допустим, оси цилиндров не перпендикулярны оси постели подшипников коленвала. Сразу возникнет несколько очень неприятных явлений. Ось поршня перестанет совпадать с осью цилиндра, и сам поршень в этом случае двигается в цилиндре в перекошенном состоянии. Это приводит к появлению дополнительной силы, изгибающей шатун, и, в конечном счете, к перекосу шатунного подшипника. Да и поршневые кольца в «кривом» блоке хорошо работать не станут-высокое давление картерных газов и большой расход масла газов двигателю обеспечены.

Такая ситуация близка к возникающей при деформации шатуна (непараллельности осей верхней и нижней головок). Естественно, говорить о каком-то ресурсе двигателя с подобными дефектами бессмысленно, также как и о качестве такой работы.

Величина неперпендикулярности осей цилиндров к оси коленвала, влияющая на ресурс двигателя, на наш взгляд, весьма невелика и составляет около 0,02—0,04 мм на длине цилиндра. Превысить эти «сотки» очень просто. К примеру, при установке блока на нижнюю плоскость перед расточкой плоскость «забыли» очистить от старой прокладки. Один из углов блока приподнялся всего на 0,15—0,2 мм, а результат уже налицо. Или такой пример: на хонинговальном станке цилиндр «гонится» прямым хонингованием сразу в последний ремонтный размер (+1,0 мм). Перекос оси цилиндра тогда вообще не прогнозируется, но то, что он выйдет за указанные нами пределы, это точно.

Получается, что в продольном направлении (вдоль оси коленвала) перекос цилиндров практически недопустим, если мы говорим о качественном ремонте блока цилиндров. Обеспечить это можно только в том случае, если за базу при расточке брать постель коленвала. Но этого для правильной установки блока недостаточно.

В самом деле, постель-то круглая, поэтому в поперечном направлении необходимо «привязать» блок еще к какой-нибудь базовой поверхности. Такой базой вполне может служить верхняя плоскость блока — по ней можно точно выставить блок на станке так, чтобы оси цилиндров при расточке были перпендикулярны именно этой плоскости. Хотя большой точности здесь не требуется — от поперечного наклона цилиндра будет зависеть лишь минимальный припуск при расточке, обеспечивающий обработку всей поверхности цилиндра.

Как растачивают блоки

Как известно, теория может быть весьма хороша, но практика вносит свои коррективы. Обычно при расточке блок ставят на нижнюю плоскость, полагая, что эта плоскость базовая, т. е. перпендикулярна осям цилиндров и параллельна оси постели коленвала.

Далее положение блока на станке проверяют (в некоторых мастерских) по верхней плоскости — в идеале она параллельна нижней и может быть также принята за базу. Иногда идут еще дальше: при поиске центра (оси цилиндра) проверяют с помощью индикатора положение стенки цилиндра по вертикали в двух направлениях — поперечном и продольном. При этом фактически исходят из того, что цилиндр не «косит», т. е. за базу выбирают, в конечном счете, образующую цилиндра.

Чаще всего никаких лишних измерений и проверок не делают — нет времени. Поэтому ставят блок на нижнюю плоскость и растачивают, настраиваясь по верхней части цилиндра.

К сожалению, ничего идеального в действительности не бывает. К примеру, плоскости отдельно взятого блока почему-то далеко не всегда параллельны постели коленвала и друг другу, а перпендикулярность их осям цилиндров — тоже не вполне установленный факт, то есть только гипотеза. И если всю процедуру растачивания цилиндров строить на гипотезах, то любая случайность легко может испортить все дело. Тем более что из каждого правила, не говоря уже о гипотезах, есть исключения.

Так или иначе, а получается парадокс: есть блок, есть расточной станок, а правильно расточить цилиндры трудно. Если же делать это совсем неправильно, то и результат непредсказуем — можно не то, что улучшить, а, наоборот, ухудшить геометрию блока. В такой ситуации даже «прямое», без расточки, хонингование может показаться благом для блока — оно, по крайней мере, если и ухудшает исходную геометрию, то не сильно, в разумных пределах.

Растачиваем? Только «от скалки»

Рассматривая достоинства и недостатки тех или иных способов выверки блока на столе расточного станка, можно сделать однозначный вывод — все они основаны на допущении об идеальности многочисленных базовых поверхностей. Значит, как только одна из поверхностей начинает «косить», то результат расточки цилиндров, а точнее, их взаимное расположение относительно оси постелей коленвала, уже нельзя уверенно признать правильным.

Где же выход? Да здесь же, под руками. Ведь если нельзя иначе, то почему бы не попробовать произвести расточку цилиндров непосредственно от постели коленвала?

Все, что для этого требуется — шлифованный стержень (скалка) и две опоры. Изготовить эти приспособления совсем несложно, надо только точно выдержать одинаковую высоту опор (это легко достигается их совместной обработкой). Тогда скалка, закрепленная в опорах, при установке на стол станка оказывается параллельной столу с точностью в 0,01 мм (такого не даст ни один из описанных выше способов выверки блока!).

Осталось поставить блок цилиндров на скалку. Проверять положение блока в продольном направлении уже не надо — точнее, чем он стоит на скалке, не поставить. А вот в поперечном направлении его положение надо отрегулировать по верхней плоскости прижимами с помощью индикатора.

Ну а далее, как обычно: «прокатать» индикатором по верхней части цилиндра, чтобы найти центр, и растачивать, ни о чем более не беспокоясь.

И все. Качество работы гарантировано правильной технологией. Причем скалка универсальна, т. е. подойдет для всех блоков, у которых диаметр постели больше диаметра скалки. И совершенно незаменима для высокооборотных форсированных двигателей, особенно спортивных — для последних альтернативы расточке «от скалки» вообще не существует.

Скалка для расточного станка имеет весьма простую конструкцию - шлифованный стержень и две опоры.

Перекос цилиндра в продольном направлении вызывает "диагональный" износ поршня (пятно контакта (А) юбки с цилиндром, пятно контакта (Б) огневого пояса с цилиндром) и "диагональный" износ вкладышей (В).

Поставив блок на скалку, необходимо отрегулировать положение блока в поперечном направлении.

Поиск центра окружности цилиндра при расточке "от скалки" ничем не отличается от обычного при расточке от плоскости.

Осталось только расточить блок - качество работы обеспечено правильной технологией.

АЛЕКСАНДР ХРУЛЕВ, кандидат технических наук

«Такой блок отремонтировать нельзя! - сказал мастер, указывая на задиры в цилиндрах двигателя MercedesV8. - По крайней мере, в России ремонта алюминиевых блоков не владеют. Специальное покрытие на зеркалах восстановлению не подлежит. Только менять!» - И назвал цену - цифру с некоторым количеством нулей. В долларах, разумеется...

Мы ничего не придумали. Этот разговор действительно произошел не так давно в сервисном центре одного из официальных дилеров знаменитой фирмы. Конечно, установка нового агрегата в сборе взамен вышедшего из строя удобнее и выгоднее для техцентра. Огорчало другое: профессионалы (надеемся, что в дилерских центрах работают только они) не знают (или скрывают это?), что такое - алюминиевый блок цилиндров. В смысле технологии его производства и ремонта. А ведь в России ремонт алюминиевых блоков освоен давно - пожалуй, лет 10 уже, не менее!

Алюминиевый блок в «интерьере»

Прежде чем выстраивать технологические цепочки ремонтных операций, надо, разумеется, знать все особенности ремонтируемой детали.

В том числе технологические «хитрости» ее производства и характер работы. У алюминиевых блоков есть много такого, о чем иные профессионалы, похоже, и не слыхали.

Первый вопрос: зачем блок цилиндров делать алюминиевым, если и чугунные блоки прекрасно работают? Ответ прост: удельная масса алюминия (2850 кг/м3) в 2,7 раза меньше удельной массы чугуна. Соответственно алюминиевый блок получается намного легче чугунного. А это важно, особенно для многоцилиндровых моторов с большим рабочим объемом. Кроме того, теплопроводность алюминия в 4 раза выше, чем чугуна. В результате этого двигатель с алюминиевым блоком быстрее прогревается, а объем системы охлаждения может быть уменьшен благодаря более эффективному охлаждению и быстрому выравниванию температуры стенок блока.

Однако реализовать на практике эти преимущества алюминия не так-то просто. Известно, что по чугунным цилиндрам прекрасно «ходят» поршневые кольца как с твердыми покрытиями, так и без таковых, и сами «мягкие» алюминиевые поршни. С алюминиевыми цилиндрами ситуация другая: сочетание «мягкого» металла поршня с таким же «мягким» материалом цилиндра мгновенно приводит к «схватыванию» металлов и заклиниванию двигателя.

Разумеется, конструкторы двигателей, принимая во внимание эти свойства металлов, разработали несколько способов решения проблемы. Один из них - блоки цилиндров с «мокрыми» гильзами.

Еще в е годы прошлого века получила распространение такая схема: в алюминиевый блок цилиндров устанавливаются «мокрые» чугунные или стальные гильзы. Что называется, и «волки сыты (то есть блоки стали легкими), и овцы целы» - поршни и кольца «ходят» по традиционной твердой поверхности. Такая схема благополучно дожила до наших дней: многие моторы как отечественных, так и иностранных автомобилей имеют подобные блоки цилиндров (вспомним хотя бы наши «волги» и «москвичи»).

Однако простота решения проблемы оказалась весьма обманчивой - схема с «мокрыми» гильзами не лишена недостатков. Жесткость блока, где гильзы «живут» своей жизнью, снижается, что приводит к необходимости увеличивать толщину его стенок, а гильзы при обжатии головки блока деформируются, вызывая повышенный угар масла. Кроме того, такая конструкция оказалась чувствительной к перегреву - прокладка головки блока обычно теряет герметичность даже при не слишком большом и длительном превышении допустимой температуры двигателя.

Эти тонкости можно было не принимать во внимание до тех пор, пока двигатели оставались тихоходными и малонагруженными, а нормы токсичности выхлопа - весьма демократичными. Но к м годам пошлого века ситуация изменилась, и конструкция, прожившая без малого полвека, перестала удовлетворять новым требованиям в полной мере.

Следующим шагом стало появление блоков цилиндров из алюминия с «сухими» чугунными гильзами. Такая схема отрабатывалась многими производителями, но компания Honda первой внедрила в массовое производство конструкцию алюминиевого блока с залитыми тонкими «сухими» чугунными гильзами, и с конца х годов все моторы этой фирмы стали оснащаться такими блоками. Постепенно эта схема завоевала своих сторонников - к му году такие блоки применяли Renault, Volvo, GM, Suzuki, Subaru, Rover и другие производители.

Нередко вместо чугуна гильзы выполняют из композиционных материалов на чугунной основе. Износостойкость таких гильз значительно выше, чем у цельнолитых чугунных блоков (применение дорогостоящих композиционных материалов при изготовлении последних неоправданно, по экономическим соображениям, из-за их большой массы).

Схема с «сухими» гильзами реализует все преимущества легких алюминиевых блоков, прекрасно сочетая их с технологичностью чугунных, а именно: с возможностью растачивания и хонингования цилиндров в увеличенный (ремонтный) размер поршней. Вместе с тем и эта схема не свободна от недостатков. Чугун, из которого изготовлена гильза, имеет меньшие, нежели алюминий, коэффициенты теплового расширения и теплопроводности. Необходимы специальные меры для исключения «отрыва» гильзы от алюминиевой стенки (с этой целью нередко гильзу снаружи делают ребристой). При этом рабочий зазор поршня в цилиндре, как и в простом чугунном блоке, при нагреве уменьшается, а при охлаждении увеличивается, даже если материалы поршней и блока одинаковые. В результате при больших пробегах возможно появление «холодного» стука поршней и, как следствие, повышенного угара масла.

Цельноалюминиевые блоки цилиндров появились приблизительно в те же годы. Технологию их производства отработала немецкая фирма Mahle. Суть идеи заключается в том, что сохраняется пара «железо-алюминий» для поршня и цилиндра, но при условии, что цилиндр выполнен алюминиевым, в то время как алюминиевый поршень гальванически покрыт тонким (0, 0,03мм) слоем железа.

Теперь все встало на свои места: поршень в цилиндре не заклинит, зато тепловое расширение цилиндра и поршня практически одинаково. Тогда рабочий зазор не будет «гулять», и его можно сделать очень малым (0,0,02 мм), не боясь возникновения задиров и «прихватов». Значит, ресурс деталей повысится, по крайней мере, в 1,5 раза.

Однако то, что в теории просто, на деле оборачивается новыми проблемами. На практике, когда поршневые кольца работают по алюминию, ресурс поршневой группы оказывается невелик вследствие слишком «мягкой» рабочей поверхности цилиндра.

Проблему решили, применив специальную технологию литья блока из алюминиевого сплава с содержанием кремния более 18%. Быстрое охлаждение участков заготовки блока в зоне цилиндров приводит к направленной кристаллизации кремния y зеркала цилиндров. Далее, после механической обработки поверхность цилиндров дополнительно обрабатывают химическим травлением. В результате этой операции кислота, взаимодействуя преимущественно с алюминием, «вымывает» его слой толщиной несколько микрон, оставляя на поверхности лишь кристаллы кремния.

Теперь и поршень, и поршневые кольца будут «работать» не по алюминию, а по твердому кремнию - износостойкость и долговечность этих пар трения гарантирована, причем она заметно выше, чем у обычных чугунных цилиндров. Правда, при этом поршневые кольца, все без исключения, должны иметь твердое хромовое покрытие, поскольку именно этот металл обеспечивает наивысшую износостойкость в паре с кремнием.

Блоки цилиндров, изготовленные с помощью описанной технологии, получили достаточно широкое распространение у немецких производителей автомобилей: это двигатели Mercedes V8 и V12, Audi V8, Porsche L4 и V8, BMW V8 и V12. Та структура материала, которая получена на поверхности цилиндров этих цельноалюминиевых блоков, по терминологии фирмы Mahle называется Silumal. Поршни для таких блоков имеют особое покрытие Ferrostan (фирма Kolbenschmidt, также использующая эту технологию, дает ей другое название - Alusil).

Описанные цельноалюминиевые блоки прекрасно ремонтируются, их можно растачивать и хонинговать в ремонтный размер без всяких ограничений. Правда, при ремонте необходима специальная операция - финишная доводка поверхности цилиндров.

К сожалению, при всех преимуществах пара «Silumal-Ferrostan» (цилиндр-поршень) все-таки не идеальна. В отличие от традиционных чугунных блоков цельноалюминиевые очень «не любят» перегрева и плохой смазки. В таких нештатных условиях на поверхности цилиндров нередко возникают глубокие задиры, практически выводящие двигатель из строя. Это естественная плата за меньшую прочность и твердость алюминиевого сплава по сравнению с чугуном.

Очевидно, чем больше кремния окажется на поверхности цилиндров в цельноалюминиевом блоке, тем выше будут их износостойкость и долговечность. Однако применять на практике технологию направленной кристаллизации довольно трудно и дорого. Фирма Kolbenschmidt предложила другое решение: на стадии изготовления блока в него устанавливаются уже готовые алюминиевые гильзы (технология Locasil). Это позволяет использовать для блока более дешевый алюминиевый сплав и на поверхности цилиндров получить очень высокую концентрацию кремния - до 27%. Хотя отмеченные недостатки цельноалюминиевых блоков сохраняются и здесь.

Поскольку «мягкая» поверхность цилиндров алюминиевого блока уступает чугуну, то почему бы не сделать ее более твердой? То есть нанести настоящее твердое покрытие? Такие блоки цилиндров с твердым покрытием начали применять уже давно. Это покрытие представляет собой слой никеля толщиной 0,0,2 мм со сверхтвердыми частицами карбида кремния SiC размером 3 мкм. Разработчик этой технологии фирма Mahle называет это покрытие Nicasil (фирма Kolbenschmidt использует другое название - Galnical).

Первоначально технология Nicasil применялась в х годах для блоков цилиндров дорогих эксклюзивных или спортивных автомобилей. Кстати, моторы автомобилей «Формулы-1» имеют аналогичное покрытие на гильзах цилиндров. Но в массовом производстве эта технология начала применяться лишь в начале х (в качестве примера можно привести двигатели М60 и М52 фирмы BMW).

В отличие от цельноалюминиевых блоков покрытие Nicasil не требует каких-либо изменений материала поршней, т.к. по этому покрытию прекрасно работают и обычные алюминиевые поршни. А вот с поршневыми кольцами для этих блоков ситуация сложнее. Традиционные хромированные кольца не подходят: два сверхтвердых материала (хром и Nicasil) плохо сочетаются друг с другом. Поэтому для цилиндров с твердым покрытием рекомендуются другие кольца - например, чугунные фосфатированные без твердого покрытия.

Мотористы, впервые встретившие алюминиевые блоки цилиндров в своей практике, нередко путают их и не могут точно определить, с каким именно блоком - с покрытием или без него - они имеют дело. На самом деле установить тип блока просто: достаточно «царапнуть» острым металлическим предметом по верхнему краю цилиндра. Цельноалюминиевый блок царапается очень легко, причем царапина получается глубокой, поскольку поверхность цилиндра из мягкого алюминиевого сплава. На чугунном цилиндре царапины будут незначительными. И лишь на покрытии Nicasil не останется никакого следа - настолько высока его твердость.

Несмотря на то, что износостойкость покрытия Nicasil существенно превышает аналогичный показатель обычных чугунных блоков цилиндров, некоторые недостатки этой технологии все же надо отметить. Основа блока - алюминиевый сплав - остается относительно «мягким», поэтому при серьезных поломках (обрыв шатуна, прогар и разрушение поршня) тонкое покрытие легко пробивается и уже не может быть восстановлено. Да и в случае естественного износа ремонт, как правило, не предусматривается, т.к. покрытие имеет малую толщину, из-за чего при обработке цилиндра можно легко обнажить алюминий. По этой причине ремонтных поршней для большинства таких блоков «в природе» не существует (лишь для некоторых моторов выпускаются ремонтные комплекты поршневой группы с увеличенным на 0,0,10 мм размером).

Но если фирма-производитель не предусматривает технологии ремонта, это вовсе не значит, что изношенный блок нельзя отремонтировать. Скажем больше - алюминиевый блок цилиндров, изготовленный по любой из описанных выше технологий, как правило, подлежит ремонту не только в случае износа цилиндров, но даже при более серьезных повреждениях. Как это можно сделать, мы расскажем в наших следующих публикациях.

В этом алюминиевом блоке «сухие» чугунные гильзы хорошо заметны невооруженным глазом, чего нельзя сказать о большинстве подобных блоков

Алюминиевый цилиндр двигателя Porsche с покрытием типа Nicasil - его рабочую поверхность можно поцарапать только алмазом

HTML Source Editor Word wrap ?

АЛЕКСАНДР ХРУЛЕВ, кандидат технических наук

В предыдущей статье мы рассказали, какие основные типы алюминиевых блоков цилиндров применяются в конструкциях современных двигателей. В процессе эксплуатации рабочие поверхности цилиндров изнашиваются, а иногда возникают и более серьезные дефекты: задиры, трещины, пробоины… Поэтому вопросы ремонта алюминиевых блоков не менее актуальны, чем традиционных чугунных.

Практика показывает, что при ремонте большинства алюминиевых блоков используют несколько другие, нежели для чугунных блоков, ремонтные технологии. Они обусловлены следующими причинами:

— рабочая поверхность цилиндров алюминиевого блока, как правило, имеет иную структуру, чем основной материал блока (алюминиевый сплав);

— коэффициент температурного расширения алюминиевого сплава превышает аналогичный параметр чугуна и стали в 1,7—2 раза;

— прочность, твердость и коррозионная стойкость алюминиевого сплава существенно ниже, чем у чугуна.

Ввиду этих особенностей алюминиевых блоков не только изменяются режимы традиционных ремонтных операций, таких как растачивание и хонингование, но и, кроме того, используются оригинальные операции, не применяемые при ремонте чугунных блоков. К тому же при ремонте алюминиевых блоков необходимы особые внимательность и аккуратность, без которых трудно добиться высокого качества ремонта.

Ремонтировать? Лучше заменить!

Наиболее просто ремонтировать цилиндры алюминиевых блоков со вставными «мокрыми» чугунными гильзами: достаточно лишь заменить изношенные гильзы на новые. Таковы, например, рекомендации подавляющего большинства иностранных автопроизводителей для многих двигателей легковых иномарок, где установлены «мокрые» гильзы — их ремонт (расточка, хонингование) обычно не предусмотрен. С другой стороны, для отечественных моторов выпускаются.

ремонтные поршневые группы. Однако точно выдержать геометрию «мокрых» гильз при их расточке и хонинговании трудно.

Проблемы при ремонте «мокрых» гильз связаны с их жесткостью. Например, крепление гильзы в хонинговальном или расточном станках с помощью различных приспособлений нередко приводит к ее деформации. Не спасает положение и обработка гильз, вставленных непосредственно в блок и прижимаемых сверху специальными шайбами, — помимо деформации могут возникнуть трудности при хонинговании. К примеру, конструктивные особенности многих блоков не позволяют брускам хонголовки выходить за нижнюю кромку гильзы. Из-за этого невозможно добиться правильной геометрии цилиндра.

Трудности при ремонте гильз возникают вследствие разной толщины стенок — нижняя часть гильзы тоньше и, соответственно, более «податливая». При растачивании и хонинговании эта часть стенки «дышит», т. е. отжимается инструментом, что приводит к повышенной конусности нижней части гильзы.

Решить проблемы с обработкой гильз можно, но не просто. Первый способ — индивидуальная обработка гильз с минимальным зажимом на последнем этапе хонингования (этого можно добиться, если от проворачивания удерживать гильзу вручную с помощью хомута). Именно так удается исключить деформацию гильзы и, соответственно, обеспечить ее хорошую геометрию: эллипсность не более 0,02 мм, а конусность в пределах 0,01 мм.

Другой способ, напротив, моделирует деформацию гильз в блоке. Правда, для его реализации нужна так называемая «фальшголовка» блока — плита с отверстиями, диаметр которых больше, чем у цилиндров. Она прижимается вместе с прокладкой к блоку болтами взамен штатной ГБЦ. Далее, после предварительного растачивания, гильзы подвергают хонингованию либо в блоке, если позволяет его конструкция, либо индивидуально. Во втором случае желательно использовать хонголовку с подпружиненными брусками, чтобы сохранить форму гильзы в свободном состоянии (отметим, что при повторном монтаже гильз в блоке их положение должно сохраняться).

Понятно, что точно выдержать все эти технологические тонкости на практике не просто и не дешево. Это еще раз подтверждают рекомендации зарубежных ремонтников: гильзы лучше менять, чем ремонтировать. Правда, и при замене следует соблюдать аккуратность, потому что нередки случаи коррозии блоков на нижних уплотняющих поясках для гильз. Если такой факт установлен, то блоку необходим ремонт, к тому же совсем не простой. Помимо ликвидации коррозионных повреждений (посредством сварки, напыления и пр.), потребуется точно обработать поясок «как чисто» и при этом «не провалить» гильзу от верхней плоскости (выступание гильзы от верхней плоскости блока обычно регламентируется в пределах 0,05—0,10 мм).

Сила традиции

Чем хороша традиционная технология ремонта? Да тем, что все тонкости ее отработаны до совершенства, включая станок, приспособления, инструмент, режимы обработки. В этом и заключена сила традиции — не надо ничего изобретать, достаточно взять и сделать. Быстро и правильно.

Именно так в случае износа ремонтируют алюминиевые блоки цилиндров с залитыми чугунными гильзами. Обычно производители предусматривают возможность, по меньшей мере, одного ремонта, при этом блоки подвергают традиционным операциям расточки и хонингования под поршни ремонтного размера.

Другое дело, когда цилиндр имеет глубокое повреждение, не устраняемое увеличением диаметра цилиндра до ремонтного размера. Иногда гильза, установленная на заводе-изготовителе, со временем теряет герметичность и начинает «течь», в результате чего в цилиндр и картер поступает антифриз. В подобных случаях необходима замена гильзы. Эта операция тоже достаточно хорошо отработана в ремонтной практике (справедливости ради, отметим, что автопроизводители рекомендуют в таких случаях менять блок).

Начинают замену с удаления старой гильзы. Для этого гильзу растачивают до вскрытия основного материала блока и удаления ее остатков (обычно толщина залитой гильзы колеблется в пределах 2,5—4,0 мм). Дальнейшие действия зависят от характера дефекта блока. При серьезных повреждениях в алюминиевой стенке, окружающей гильзу, могут появиться трещины. Их обнаруживают визуально или по результатам опрессовки рубашки охлаждения блока.

Крупные трещины, в том числе расположенные вдоль образующей цилиндра, требуют обязательной заварки, поскольку способны расти под действием натяга гильзы. Следует быть готовым к тому, что после сварки блок может «повести». Этот дефект потребует повторной обработки посадочной поверхности гильзы и дополнительной обработки постелей коленвала и/или верхней плоскости.

При изготовлении новой гильзы в ее в верхней части необходимо выполнить упорный бурт, а в гнезде — соответствующую выточку. Гильза должна иметь натяг в гнезде 0,05—0,07 мм. Чтобы легко, «от руки», установить такую гильзу в блок, достаточно охладить ее в жидком азоте до -186°С, даже не прибегая к нагреву блока. Кстати, перед установкой гильзы необходимо нанести на верхнюю и нижнюю части гнезда жидкий герметик (этим гарантируется герметичность посадки гильзы), а сразу после установки — «заневолить» гильзу, т. е. создать давление в сторону запрессовки до окончательного выравнивания температуры блока (подробно эта технология описана в № 1/2002).

Ремонтировать? Конечно…

В самом деле, для блоков цилиндров, выполненных по технологии Alusil (Silumal), фирмы-производители поршней выпускают не только стандартные, но и ремонтные комплекты поршневых групп (обычно такие комплекты имеют увеличенные размеры +0,5 и +1,0 мм, реже +0,35 и +0,7 мм). Ремонтные поршни, также как и стандартные, в обязательном порядке имеют тонкое покрытие железом. Попытки использовать обычные поршни без покрытия заканчиваются мгновенным схватыванием (задиром) и выходом двигателя из строя. Упомянутые ремонтные комплекты изготавливаются с учетом специально разработанной технологии ремонта алюминиевых цилиндров.

Растачивание цилиндров выполняется традиционно, однако хонингование имеет свои особенности. Главное отличие состоит в использовании специальных абразивных брусков с минимальным «засаливанием», которое, как известно, является причиной появления задиров на отремонтированной алюминиевой поверхности.

Фирма Sunnen, ведущий производитель хонинговального оборудования, рекомендует цилиндры таких блоков последовательно обрабатывать мя типами брусков, содержащих абразивные частицы из карбида кремния SiC. Первый тип — CJ55, предназначен для снятия дефектного слоя (припуск 0,04—0,08 мм) после растачивания, второй тип CJ84 — для предварительного хонингования с припуском около 0,01—0,02 мм и удаления глубоких рисок, оставшихся от предыдущей операции, а третий тип СС03—81 применяется для окончательного (финишного) хонингования без изменения размера цилиндра.

Если хонингование проводится после предварительного растачивания, то сначала необходимо в обязательном порядке удалить с блока всю стружку, так как ее попадание под абразивные бруски может повредить поверхность цилиндра и сами бруски, вызвав скалывание абразива с их кромок. Такой же результат может получиться при чрезмерном давлении брусков на стенку цилиндра, плохой фильтрации масла, подаваемого в зону хонингования, а также при несоответствии профиля наружной поверхности брусков и поверхности цилиндра (когда радиус закругления брусков больше радиуса цилиндра). К примеру, при чрезмерно высоком давлении на поверхность цилиндра бруски, вместо того, чтобы резать твердые зерна кремния, способны вырывать их с поверхности. Как правило, эффект сопровождается налипанием алюминия на брусок, скалыванием его кромки и появлением на поверхности цилиндра глубоких рисок, способных испортить всю работу.

После хонингования диаметр цилиндра должен соответствовать заданному (обычно рабочий зазор поршня в цилиндре лежит в пределах 0,01—0,02 мм), но структура поверхности еще далека от требуемой. Поэтому на финишной стадии обработки цилиндров проводят операцию полирования поверхности.

Полирование при ремонте фактически является альтернативой химического травления в производстве и выполняется без подачи смазочного масла к обрабатываемому цилиндру. Суть полирования сводится к снятию незначительного (около 1 мкм) слоя алюминия и обнажению кристаллов кремния. При этом используются мягкие фетровые башмаки CF85, устанавливаемые в хонголовку, и специальная «мягкая» кремниевая (силиконовая) паста AN-30, снимающая с поверхности алюминий, не затрагивая частицы кремния.

После полирования поверхность цилиндров приобретает характерный матово-серый цвет, причем на ней не должно быть заметно рисок от резца или хонинговальных брусков. Структура поверхности в этом случае представляет собой выступающие зерна кремния, а алюминиевый сплав в виде связки располагается ниже уровня зерен на 1—1,5 мкм. Другими словами, поверхность становится пористой — между зернами кремния появляются микрообъемы, которые при работе двигателя заполняются маслом, смазывающим детали поршневой группы.

Немецкая фирма Gehring для обработки алюминиевых цилиндров предлагает другую технологию. Отличия, в основном, заключаются в процессе предварительного хонингования. Так, вместо го типа брусков из SiC на этапе предварительного хонингования используются алмазные бруски, и лишь на последующих этапах, в том числе фининшного хонингования, устанавливаются бруски с абразивом из карбида кремния.

Описанные приемы ремонта применяются не только для блоков, изготовленных по технологии Alusil (Silumal), но и для более современных вариантов — Lokasil и Silitec (последний представляет собой кремниевую матрицу в виде гильзы, залитой алюминиевым сплавом и содержащей до 25% кремния). Во всех случаях макро- и микрогеометрия цилиндров ничуть не отличается от заводской.

При серьезных повреждениях цилиндров, когда дефекты не могут быть устранены путем увеличения диаметра цилиндра до ремонтного, производители предусмотрели установку ремонтных гильз. Такие гильзы поставляются в запасные части для некоторых алюминиевых блоков, выполненных по указанным выше технологиям.

Ремонтные гильзы выполняются из материала, аналогичного материалу блока, — это алюминиевый сплав с содержанием кремния более 17%. Технология установки алюминиевой гильзы практически ничем не отличается от описанной выше для чугунных гильз. Разница обусловлена физическими свойствами алюминия, в частности его высокой теплопроводностью. На практике это означает, что перед запрессовкой необходимо создавать максимально возможную разность температур между гильзой и блоком (к примеру, охлаждением гильзы в жидком азоте и нагревом блока), а запрессовку выполнять «от руки» и быстро, чтобы гильза не успела нагреться.

Другая, причем весьма неприятная, особенность алюминиевой гильзы — ее нельзя допрессовать, как чугунную, если она по каким-либо причинам не встала «до упора» на свое место. Единственно возможный выход в подобной ситуации — удалить гильзу расточкой. Что, вообще говоря, обидно — цена гильзы, как правило, превышает 100—120 долл., да и ждать новую гильзу «на заказ» придется не один день.

После того, как все гильзы будут установлены, их необходимо обработать обычным для алюминиевых блоков данного типа образом. И обратите внимание на выступающие над привалочной плоскостью торцы гильз — при их обработке не рекомендуется подрезать привалочную плоскость блока, чтобы величина выступания поршней в ВМТ над плоскостью не превысила предельных значений (обычно 0,5—0,7 мм) и не образовалось ступени между плоскостью и верхней частью передней крышки блока.

Когда ремонт — дело тонкое

Именно так обстоит дело с алюминиевыми блоками, имеющими покрытие цилиндров типа Nicasil (Galnical). Как известно, в процессе длительной эксплуатации даже это покрытие, несмотря на сверхвысокую твердость, тоже изнашивается. Возникает вопрос: можно ли ремонтировать такой блок цилиндров? Прежде чем ответить на него, рассмотрим некоторые особенности блоков с упомянутым покрытием.

Обычно на практике необходимость ремонта возникает редко, чаще всего тогда, когда покрытие уже безвозвратно повреждено. С другой стороны, для подавляющего большинства двигателей ремонтные поршни не выпускаются. Лишь для некоторых моторов BMW удается найти поршневые группы с увеличенным на 0,07—0,08 мм размером. И все же допустим, что поршни найдены, да и покрытие цилиндров пока «живое» — без сколов и задиров. Попробуем что-нибудь сделать.

Растачивать цилиндры такого блока — затея бессмысленная. Ни один резец «не возьмет» карбид кремния, содержащийся в материале покрытия, да и расточка с припуском менее 0,1 мм не требуется.

Значит, хонингование? Да, но не без «хитростей». Во-первых, бруски выбирают только самые твердые — алмазные или с абразивными частицами из нитрида бора. Далее — режимы хонингования: нужно устанавливать самое минимальное усилие давления брусков на поверхность цилиндра, чтобы не «продавить» и не разрушить тонкое покрытие.

К сожалению, даже соблюдение самых строгих мер предосторожности еще не гарантирует успех всего мероприятия в целом. К примеру, длительно работавший блок может иметь повышенную эллипсность цилиндров (до 0,03—0,05 мм). При минимальном усилии хонингования устранить эллипс полностью трудно, в то же время опасность разрушения (скалывания) покрытия вблизи малой оси эллипса цилиндра весьма велика. В конечном счете, положительного результата удается достигнуть не на всех цилиндрах блока.

Если же покрытие повреждено (необязательно при хонинговании), то никаких рекомендаций по ремонту производители не дают. Эта ситуация породила среди механиков «легенды» о необходимости повторного покрытия цилиндра «ника-силом». Однако многолетняя практика показывает, что нет смысла повторять сложную заводскую технологию. Известно немало случаев, когда отремонтировать блок в рамках «разрешенных» производителем технологий невозможно. Это случается при серьезных и глубоких повреждениях рабочей поверхности цилиндров.

Из России — с технологией

Допустим, что в процессе эксплуатации блок с покрытием Nicasil получил повреждения цилиндров. Что делать с таким блоком?

Во-первых, можно «пустить в расход». И купить новый. И даже мотор новый в сборе поставить, как рекомендуют производители в таких случаях. Только то, что хорошо для нового автомобиля, никак не подойдет для десятилетнего.

Где-нибудь в Европе можно использовать и такое альтернативное решение — поставить двигатель «б/у». Дешево и сердито. Только у нас не Европа — документы соответствующие нужны на такой мотор. А кто их выдаст?

Вот и получается — хочешь не хочешь, а надо ремонтировать, т. е. «гильзовать» обычными чугунными гильзами.

Можно так поступать? Конечно, нет, если соблюдать инструкции производителей. Однако инструкции можно «забыть», и тогда ответ станет положительным. При одном непременном условии — если овладеть технологией установки чугунных гильз и отработать ее до совершенства.

Выше мы рассказывали, как менять залитые чугунные гильзы на алюминиевых блоках. Установка ремонтных чугунных гильз в блоки других типов ничем не отличается от описанной. При этом в блоках типа Silumal (Alusil), вместо пар трения «кремний-железо» для поршня и «кремний-хром» для поршневых колец, получаются пары «чугун-железо» и «чугун-хром», отлично работающие и обладающие высокой долговечностью. Кроме того, чугунные гильзы отлично противостоят перегреву и недостаточной смазке, чего никак не скажешь о «родной» алюминиевой поверхности.

В блоках с покрытием типа Nicasil (Galnical) для поршней вообще нет никакой разницы по какой поверхности скользить — чугунной или «родной» из «никасила», хотя на более старых моторах долговечность поршневых колец после ремонта несколько снижается из-за отсутствия у них хромового покрытия.

Как нам стало известно, на сегодняшний день такая технология применяется только в отечественной практике. И весьма успешно — ресурс деталей цилиндропоршневой группы у отремонтированных моторов превышает 150 тыс. км.

Расточка и хонингование цилиндров чугунного блока проводятся по уже ставшими традиционными технологиям. Чугунные цилиндры алюминиевого блока ремонтируют точно так же.

При восстановлении блоков со вставными "мокрыми" гильзами лучше использовать полный ремонтный комплект, нежели растачивать гильзы под увеличенный размер поршней.

Типичные повреждения мягкого алюминиевого цилиндра при перегреве двигателя.

При хонинговании алюминиевых цилиндров абразивные бруски должны одновременно срезать мягкий алюминиевый сплав и твердые зерна кремния.

После полирования кремниевой пастой поверхность алюминиевого цилиндра приобретает пористость - между зернами кремния образуются микрообъемы, заполняемые маслом: а - поршневое кольцо; b, d - зерна кремния; с - алюминиевый сплав; е - масло.

Хороша алюминиевая гильза, да не дешева!

Расточка цилиндров алюминиевого блока - обычная ремонтная процедура.

Жидкий азот для гильзы - отрада моториста!

Самая ответственная операция для алюминиевой гильзы - поставить ее "от руки". Одно неверное движение - и гильза будет испорчена, а вся работа загублена.

?

АЛЕКСАНДР ХРУЛЕВ, кандидат технических наук
СЕРГЕЙ САМОХИН

Способ ремонта блоков двигателей установкой чугунных гильз хорошо известен и широко используется автеремонтниками с незапамятных времен. Применяя технологию гильзования при ремонте зарубежных двигателей, отличающихся большим конструктивным разнообразием, нужно учитывать ряд нюансов. Иначе можно легко нажить себе неприятности.

Когда при вскрытии двигателя обнаруживаются критические повреждения стенок цилиндров, часто оказывается, что щадящий способ ремонта, растачивание и хониигование цилиндров под установку поршней ремонтного размера, неприменим. Действительно, таким образом восстановить блок удается далеко не всегда.

Подавляющее большинство чугунных блоков современных двигателей имеет так называемую моноблочную конструкцию. В моноблоке гильзы цилиндров (таким термином в общем случае называют стенки цилиндров) составляют с телом блока единое целое. Для таких блоков, как правило, выпускаются поршнекомплекты ремонтного размера. В качестве редкого исключения можно упомянуть отдельные типы дизельных двигателей (к примеру, Isuzu), в которых применяется блок из чугуна с запрессованными в него тонкими стальными гильзами. Они не растачиваются, а заменяются при ремонте. Тем не менее, в последнее время увеличивается доля двигателей с блоками, изготовленными из алюминиевых сплавов. Здесь, как говорится, возможны варианты.

Некоторые алюминиевые блоки изготавливаются составными. В них тонкостенные гильзы с толщиной стенки 2—3 мм выполняются из другого материала (чаще — чугуна) и устанавливаются в блок при его отливке. Такая конструкция получила название «блок с сухими чугунными гильзами» и применяется в и цилиндровых двигателях Volvo, цилиндровых двигателях Land Rover, японских моторах Honda, Nissan, Suzuki, Subaru и ряде других. Технологии ремонта блоков с «сухими» гильзами, как правило, предусматривают возможность растачивания и хонингования цилиндров под увеличенный размер поршней, но из этого правила нередко бывают исключения.

Ряд автопроизводителей применяет цельноалюминиевые блоки, в которых поверхность стенок цилиндров подвергается специальной химико-термической обработке. Упрочненная структура поверхности, отличающаяся высокой концентрацией кристаллов кремния, получила название Silumal (по терминологии фирмы Mahle). Такую технологию используют при изготовлении блоков двигателей Mercedes V8 и V12, BMW V12, Audi V8, Porsche V8 и L4, Honda L4. Помимо этого, в некоторых моторах BMW применяются алюминиевые моноблоки, в которых на поверхность цилиндров наносится твердое покрытие Nicasil. Оно представляет собой композицию никеля и частиц карбида кремния. Для алюминиевых моноблоков типа Silumal производятся ремонтные поршнекомплекты с увеличением размера цилиндра на 0,5 мм и даже на 1,0 мм. Напротив, для алюминиевых моноблоков с покрытием Nicasil ремонтных поршней не существует.

Из сказанного следует, что первое ограничение на применение метода ремонта растачиванием под увеличенный размер поршня накладывается конструкцией блока. Возможности ремонта блока методом растачивания также ограничиваются величиной и характером повреждений. Степень износа стенок или глубина рисок и задиров могут достигать таких значений, что удалить эти дефекты нельзя даже при расточке цилиндра в максимально возможный ремонтный размер, Указанный способ ремонта тем более неприменим в случаях, когда в стенке образовалась трещина или обширная пробоина, или в месте заливки «сухой» гильзы появилась течь, в результате которой в цилиндр и картер поступает антифриз. Бывает, что ремонт, предусматривающий последующую установку комплекта ремонтных поршней, может оказаться просто нецелесообразным ввиду их высокой стоимости или дефицита.

Практически во всех случаях, когда растачивать цилиндры бесполезно или неэффективно, спасти ситуацию можно установкой в блок ремонтных гильз. Технология гильзования универсальна, ее можно применять для блоков любой конструкции.

Универсальная технология

Для ряда конструкций блоков заводы-изготовители допускают ремонт методом гильзования. В таком случае предусматривается поставка в запасные части к двигателю ремонтных гильз. Например, они поставляются для некоторых цельноалюминиевых блоков, изготовленных с применением технологии Silumal. Гильзы для таких блоков изготавливаются из алюминиевого сплава, структура их материала соответствует материалу блока. Безусловно, применение «фирменных» гильз дает наилучшие результаты с точки зрения восстановления работоспособности двигателя, но в наших условиях ограничивается их высокой стоимостью {более 100—120 Евро за гильзу}, а потому экономически оправдано лишь тогда, когда гильзуется один или несколько цилиндров.

Напротив, на некоторые типы блоков ремонтные гильзы не выпускаются. Такая ситуация характерна для алюминиевых моноблоков с покрытием Nicasil, а также и для многих моделей чугунных блоков. Означает ли это, что поврежденный блок ремонту не подлежит и его остается лишь выбросить? Отнюдь, отечественная практика показывает, что даже в тех случаях, когда ремонт гильзованием официально не одобрен заводом-изготовителем двигателя, его можно успешно применять. Правда, непременным условием является точный расчет и полное владение технологией установки гильз.

Опыт использования технологии ремонта отечественных моторов установкой ремонтных гильз, изготовленных из чугуна, насчитывает не один десяток лет. Ее особенности хорошо известны, и на них нет смысла останавливаться. В то же время, ввиду большого конструктивного разнообразия двигателей зарубежного производства, единых рекомендаций, касающихся процедуры их гильзования, не существует. Для успешного выполнения работы в каждом конкретном случае нужно учитывать два основных момента.

Во-первых, для правильного определения геометрических параметров ремонтной гильзы необходимо тщательно изучить конструкцию блока. После растачивания цилиндров под установку ремонтных гильз толщина их стенок должна быть достаточной для сохранения механической прочности блока. Во-вторых, материал, из которого изготавливается гильза, должен быть работоспособным в паре с материалом (или покрытием) поршней и поршневых колец. Работоспособность материала гильз можно считать достаточной, если ресурс отремонтированного блока достигает, как минимум, 150 000 км пробега автомобиля.

Проверено, что, используя гильзы, изготовленные из серого чугуна, обеспечить такой ресурс более чем реально. Их можно применять не только для ремонта чугунных моноблоков или алюминиевых блоков с «сухими» гильзами, но и для восстановления всех типов цельноалюминиевых блоков. В последнем случае установка чугунных гильз означает серьезное изменение конструкции, которое нельзя не принимать во внимание. Прежде всего учитывается разное тепловое расширение алюминиевого блока двигателя и ремонтной гильзы.

Чтобы в процессе работы не нарушался тепловой контакт между гильзой и блоком, гильза должна устанавливаться с натягом не менее 0,05—0,07 мм. В противном случае возможна потеря натяга гильзы при работе двигателя, перегрев и разрушение поршня, тепло от которого в основном отводится в стенки цилиндра через кольца. Помимо этого, необходимо внести изменения в тепловой зазор между поршнем и гильзой. В алюминиевом моноблоке он обычно составляет 0,01—0,02 мм. При использовании чугунной гильзы его следует увеличить в 2, а то и в 3 раза. Установлено, что долговечность вновь образующихся пар трения «чугун-сталь» и «чугун-хром» в местах контакта гильзы с поршнем и кольцами не намного ниже в сравнении с вариантом, когда цилиндры обработаны по заводским технологиям.

Однако не все так безоблачно. При выборочном пользовании отдельных цилиндров алюминиевых блоков чугунными гильзами часто наблюдается деформация цилиндров, соседствующих с ремонтируемыми. Искажения формы цилиндров в виде эллипсности возникают из-за двух факторов: вынужденно большой величины натяга ремонтной гильзы и недостаточно большой прочности алюминиевого сплава. Если эллипсность не превышает величины в 0,02—0,03 мм, это не так страшно. Такие отклонения могут быть компенсированы податливостью тонких поршневых колец, которые применяются в моторах зарубежного производства. И все же более правильным в этой ситуации будет либо гильзовать весь блок (одну сторону в случае V-образного двигателя), либо провести последующую обработку всех цилиндров под установку поршней ремонтного размера, если таковые предусмотрены. Именно по этой причине использование упоминавшихся «фирменных» алюминиевых гильз при ремонте отдельных цилиндров цельноалюминиевых блоков предлочтительнее. Они устанавливаются с меньшим натягом (около 0,02 мм) и потому не вызывают деформацию соседних цилиндров.

Эффект искажения формы соседних с ремонтируемыми цилиндров характерен и для чугунных блоков. В зависимости от жесткости стенок он может проявляться в большей или меньшей степени. Поэтому, установив ремонтную гильзу, обязательно нужно проверить, как это отразилось на геометрии расположенных рядом цилиндров и после этого принять оптимальное решение.

Все будет «О’кей»

Несмотря на то, что основные этапы гильзования неплохо отработаны, проблемы все же возникают. Одна из самых распространенных заключается в том, что после непродолжительной эксплуатации в гильзованном блоке может нарушиться герметичность прокладки головки блока. Такой серьезный дефект, перечеркивающий результаты многодневной работы, случается в основном при восстановлении блоков из алюминиевых сплавов и вызывается просадкой гильз. Вскрытие двигателя в таких случаях показывает, что гильзы опускаются от первоначального положения на величину 0,05—0,1 мм. Давление на прокладку ослабевает, что провоцирует появление течи.

Не понаслышке зная о существовании такой проблемы, специалисты моторного центра фирмы «АБ-Инжиниринг» провели специальное исследование. Оно показало, что причина просадки гильз кроется в самом процессе установки гильзы в блок, В настоящее время редко кто устанавливает гильзы, задавливая их прессом. Такой метод применим только для чугунных блоков, да и то чреват деформацией тонкостенных гильз. Запрессовывать гильзы в алюминиевые блоки и вовсе не рекомендуется. При этом существует большая вероятность «подхвата» мягкого алюминиевого материала и образования обширных задиров. В таких местах нарушается тепловой контакт между гильзой и блоком. К тому же в месте неплотного прилегания к блоку гильза «дышит», что не позволяет выполнить ее качественную механическую обработку.

Разумная альтернатива запрессовке, одинаково пригодная для ремонта как чугунных, так и легкосплавных блоков, — установка гильз «от руки» после создания большой разницы температур между гильзой и блоком, Для этого предварительно нагревают блок или глубоко охлаждают гильзу, либо воздействуют на обе детали одновременно. Один из наиболее удобных способов — охлаждение гильз в жидком азоте. При соблюдении несложных мер безопасности можно быстро довести температуру гильз до такого уровня, когда останется лишь аккуратно опустить их в предварительно расточенные цилиндры.

Для фиксаций положения гильзы в цилиндре чаще используется хорошо себя зарекомендовавшая схема с упорным «буртиком» в верхней ее части (см. рис. 1). Гильза спускается в крайнее нижнее положение до касания буртом поверхности ответной выточки, выполненной при растачивании цилиндра. Обычно касание хорошо ощущается рукой по возникающему легкому стуку. Казалось бы, все очень просто, ничто не предвещает неприятностей, но исследования убедительно показали, что именно на этом этапе допускаются ошибки.

При изготовлении гильзы у большинства специалистов инстинктивно возникает желание минимизировать зазор между наружной поверхностью бурта и выточкой (б). В этом случае после финишной обработки привалочная плоскость блока выглядит абсолютно монолитной. Стремление сделать «как лучше», в соответствие с известной житейской практикой, приводит к обратным последствиям. Дело в том, что на заключительном этапе установки гильзы в полости (А), образующейся между буртом и выточкой, скапливается воздух. Если зазор недостаточен, воздух не успевает полностью покинуть полость. Сжимаясь, он работает аналогично пневмоподвеске — после легкого касания бурта упорной поверхности происходит «отбой». Гильза незаметно для глаза приподнимается и, нагреваясь, в этом положении «схватывается». Нагрев при работе двигателя ослабляет натяг и гильза проваливается.

Аналогичная картина наблюдается в случае попадания в ту же полость герметика. Герметик применяется при установке гильзы в цилиндр. Он наносится в верхней (всегда) и нижней (если стенки цилиндра имеют трещины или пробоины) зонах расточенного цилиндра для исключения просачивания антифриза в цилиндр и картер. Выполнять эту операцию нужно очень аккуратно, чтобы исключить попадание герметика в выточку.

Если гильзуется чугунный блок, после установки допускается «додавить» гильзы до упора. Вероятность их проседания при этом будет исключена. Другое дело, если блок — алюминиевый и особенно V-образный. В этом случае прилагать большие усилия не рекомендуется, так как его можно легко деформировать. Единственное, что можно и даже нужно сделать после установки гильз, — нагрузить («заневолить») их тем или иным способом. Эта мера предотвратит их подъем на этапе выравнивания температур из-за разницы коэффициентов теплового расширения материалов блока и гильз.

Один из способов избежать просадки гильз, установленных в легкосплавный блок, — перейти на другую схему фиксации гильзы. В ней гильза изготавливается без упорного буртика. Упорная поверхность, до которой она досылается, образуется растачиванием цилиндра не «на проход», а на рассчитанную глубину. К сожалению, рекомендовать этот способ к широкому применению нельзя. В такой конструкции, как и в блоках с «мокрыми» чугунными гильзами, последние, установленные «в распор» между прокладкой и выступом блока, постоянно испытывают продольные нагрузки и могут непредсказуемо деформироваться при работе.

В то же время проведенные эксперименты показали, что существует очень простой выход из создавшегося положения. При установке гильзы с верхним упорным буртом достаточно обеспечить радиальный зазор (б) не менее 0,2 мм. При этом условии подъем гильзы в момент установки практически исключается. То, что на привалочной поверхности блока появляются кольцевые щели, никак не отражается на работоспособности блока.

Чтобы полностью исключить возможность ошибки, все этапы процесса установки гильз рекомендуется отражать в технологической карте. На ней можно поместить чертеж зоны посадки. Перед сборкой гильзы и соответствующие им цилиндры маркируются. Затем с точностью до 0,01 мм измеряются высота буртиков и глубина выточек. Для каждой пары деталей рассчитывается теоретическая величина выступания гильзы над плоскостью блока, равная разности измеренных величин (см. рис. 2). Все данные заносятся в карту. После гильзования величина выступания каждой гильзы точно вымеряется и сравнивается с расчетной. Если обнаруживается расхождение, указывающее на неплотную посадку, гильза безжалостно вырезается, и процесс повторяется до полной «виктории».

Соблюдение именно такого комплекса правил гарантирует от неприятностей. По крайней мере, с прокладкой все будет «о’кей».

При недостаточной величине радиального зазора (б) между упорным «буртиком» и выточкой воздух, находящийся в полости «A», в момент установки гильзы работает аналогично пневмоподвеске. В результате после касания упорной поверхности гильза успевает приподняться на 0,05—0,1 мм.

Теоретическая величина выступания гильзы над плоскостью блока определяется как разность высоты бурта и глубины выточки.

Изготовленные гильзы маркируются в соответствие с номерами цилиндров и тщательно обмеряются с занесением результатов в технологическую карту. Наружный диаметр упорного бурта должен быть таким, чтобы радиальный зазор (б) был не менее 0,2 мм.

После растачивания цилиндра глубина выточки измеряется с точностью по 0,01 мм. Для этого удобно использовать глубиномер с индикаторной головкой.

С такой же точностью необходимо измерить высоту упорного буртика.

Необходимый перепад температур между блоком и гильзой можно создать, охладив гильзы в жидком азоте. Такой способ требует минимальных затрат времени и не снижает работоспособности деталей.

Для надежности на верхнюю область стенки цилиндра наносится специальный герметик. Если выявлена негерметичность стенки, делать это нужно обязательно, причем нужно также покрыть герметиком и нижнюю часть цилиндра.

Установленные гильзы обязательно нагружаются. Для этого лучше применять резьбовые шпильки с подходящими по размерам шайбами.

После выравнивания температуры деталей блока измеряется выступание гильзы и сравнивается с расчетной величиной, отмеченной. в технологической карте. Если значения совпадают, можно двигаться дальше.

На обработанной привалочной плоскости блока по периметру гильзы хорошо заметна кольцевая щель. На работоспособность двигателя она никакого влияния не оказывает.

АЛЕКСАНДР ХРУЛЕВ, кандидат технических наук

Читатели, наверняка, заметили, что к теме ремонта блока цилиндров мы обращаемся довольно часто. Что совершенно неудивительно: блок — основа двигателя, и от качества его ремонта напрямую зависит надежность и долговечность всего агрегата при последующей эксплуатации.

Наша последняя статья на эту тему (см. № 12/2001) вызвала, судя по откликам, большой интерес и полемику среди специалистов, особенно в части сравнения отечественного и импортного оборудования для хонингования. Что, естественно, побудило нас продолжить разговор.

Казалось бы, что хороший импортный хонинговальный станок — это лучшее решение для любой мастерской, занимающейся ремонтом двигателей. Мы однозначно «двумя руками» за оснащение отечественных ремонтных предприятий самым лучшим и современным оборудованием. И тем не менее, выскажем некоторые… нет, не сомнения, просто соображения. Информацию к размышлению, если хотите.

Должна ли экономика быть экономной?

Ранее мы отметили, что на импортном хонинговальном оборудовании чаще всего реализуется схема «прямого» хонингования, без предварительной операции расточки цилиндра. Этот способ предполагает высокую производительность станка — блок можно «расхонинговать» в ремонтный размер 0,5 мм всего за полчаса. Если говорить о геометрии цилиндра (эллипсность, конусность и т. д.), то припуск на хонингование не имеет значения, более важны параметры инструмента — хонинговальной головки, установленной на станке. Однако, мы это особо подчеркиваем, достичь точного взаимного расположения цилиндров и постелей коленчатого вала «прямым» хонингованием без предварительной расточки — дело бесперспективное, и такая методика, мягко говоря, не выдерживает никакой критики.

Тогда почему же так делают? Тоже понятно. С одной стороны, так проще и быстрее, с другой — далеко не все блоки, требующие ремонта, настолько «кривые», чтобы их деформация повлияла на результат ремонта. Но главное, на наш взгляд, дело не в технике, а в экономике. Судите сами.

Импортный станок любой фирмы — вещь дорогостоящая. Цены колеблются в зависимости от модели и фирмы-изготовителя, но думаем, что не ошибемся, назвав сумму 50000 долл. США средней ценой хорошего станка.

Теперь о ценах на ремонт блоков. Их разброс — от 400 рублей за ВАЗовский блок до 1200 рублей за четырехцилиндровый «иномарочный». Поскольку спрос на ремонт ВАЗовских блоков выше, возьмем среднюю цифру — около 20 долл. США.

А сколько блоков можно сделать в день? Для стабильно работающего предприятия реальна средняя цифра — 8—10 шт. в день.

Допустим, что половина дохода от ремонта блоков идет на зарплату, налоги и разные накладные расходы. Тогда, вооружившись калькулятором, легко рассчитаем приблизительный срок окупаемости станка — более х лет!

Что означает полученная цифра? Все очень просто: для предприятия, купившего импортный станок, альтернативы быстрой технологии «прямого» хонингования нет, иначе вложенных денег в скором будущем не вернуть. Да и после того, как станок уже окупился, хотелось бы зарабатывать «побольше и побыстрее». Обычно так и делают, не особо вдаваясь в аспекты качества ремонта блоков.

Естественно, ремонт блоков с предварительной расточкой — процесс более долгий, его производительность ниже, по меньшей мере, процентов на 30—40. Но именно при такой, более «правильной», технологии ремонта блоков отечественные станки становятся вполне достойными конкурентами именитым «иностранцам». В первую очередь, по качеству ремонта и по окупаемости — ведь их цена раз в 5—10 ниже, чем «среднеимпортного» станка. В то же время нельзя не отметить, что импортный станок — это удобство в работе, высокая надежность и долговечность, с чем любому из «наших» трудно тягаться.

Хонингование и хонингование

Проводя сравнительный анализ достоинств и недостатков различных станков, мы нашли существенные различия там, где, казалось бы, никакой разницы не должно быть — в конечном результате, в микропрофиле поверхности после обработки. Даже учитывая то, что сам хонинговальный инструмент (хонголовки и абразивные бруски) во всех случаях одинаков.

Результат очень интересный и заслуживает подробного описания. Многие из эксплуатируемых в России иностранных станков оснащены кривошипно-шатунным приводом вертикальной подачи шпинделя и хонголовки. Число оборотов шпинделя — величина постоянная, запомним это.

Попробуем связать скорость подачи шпинделя и его частоту вращения с помощью математического аппарата, учитывая при этом, что вертикальное перемещения шпинделя станка (h) зависит от угла поворота кривошипа (f). В общем виде формула, позволяющая приблизительно рассчитать вертикальное перемещение шпинделя, выглядит так:

h = S/2 (1 — cos f) , (1)

где S — полный ход шпинделя.

Из нее, после дифференцирования по времени, легко найти текущую скорость перемещения шпинделя v:

v = dh/dt = w S/2 sin f , (2)

- где w — угловая скорость вращения кривошипа.

Очевидно, скорость перемещения шпинделя изменяется по синусоидальному закону и достигает своего максимума (vmax = w S/2) в середине полного хода шпинделя (h = S/2). Само же уравнение (2) приобретает следующий вид:

v = vmax sin f . (3)

Из формулы (1) следует, что

cos f = 1—2 h/S . (4)

Отсюда, вспомнив, что sin2 f+cos2 f=1, выводим значение синуса угла поворота кривошипа:

sin f = 2 (h/S (1 — h/S)) (5)

Тогда формула (3), связывающая текущую скорость перемещения шпинделя с его максимальной, приобретает вид:

v = 2 vmax (h/S (1 — h/S)) (6)

Путем таких преобразований мы сумели «избавиться» от угла поворота кривошипа, связав текущую скорость перемещения шпинделя с величиной его вертикального перемещения.

Переведем дух и проанализируем смысл полученной формулы (6).

Очевидно, что в верхнем и нижнем положениях шпинделя скорость его перемещения v равна нулю и достигает своего максимума при h=S/2

Частота вращения шпинделя (пшп) постоянна, но линейная скорость (u) хонинговального инструмента зависит от диаметра обрабатываемого цилиндра. Эти величины связаны следующим уравнением:

u = пDпшп , (7)

где D — диаметр цилиндра.

Тогда угол хонингования (а) находится по следующей формуле:

a=arctg v/u ,

в которой значения скоростей v и u определяются формулами (6) и (7).

Подставляя их, получаем:

a=2arctg v/u .

Таким образом, угол хонингования (a) не остается постоянным, а при указанных режимах хонингования изменяется от значения, равного 0° в крайних положениях шпинделя, до максимального — в середине его хода, где h=S.

Что это означает на практике? На зеркало цилиндра наносят риски, расположенные не только под заданным углом хонингования: в верхней и нижней зонах цилиндра угол хонингования меньше. А это резко изменяет результат — риски, пересекающиеся под различными углами, разрушают поверхностный слой металла, а в месте их пересечения не образуется идеальный микропрофиль поверхности. Другими словами, качество поверхности, мягко говоря, не лучшее.

Идеальный МИКРОПРОФИЛЬ на… отечественном станке

Поговорим теперь о результатах хонингования с использованием отечественных станков. К примеру, довольно старый станок модели ЗГ833 оснащен иным типом привода вертикальной подачи шпинделя — это реечный механизм с двумя фрикционными электромагнитными муфтами. Такая конструкция обеспечивает постоянную вертикальную скорость перемещения шпинделя и практически мгновенное изменение направления его движения в крайних точках.

В такой конструкции линейная скорость инструмента и скорость перемещения шпинделя постоянны:

u = const, v=const .

Следовательно, и угол хонингования не меняет своего значения:

a=2arctg v/u = const .

Шутка шуткой, а этот далеко не «суперстанок» по сравнению с навороченными иностранными образцами позволяет получать почти идеальный микропрофиль поверхности — отличия видны даже невооруженным глазом.

Конечно, мы отдаем себе отчет, что конструктивное исполнение станка во многом оставляет желать лучшего: здесь специалисту средней квалификации уже не достаточно просто нажимать кнопки — необходим большой опыт и своего рода «чувство» станка и металла. Одноко игра, по нашему мнению, стоит свеч — при сегодняшней остроте конкуренции в области автосервисных услуг качество работы выходит на первый план. Хотя, конечно, встает законный вопрос: дает ли разница в микропрофилях, полученных на отечественном и иностранном оборудовании, столь же ощутимую разницу в износе деталей и их ресурсе? Ответ на него требует дополнительных исследований.

Для вертикальной подачи хонголовки во многих иностранных станках используются разные «вариации на тему» кривошипно-шатунного механизма.

 

Отечественный станок ЗГ833 имеет реечный привод шпинделя и две фрикционный электромагнитные муфты изменения направления подачи.

При изменении скорости вертикальной подачи шпинделя угол хонингования меняет свое значение, и риски в отдельных участках начинают пересекаться под недопустимо малыми углами, что разрушает микроструктуру поверхности:
а) станок с постоянной скоростью вертикальной подачи хонголовки,
б) станок с переменной скоростью вертикальной подачи хонголовки.

Поверхность цилиндра после хонингования на отечественном станке с постоянной скоростью подачи хонголовки (а) имеет более четкие риски, нежели после хонингования на станке иностранного производства (б). Зернистость брусков в обоих случаях одинакова и равна 100.

Качество поверхности цилиндра принято оценивать с помощью кривой Аббота (Abbot). Эта кривая показывает зависимость относительной площади микровпадин от их глубины. При плосковершинном хонинговании поверхности выступов сглаживаются, и на микропрофиле зеркала цилиндра имеются два вида шероховатостей: основная по впадинам и опорная по сглаженным выступам. Поэтому на кривой Аббота имеется перегиб. В этой точке впадины основной шероховатости переходят в опорную поверхность.

 

Экспериментально установлено, что площадь опорной поверхности должна составлять 50—80% всей площади цилиндра, а во впадинах должно удерживаться не менее 0,02 мм3 масла на 1 см2 поверхности. Для лучшего удержания масла впадины основной шероховатости должны иметь не только необходимую глубину (около 10 мкм), но и определенный угол раскрытия.

Все эти параметры рассчитываются по кривой Аббота, которая, в свою очередь, строится по профилограммам поверхности. При этом микропрофиль поверхности цилиндра, описываемый кривой Аббота, зависит от характеристик применяемых абразивных брусков и режимов хонингования, в том числе от частоты вращения хонголовки, скорости ее вертикальной подачи, давления брусков на стенки, а также свойств и количества смазки, подаваемой в зону хонингования.

АЛЕКСАНДР ХРУЛЕВ, кандидат технических наук
АЛЕКСАНДР ПОДНЕБЕСОВ

Ремонтируем блок цилиндровКапитальный ремонт двигателя - тема для нашего журнала традиционная. В прошлых публикациях мы уже рассказывали о ремонте головок блока цилиндров (см. «АБС-авто», №№ 4,5,7 за 1998 г., № 5 за 1999 г.) и коленчатых валов (№ 6, 1999 г.). Сегодня речь пойдет о блоке цилиндров и тех его основных дефектах, о которых нужно знать, прежде чем начинать ремонт.

Блок цилиндров, без сомнения, можно назвать основой любого двигателя. К нему крепятся головка блока, агрегаты, коробка передач, а внутри расположены поршневая группа и кривошипно-шатунный механизм. Очевидно, каждый из этих узлов испытывает нагрузки, а, значит, на блок действуют большие силы, переменные по величине и направлению. И, чтобы противостоять им, блок должен быть достаточно жестким, т.е. не деформироваться под действием этих сил.

Однако требование высокой жесткости вступает в противоречие с необходимостью снизить до минимума массу. Это вполне понятно - чем толще стенки блока, тем он жестче, но и тяжелее. А тяжелый блок - это не только тяжелый автомобиль: материалы, из которых изготавливается блок цилиндров, будь то специальный чугун или алюминиевый сплав, нельзя назвать дешевыми. И даже небольшой выигрыш по весу, к примеру, 100 г, в массовом производстве с его миллионными «тиражами» может дать экономию в сотни и тысячи тонн металла.

С другой стороны, работающий двигатель - основной источник шума в автомобиле. Так вот, еще одна задача блока цилиндров - не только не усилить, а, наоборот, поглотить, свести до минимума все моторные шумы. Эта задача - тоже не из простых: ведь тонкие стенки блока сами могут вибрировать, становясь при этом источником шума.

Естественно, выполнить все перечисленные требования одновременно очень непросто, но для современного автомобиля это необходимо. А потому блок цилиндров - это не кусок чугуна, как ошибочно полагают некоторые, а сложная и дорогостоящая деталь, при проектировании которой используются компьютеры и точные математические методы расчетов.

Какие бывают блоки

Традиционным материалом для блоков цилиндров издавна считается специальный чугун, содержащий так называемый пластинчатый графит. Именно такая структура обеспечивает высокую износостойкость поверхности цилиндров, выполненных как одно целое внутри блока (моноблок).

Такая конструкция применяется на легковых автомобилях уже более полувека и продолжает оставаться наиболее распространенной и в наши дни, несмотря на существенный недостаток моноблока - большую массу. Дело в том, что если попытаться увеличить долговечность цилиндров, использовав более износостойкий материал, то стоимость блока сразу заметно возрастет (не будем забывать, что любое удорожание единицы продукции в массовом производстве надо сразу умножить на программу ее выпуска - тогда, к примеру, один лишний доллар обернется миллионами дополнительных затрат).

Но износостойкость для блока важна не в каждой точке, а только в узком поясе вокруг каждого цилиндра. Вот почему в разные годы конструкторы пытались улучшить указанные свойства блоков цилиндров. Так, в х годах появились алюминиевые блоки цилиндров со вставными («мокрыми», т.е. омываемыми снаружи охлаждающей жидкостью) гильзами из чугуна. Эта конструкция была заимствована из авиации, где требования к снижению массы моторов, пожалуй, самые жесткие. Так, кстати, были сконструированы блоки у наших «москвичей» и «волг».

В х годах эта конструкция получила дальнейшее развитие: вместо «мокрых» гильз стали применять заливку их в алюминиевый блок на стадии его изготовления. Такие гильзы получили название «сухих» (одной из первых конструкцию с «сухими» гильзами применила фирма Honda). Тем самым удалось совместить преимущество моноблока (высокая жесткость) с низкой массой конструкции и высокой износостойкостью цилиндров.

Не остались без изменения и традиционные чугунные блоки у некоторых моторов. Так, на дизельных двигателях, где при высоких нагрузках износостойкость цилиндров особенно важна, в чугунные блоки стали устанавливать «сухие» гильзы из специальных дорогостоящих чугунов.

Дальнейшее совершенствование конструкции и технологии привело к появлению цельноалюминиевых блоков цилиндров. Содержание кремния в алюминиевом сплаве пришлось резко увеличить - до 20%. Мера, надо сказать, не случайная. После химического травления рабочих поверхностей таких цилиндров на них остается тончайший слой кремния. На поршни, работающие с такими цилиндрами, при этом наносят специальное железное покрытие - иначе работоспособность трущейся пары «поршень-цилиндр» не обеспечить (см. «АБС-авто» № 6 за 1999 г.).

В результате вся конструкция оказывается довольно дорогой и применяется, как правило, на автомобилях представительского класса (двигатели Mercedes V8 и V12, Audi V8, BMW V12, Porsche L4, V8).

Дальнейшим развитием цельноалюминиевой схемы стали блоки цилиндров с твердыми покрытиями типа «Никасил» (никель с частицами карбида кремния). Это покрытие пришло в массовое автомобилестроение из гонок «Формулы-1» и обладает, пожалуй, наивысшей износостойкостью. Однако пока эта технология остается дорогой и еще не получила широкого распространения, хотя примеры ее использования на автомобилях среднего класса (Nissan) уже известны.

Любая конструкция блока цилиндров нас интересует с точки зрения ее ремонта.

А здесь, как говорят, двух мнений быть не может: с развитием двигателестроения и внедрением новых технологий ужесточаются требования к способам ремонта. Из-за чего, к примеру, для некоторых цельноалюминиевых блоков обычные расточка и хонингование могут оказаться неприемлемы. Но, прежде чем рассматривать технологии, желательно выяснить, что конкретно нужно ремонтировать в блоках цилиндров.

Что произошло с блоком?

Список возможных дефектов блоков весьма велик и вовсе не ограничивается износом поверхностей цилиндров, как ошибочно полагают некоторые механики. Тем не менее, износ цилиндров действительно есть главный дефект блока, и на нем мы остановимся в первую очередь.

Чаще всего встречается так называемый «естественный» износ поверхности цилиндра в результате длительной нормальной эксплуатации автомобиля. Такой износ проявляется обычно в верхней части цилиндра в зоне остановки верхнего поршневого кольца в момент прихода поршня в верхнюю мертвую точку (ВМТ). Вблизи этого положения на кольцо действуют большие силы давления газов, распирающие его изнутри и прижимающие кольцо к стенке цилиндра. В то же время масляная пленка, расположенная между кольцом и поверхностью цилиндра, при остановке кольца легко продавливается и разрывается. Возникают режим полусухого трения деталей и, как следствие, их повышенный износ. Причем обычно цилиндр максимально изнашивается в плоскости, перпендикулярной оси пальца. Это не случайно - в ВМТ происходит «перекладка» поршня, из-за чего он, не доходя до ВМТ, юбкой прижимается к одной стороне цилиндра, а после прохождения ВМТ - к другой. В момент перекладки появляются дополнительные силы, прижимающие кольца к цилиндру, и, следовательно, увеличивается износ цилиндра в плоскости перекладки (перпендикулярно оси поршневого пальца).

Этот износ весьма велик, и у старых, изрядно походивших моторов достигает 0,0,2 мм (встречается даже до 0,0,5 мм), хотя нормой с точки зрения надежной работы поршневых колец у практиков считается износ не более 0,05 мм.

Но перекладка поршня неприятна не только этим. Юбка давит на цилиндр в разных местах по-разному, и там, где это давление больше, износ цилиндра тоже будет заметным. Такие зоны образуются на цилиндре ближе к верхней его части справа, если смотреть на мотор спереди, и снизу слева, что связано с перекладкой поршня в ВМТ и НМТ.

В результате цилиндр становится со временем некруглым: в некоторых сечениях он может иметь эллипсность, нередко доходящую до 0,0,05 мм (норма - не более 0,02 мм).

В таком кривом цилиндре даже новые поршневые кольца не обеспечат хорошего уплотнения, и двигатель будет чрезмерно расходовать масло.

Встречаются блоки с сильным износом цилиндров по направлению оси коленчатого вала. Причина такого износа - большой осевой зазор в упорном подшипнике коленчатого вала. Например, в момент выключения сцепления коленвал смещается вперед, и, если зазор в изношенном подшипнике больше 0,1,0 мм, нагрузка передается через сопряжение вала с шатуном и шатуна с поршнем на поверхность цилиндра.

В целом ряде случаев в блоке цилиндров возникает катастрофический износ - задиры, трещины и пробоины. Весьма распространен обрыв шатуна из-за недостаточной смазки и перегрева шатунного подшипника. Обычно это приводит к сколам и пробоинам в нижней части цилиндра. Разрушение седла или обрыв клапана вызывают, напротив, повреждение верхней части цилиндра в виде забоин и задиров. Возможен задир и в средней части цилиндра: после некачественного ремонта нередко нарушается посадка поршневого пальца в шатуне, и тогда палец легко сдвигается до упора в стенку цилиндра. Кстати, задиры на поверхности цилиндра - прямое следствие перегрева двигателя, о чем журнал уже рассказывал в прошлых публикациях (см. «АБС-авто», 1999, № 4).

Из более редких дефектов отметим трещины в гильзе цилиндра. Иногда они появляются из-за перегрева, но причиной может стать и чрезмерная затяжка болтов головки блока. Гидроудар в цилиндре вследствие попадания охлаждающей жидкости или воды вызывает значительное повышение давления, и если гильза тонкая, то она тоже может треснуть.

Чего не заметил механик

Перечисленные выше дефекты можно назвать явными - подавляющее большинство их можно замерить с помощью приборов, увидеть невооруженным глазом или даже просто пощупать рукой. Однако бывает так: дефекты вроде бы устранены, а двигатель после ремонта через несколько десятков тысяч километров вышел из строя. И явная причина не обнаружена. В чем же дело?

Очень часто - в деформации самого блока, при которой искривляются не только цилиндры, но и другие рабочие поверхности блока. Например, после литья на стадии изготовления блока в нем всегда остаются внутренние напряжения (что особенно характерно для чугунных блоков). Со временем это приводит к деформациям, избежать которых помогает искусственное старение - нагрев и выдержка блока в печи при определенной температуре. Только после этого блок можно механически обрабатывать - фрезеровать плоскости, растачивать цилиндры, постели коленчатого вала. Но полностью деформацию искусственным старением не устранить: при работе двигателя блок нагревается неравномерно, да еще и нагружается переменными силами (совсем не те условия, что были в печи). И, как следствие, блок цилиндров постепенно коробится уже на автомобиле, т.е. происходит так называемое естественное старение.

В итоге картина безрадостная - деформируются не только плоскости, включая привалочную плоскость под головку. Нарушается соосность коренных опор коленчатого вала.

С некоторой деформацией плоскости (в пределах 0,0,07 мм) еще можно смириться (в конце концов, прокладка головки обладает некоторой пластичностью). Но вот несоосность опор может привести к заметному снижению ресурса и даже к новому капитальному ремонту уже через несколько десятков тысяч километров.

Искривлением опор больше страдают рядные многоцилиндровые моторы с числом цилиндров 6. Но и обычные четырехцилиндровые от беды не застрахованы. Особенно это касается отечественных моторов, потому что на некоторых заводах операция искусственного старения блока отсутствует - со всеми вытекающими для механиков последствиями. А тогда традиционными операциями - расточкой и хонингованием - блок цилиндров, да и весь мотор в целом, качественно не отремонтировать. Нужно дополнительно обработать плоскости блока и постели подшипников коленчатого вала, иначе отремонтированный мотор долго не проходит. Кстати, естественное старение блока - одна из причин того, почему старый блок лучше нового. Ведь старый уже состарен, нужно только грамотно его отремонтировать, - и тогда ресурс мотора может быть заметно увеличен даже по сравнению с аналогичным новым двигателем.

Какие еще бывают дефекты

Постели подшипников коленчатого вала в блоке часто требуют ремонта не только по причине естественной деформации. Встречаются повреждения опор из-за недостатка смазки и перегрева коренных подшипников. В подобных случаях нередко вкладыши проворачиваются в постели и задирают ее поверхность. Но, даже если проворота не случилось, без ремонта постелей уже не обойтись - перегретые коренные крышки блока, как правило, сжимаются по плоскости разъема с блоком так, что отверстие постели становится эллипсным, причем эта эллипсность достигает 0,1 мм и более при норме не выше 0,02 мм.

Иногда нерадивые мастера крышки теряют. Даже если постараться их подобрать от аналогичного блока, они не подойдут, поскольку обрабатываются за одно целое со «своим» блоком и невзаимозаменяемы. Тогда без ремонта постелей опять ничего не поправить.

У двигателей с нижним расположением распределительного вала (OHV) в блоке цилиндров установлены подшипники, которые тоже изнашиваются, причем весьма существенно. Обычно втулки подшипников распредвала можно менять на новые - у большинства моторов это не бог весть какая сложная операция. И тут опять отличились наши моторостроители - в свое время из «волговских» моторов втулки убрали, и теперь распредвал вращается непосредственно в блоке. А блок-то нежесткий, его «корежит» в процессе эксплуатации, и опорные поверхности подшипников изнашиваются стремительно. Оставить их без ремонта при этом никак нельзя - двигатель будет стучать, давление масла упадет, да и новый распредвал долго не проходит. Кстати, ремонт в такой ситуации довольно трудоемок: надо растачивать отверстия и устанавливать втулки. Короче, без специального оборудования, что называется, врукопашную, здесь не справиться.

Возможны и другие, более мелкие, дефекты блоков. Например, срыв резьбы под болт или шпильку крепления головки блока. Чаще это случается у того же «волговского» мотора. Когда-то проектировщиками был выбран (да так и остался на десятки лет) слишком мелкий шаг резьбы. Когда резьба сорвана, приходится ремонтировать гнездо - не менять же блок из-за одной шпильки?

Иногда в блоке повреждаются поверхности упорного подшипника коленвала. Если изношенные упорные полукольца проворачиваются, а затем выпадают из блока, коленчатый вал может сильно повредить торцевые поверхности соответствующей коренной опоры. Ремонт в этом случае сложен и, скорее всего, потребует индивидуального подхода.

Как видим, судя по перечню дефектов, блок цилиндров становится деталью для сборки ремонтируемого двигателя только в том случае, если его грамотно восстановили по всем тем рабочим поверхностям, которые в этом нуждаются. Практика показывает, что замена блока, особенно для иномарок - занятие малоперспективное в первую очередь из-за его высокой цены. Тем более, что в подавляющем большинстве случаев дефект можно исправить. Как это сделать, на каком оборудовании - читайте в наших следующих публикациях.

Из-за удара шатуна на гильзе образовалась трещина

Разрушившийся шатун легко пробивает стенку любого блока цилиндров

Крышка коренного подшипника, взятая от другого аналогичного двигателя, без ремонта к блоку не подойдет

 

(продолжение)

АЛЕКСАНДР ХРУЛЕВ, кандидат технических наук
АЛЕКСАНДР ПОДНЕБЕСНОВ

В прошлом номере журнала (см. «АБС-авто», 1999, № 7) мы начали разговор о ремонте блока цилиндров с описания возможных дефектов, которые наиболее часто встречаются на практике, и причин их появления. Сегодня речь пойдет о конкретных ремонтных операциях.

Продолжить эту тему мы решили не с описания традиционных операций расточки и хонингования цилиндров, а с того, чем у нас в России обычно пренебрегают - с ремонта опор (постелей) коренных подшипников. И вот почему.

Блок цилиндров, как известно, - основа любого двигателя. И деталь эта корпусная, то есть в нее устанавливается или на ней крепится множество других деталей и узлов. А это значит, что очень важную роль играет взаимное расположение различных рабочих и вспомогательных поверхностей блока цилиндров. Речь идет в первую очередь об их взаимных параллельности, перпендикулярности и соосности.

Это не пустые слова. Например, отклонение от перпендикулярности осей цилиндров и коленчатого вала всего на 0,05 мм уже вызывает ускоренный износ подшипников коленчатого вала, деталей цилиндропоршневой группы и повышенный угар масла, а при вдвое большем отклонении двигатель вряд ли проработает и десятую часть своего потенциального ресурса. То же самое случится и при нарушении соосности коренных опор коленчатого вала.

Получается, что для качественного ремонта блока цилиндров необходимо вначале провести точные измерения взаимного расположения поверхностей - а вдруг у вполне приличного с виду блока обнаружатся недопустимые деформации?

К сожалению, подобные измерения часто представляют собой серьезную проблему даже для сравнительно хорошо оснащенных технических центров, специализирующихся на механической обработке деталей двигателей, не говоря уже об обычных СТО. Дело в том, что для таких измерений требуются специальные приборы, приспособления и оборудование. А они пока многим не по карману.

Где же выход? Он существует. Рассмотрев ремонтные технологии обработки различных поверхностей блока цилиндров, легко убедиться, что в этих технологиях уже заложены соответствующие отклонения взаимного расположения и формы. А это значит, что, если правильно выбрать и грамотно применить нужные технологии обработки, старый блок цилиндров обретет былую точность новой детали.

На практике это выглядит следующим образом. На заводе-изготовителе при производстве блока, как и любой другой сложной детали, для обработки рабочих и иных поверхностей используют так называемые технологические базы. Это вспомогательные поверхности на блоке цилиндров, на которые он устанавливается на соответствующих обрабатывающих станках. Например, для растачивания цилиндров блок ставится на нижнюю плоскость разъема с масляным картером. Эта же либо верхняя плоскость разъема с головкой блока может быть использована в качестве технологической базы для растачивания постелей коренных подшипников (в последнем случае верхнюю плоскость обрабатывают относительно нижней, и они становятся параллельными). В результате обработки по такой схеме все поверхности становятся строго параллельны, перпендикулярны либо соосны друг другу.

Но это на производстве. При ремонте, напротив, попытки обработать цилиндры от той же нижней или верхней плоскости, как это сейчас делается оказываются сплошь и рядом неудачными - цилиндры получаются перекошенными. Что совершенно неудивительно, ведь плоскости блока за время длительной работы двигателя деформируются и уже не могут считаться технологической базой.

Выход из этой ситуации есть - принять, что блок является только заготовкой, а не деталью, и начать обрабатывать заново все необходимые поверхности, начиная с базовых. Путь, очевидно, долгий и дорогой, хотя и вполне реальный. Обязательно ли это делать? Оказывается, нет. Если внимательно посмотреть на блок, то обнаружится такая картина. Какие поверхности наиболее важны с точки зрения ресурса мотора? Ясно какие - цилиндры и опоры коренных подшипников. Тогда есть прямой смысл за новую технологическую базу принять поверхность коренных опор и относительно нее уже обработать цилиндры (хотя это тоже непросто).

Но в качестве базы можно использовать только идеальную поверхность. Значит, ремонт блока цилиндров нужно начинать не с цилиндров, как делают многие, а с постелей подшипников коленвала.

Задача совсем непростая. Для ее решения потребуется специализированный станочный парк. До недавнего времени в России не было необходимых для этого станков и соответствующих ремонтных технологий. Блоки цилиндров с сильно деформированными и поврежденными опорами подшипников нередко выбрасывали, а на небольшие дефекты постелей обычно «махали рукой» - авось «приработается» и «еще походит».

Теперь подобные станки появляются на отечественных ремонтных предприятиях. И качественный ремонт постелей подшипников коленчатого вала становится реальностью.

Как выявить дефекты коренных опор

Несоосность коренных опор в блоке возникает по ряду причин. Наряду с естественной деформацией встречаются задиры поверхности в результате перегрева и проворачивания вкладышей коренных подшипников коленчатого вала, деформация крышек подшипников, а также случаи замены крышки на другую из-за ее утери или невозможности восстановления (см. «АБС-авто», 1999, № 7). Явные дефекты, такие как задир или несовпадение полуокружностей в блоке и крышке, обычно легко обнаружить даже при визуальном осмотре. Напротив, скрытые дефекты можно определить только с помощью соответствующих измерений.

Начинают обычно с того, что для данного блока изготавливается так называемая «скалка», длинный шлифованный стержень, наружный диаметр которого на 0,0,02 мм меньше диаметра коренных опор. Далее измерения производятся в следующем порядке. Крышки опор устанавливаются в блок и затягиваются при помощи динамометрического ключа монтажным моментом. Очевидно, каждому типу блоков соответствует свое значение момента, указанное, например, в руководстве по ремонту конкретного двигателя. В случае, когда измеренные с помощью нутромера диаметры опор находятся в поле допуска, в блок укладывается скалка для проверки коренных опор на соосность. Если скалку подклинивает или ее невозможно провернуть, значит, опоры в блоке деформированы и требуют ремонта. Иногда на скалку наносят винтовую канавку по всей длине. Тогда ее можно использовать как доводочный притир, если несоосность или деформация опор невелики.

Как восстановить опоры

Технология восстановления коренных опор выбирается в зависимости от того, какой из выше перечисленных дефектов обнаружен. Если из-за деформации крышек или задиров поверхности отверстие опоры стало некруглым и его максимальный размер увеличился более чем на 0,0,5 мм, то без предварительной расточки уже не обойтись. Тогда крышки опор занижаются по плоскости разъема с блоком. Припуск на обработку плоскости крышек определяется по формуле:

h= Dd+х ,

где Dd - разница между малой и большой осью эллипса (Dd=D-d); х - припуск на обработку. Обычно принимают х= 1/2 Dd, если требуется расточка, и х= Dd, когда можно обойтись только хонингованием.

Обработка крышек может проводиться на плоскошлифовальном или фрезерном станке. При небольшом (0,0,10 мм) съеме металла можно также использовать притирочную плиту с абразивной пастой. Однако проще и быстрее всего эта операция выполняется на специализированном станке.

Далее крышки устанавливаются в блок, их болты затягиваются необходимым моментом, и производится расточка.

Чтобы добиться высокой точности и затратить минимум времени, эту операцию лучше всего выполнить на специализированном горизонтально-расточном станке. Правда, стоимость этого оборудования немалая. Разумной альтернативой могут быть универсальные станки различных типов, оснащенные специальными приспособлениями. Однако в любом случае после растачивания следует хонинговать поверхность опор. И тому есть несколько причин.

Так, после растачивания поверхность обычно получается шероховатой. Коренные вкладыши тогда прилегают к ней по выступам микронеровностей. А это значит, что в местах контакта образуется так называемое термическое сопротивление. Когда при работе двигателя подшипники нагреются, отвод тепла от них ухудшится. Это грозит перегревом и подплавлением вкладышей, особенно на режимах максимальных частот вращения и нагрузок.

Другой особенностью растачивания являются невозможность или значительные трудности обеспечения высокой точности обработки, ведь все отклонения формы и взаимного расположения отверстий опор не должны превышать 0,01 мм. Особенно это проявляется в блоках, где отдельные опоры имели задиры из-за проворачивания вкладышей. В таких опорах поверхность может приобретать высокую твердость из-за перегрева и закалки при поступлении масла к поврежденному подшипнику. И резец будет «отжимать» от закаленной поверхности.

Именно поэтому окончательная обработка опор производится хонингованием. Для этого после растачивания оставляют небольшой припуск - около 0,05 мм. Его, как правило, вполне достаточно, чтобы обеспечить качество поверхности и точность не хуже, чем у нового блока, даже если блок перед ремонтом имел значительные повреждения опор.

Хонингование выполняется с помощью специального инструмента - хонинговальной головки, имеющей 10 установленных в ряд абразивных брусков с жесткой подачей их «на разжим». Именно за счет такой конструкции инструмента удается устранить несоосность и некруглость коренных опор. О высоком качестве обработки свидетельствует тот факт, что упомянутая выше скалка легко входит в отверстие всех опор отремонтированного блока и двигается «от руки» даже при зазоре всего в 0,01 мм.

В случае, когда производится замена крышки, перед ремонтом необходимо определить способ ее центрирования в блоке. Существуют два основных способа центрирования крышек - по боковым поверхностям и по центрирующим втулкам. В первом случае для совмещения полуокружностей в крышке и блоке может потребоваться доработка боковых торцев крышки - шлифовка с одной стороны и накатка - с другой.

Накатка в данном случае позволяет «поднять» металл и устранить зазор между боковой поверхностью крышки и блоком. В результате таких операций крышку можно сместить вбок на 0,0,4 мм (предельное увеличение размера после накатки составляет 0,4 мм).

При центрировании крышек по втулкам изменить их положение в блоке труднее. С этой целью иногда применяют селективный подбор крышек по месту. Другой вариант - рассверлить центровочные отверстия в крышке, нанести на них клеевую композицию типа «холодной сварки», затем установить скалку, крышку и затянуть болты. Тогда после отвердевания композиции получаются новые «правильные» центровочные отверстия.

В некоторых случаях восстановить центрирование крышки не удается. В этом тоже большой беды нет. Важно только правильно с помощью нутромера выверить положение крышки в блоке перед обработкой и затянуть болты. После расточки и хонингования опор, когда крышка будет снята с блока, центрирование она потеряет. Но только до сборки. При сборке двигателя, когда в блок будут установлены вкладыши коренных подшипников и коленчатый вал, крышка сама найдет свое место и автоматически сцентрируется по валу.

У некоторых современных двигателей крышки опор выполнены единой деталью. Эта схема применяется для повышения жесткости блока цилиндров, а соответственно, и всего двигателя. Ремонт в этом случае усложняется и часто требует индивидуального подхода.

Некоторые «подводные камни» в ремонте опор

Выполняя ремонт коренных опор блока, необходимо учитывать, что ось коленчатого вала после обработки смещается в сторону верхней плоскости блока на величину, примерно равную 1/2h. При серьезных повреждениях опор и больших значениях h(более 1 мм) после сборки шатунно-поршневой группы поршни могут выступать над плоскостью разъема блока с головкой. Эту особенность важно помнить, чтобы поршни, к примеру, не стали «стучать» по головке блока или клапанам. У дизельных двигателей выступание поршней вообще регламентируется довольно строго, а в соответствии с ним подбирается толщина прокладки головки. И если не обработать днище поршней на величину смещения оси коленвала, то можно нажить себе неприятности: в момент пуска двигателя поршень «рискует» встретиться с клапанами.

Еще более серьезные трудности могут возникнуть у двигателей, имеющих привод распределительного вала или агрегатов (некоторые дизели) с помощью шестерен. Здесь даже небольшое смещение оси коленчатого вала (0,0,15 мм) вполне может привести к невозможности сборки привода.

Ремонт постели у таких блоков требует большой аккуратности и осторожности, а в ряде случаев - индивидуального подхода.

И последнее. Не нужно забывать, что смещение коленчатого вала нарушает его центрирование с первичным валом коробки передач. Когда смещение невелико, это не страшно. А если 0,5 мм или больше? Тогда резко возрастает нагрузка на подшипники первичного вала коробки, и она, скорее всего, быстро выйдет из строя. Чтобы этого избежать, иногда приходится изменять центрирование коробки передач на двигателе аналогично тому, как это делается для крышек коренных опор блока цилиндров (рассверливанием центровочных отверстий и их восстановлением с помощью «холодной сварки»).

Подводя итог, отметим, что еще совсем недавно блоки цилиндров с дефектами коренных опор откровенно выбрасывались и становились своеобразными памятниками бесхозяйственности. Сегодня же с этой «бедой» удается справиться в считанные часы.

Измерить «полуокружность» в крышке легко с помощью специального измерительного приспособления

Без точных измерений коренные опоры блока не отремонтировать

Обработка плоскости крышек «пакетом» на плоско шлифовальном станке позволяет добиться высокой точности и производительности

 

(публикуется в сокращении)

АЛЕКСАНДР ХРУЛЕВ, кандидат технических наук
ИГОРЬ СТЕПАНЕНКО

Практика показывает, что от того, как отремонтирована поверхность цилиндров, напрямую зависит, сколько проживет двигатель после ремонта. И любая ошибка здесь ведет к весьма неприятным последствиям. По меньшей мере - к многократному снижению ресурса.

Во многих ремонтных мастерских блоки ремонтируют так же, как и 30 лет назад. По старинке. Точнее, как «бог на душу положит» . Самый простой и дешевый вариант получается такой: «бросить» блок на стол расточного станка, быстро «прокатать» индикатором, закрепленным на шпинделе, по верхней части цилиндра, чтобы попасть в его ось, и расточить цилиндр практически в нужный ремонтный размер. Далее чем-нибудь подручным загладить поверхность, да как можно лучше, чтобы «зеркало» было.

Что же нарушено в такой, казалось бы, традиционной «технологии» ? Да практически все мыслимые и немыслимые требования к ремонту блоков! Начнем с самого первого этапа - базирования блока на расточном станке. Как мы уже отмечали, нижняя плоскость блока в процессе эксплуатации тоже деформируется. Раз так, цилиндрам такая «плоскость» неперпендикулярна, а опорам коленчатого вала непараллельна. А тогда она не может быть так «запросто» взята за базу для обработки цилиндров!

Теперь о самой расточке. При растачивании добиться идеальной геометрии цилиндра трудно. Обычно получаются «эллипс» и «конус» до 0,0,05 мм. Что совершенно естественно - неравномерный по окружности цилиндра припуск из-за несовпадения осей «нового» и «старого» цилиндров, большая длина цилиндра приводят к отжиму резца от обрабатываемой поверхности.

Эти дефекты должны в обязательном порядке исправляться. Причем так, чтобы все отклонения от цилиндричности не превышали 0,0,010 мм. Но чем исправлять? К сожалению, применяемые во многих мастерских отечественные хонинговальные станки, оснащенные головками с гидравлическим или пружинным разжимом брусков, для этого малопригодны - «конус» при соответствующей сноровке еще как-то можно поправить, а «эллипс» вряд ли. В таком цилиндре даже самое лучшее поршневое кольцо будет иметь «просветы» - участки, где оно не соприкасается с поверхностью цилиндра. И износ деталей ускорится многократно.

Стремление сделать поверхность цилиндра максимально «чистой» на деле может снизить ресурс двигателя не меньше, чем «кривой» цилиндр. Почему это происходит, мы подробно расскажем ниже, но отметим, что гидравлический привод брусков на разжим создает неоправданно большое давление на стенки, резко ухудшая структуру поверхности, хотя смотреться такая поверхность может красивым блестящим «зеркалом» . А наждачная бумага, намотанная на оправку? Это изобретение советских времен по-прежнему продолжает уродовать моторы от Смоленска до Владивостока.

Как избежать ошибок

Итак, требуется отремонтировать цилиндры, увеличив их диаметр до соответствующего новым поршням ремонтного размера. Стоп... Первый вопрос - может быть и не совсем по теме, но достаточно актуальный: надо ли вообще у конкретного блока увеличивать цилиндры до ремонтного размера? А если износ всего 0,0,03 мм? Ведь во многих ремонтных пособиях указано, что предельный износ цилиндров, при котором их требуется растачивать в ремонтный размер, по крайней мере в 5 раз больше. Если износ мал, то вполне допустимо только поправить геометрию цилиндров хонингованием, увеличив их диаметр всего на 0,0,02 мм, чтобы затем установить туда новые поршни того же размера, но другой размерной группы.

Но, допустим, износ велик, и увеличение диаметра неизбежно. В таком случае цилиндры необходимо растачивать. И при этом правильно базировать блок на станке.

Идеальный случай, когда базой служит ось коренных подшипников. Тогда перпендикулярность цилиндров оси коленвала, - а именно этот параметр оказывается одним из самых важных для обеспечения высокого ресурса, - будет обеспечена (см. «АБС-авто» , 1999, № 8). К сожалению, подобный способ базирования на практике оборачивается большими техническими проблемами: чтобы обрабатывать блоки различных двигателей требуются и специальные приспособления для каждого типа блоков.

Как тогда быть? Одно из компромиссных решений можно найти, исходя, к примеру, из такого требования: не изменять расположение поверхностей цилиндров, чтобы не сделать хуже. Это значит, что «новый» цилиндр должен быть обработан соосно «старому».

Можно вообще отказаться от предварительной расточки блока и, соответственно, всех проблем, связанных с базированием блока на станке. Правда, только в случае, если ремонтный размер не превышает 0,0,5 мм, а блок не имеет значительных заводских отклонений или эксплуатационных повреждений (в том числе трещин, пробоин и других дефектов после обрыва шатунов и разрушения поршней, следов перегрева коренных подшипников, сварочных работ и т.п.). Для этого существуют специализированные хонинговальные станки иностранного производства, уже получившие признание и в России. Их «изюминкой» является хонинговальная головка с жесткой подачей абразивных брусков на разжим.

Но не только это важно. Как мы уже отметили, при растачивании на поверхности цилиндра образуется дефектный слой - замятые и дробленые зерна чугуна. Глубина этого слоя в зависимости от режимов резания, заточки резца, химического состава и структуры чугуна может достигать 0,0,1 мм. Дефектный слой не обладает высокой механической прочностью и способен выкрашиваться под нагрузкой. Замятые зерна чугуна препятствуют выходу на поверхность свободного графита, содержащегося в чугуне. Значит, трение (а это и износ!) колец о стенку цилиндра станет больше. Если еще учесть, что замятые зерна не дают практически никаких пор на поверхности, то она, заглаженная до зеркального блеска, неспособна более удержать масло. И ресурс двигателя после такого ремонта станет раз в десять меньше реального.

Какой должна быть поверхность цилиндра

Геометрия - это понятно, а вот как добиться, чтобы на ней удерживалось масло, причем в строго определенных количествах? Ясно, что когда масла на поверхности недостаточно, будет быстрый износ. А если много? Тоже плохо: повысится расход (угар) масла. Да и сама поверхность цилиндра - ведь она работает на трение в паре с кольцами и поршнем, значит, должна быть гладкой. А как тогда быть с маслом, если оно лучше держится именно на шероховатой поверхности?

Эти весьма противоречивые требования удается одновременно выполнить только с помощью специального микропрофиля поверхности.

Не менее важен угол хонингования, т.е. угол между рисками, образованными при движении хона вниз и вверх. Слишком малый угол не позволяет добиться необходимого профиля поверхности и дает возрастание трения и износа, а большой угол, напротив, повышает расход масла.

Однако после этой операции поверхность еще далека от идеала - она имеет слишком много острых выступов. И если двигатель собрать после такой обработки, будет наблюдаться сильный износ деталей до тех пор, пока выступы не загладятся.

Именно так обычно и происходит после традиционного хонингования. А что, если загладить выступы сразу? Ведь это позволит заметно уменьшить износ цилиндров, колец и поршней в период первоначальной приработки. Все, что для этого нужно - дополнительно обработать цилиндры мелкозернистыми брусками, сделав всего 15 двойных ходов хонголовки.

В заключение отметим, что идеальная поверхность цилиндра, полученная по всем правилам, еще не гарантирует, что двигатель будет работать долго. Необходимо, например, правильно назначить зазор между поршнем и цилиндром, а также хорошо промыть блок после ремонта. О том, как это сделать, читайте в наших следующих публикациях.

(публикуется в сокращении)

АЛЕКСАНДР ХРУЛЕВ, кандидат технических наук
АЛЕКСАНДР ПОДНЕБЕСНОВ

Как показывает практика, величина зазора между поршнем и цилиндром влияет на работоспособность и ресурс двигателя никак не меньше, чем, к примеру, качество поверхности цилиндра или ее перпендикулярность оси коленчатого вала. Очевидно, этот зазор не должен быть ни чрезмерно большим, ни слишком малым. В первом случае увеличивается шум при работе двигателя, появляются значительные ударные нагрузки в местах контакта деталей.

Еще хуже, если зазор мал. Давление поршня на стенку цилиндра повышается, возрастают трение и температура деталей, а условия их смазки ухудшаются. Возможен даже разрыв масляной пленки, разделяющей детали, и переход к режиму "полусухого" трения с соприкосновением поверхностей.

Получается, что зазор в цилиндре - величина строго определенная, не больше и не меньше той, какую рекомендуют изготовители двигателя. А рекомендации бывают самые разные.

На практике все выглядит сложнее. Как известно, производителей поршней множество. И изделия, которые они выпускают для одной и той же модели двигателя, нередко отличаются не только внешним видом, но и геометрией юбки, материалом, конструкцией. Как же тогда быть с зазором?

Иностранные производители поршней всегда указывают минимальный зазор. Он может быть выбит на днище поршня, указан на упаковке или в инструкции.

К сожалению, наши производители не балуют своих клиентов - размера, или величины зазора какого-нибудь на их продукции не найти. Видимо, считают, что все должны знать эти данные наизусть, и полагают, что любой поршень должен иметь зазор в цилиндре, соответствующий "заводским" данным производителя двигателя. А в это трудно поверить - достаточно даже визуально сравнить поршни с разных заводов.

На первый взгляд может показаться, что, если, к примеру, для двигателя ВАЗ-2108 рекомендован зазор 0,0,045 мм, то при ремонте надо стремиться к минимуму (0,025 мм). Но это только на первый взгляд. Практика показывает, что для этого нужно, чтобы совпали некоторые условия:

- поршни и поршневые кольца должны быть качественными;

- поверхности цилиндров и поршней должны иметь микропрофиль, обеспечивающий удержание оптимального количества масла;

- отклонение формы цилиндров (эллипсность, конусность, корсетность и пр.) - не более 0,005 мм;

- неперпендикулярность цилиндров оси коленчатого вала, непараллельность осей шатунных и коренных шеек, а также осей верхней и нижней головок шатунов - не более 0,01 мм на длине (измерительной базе), равной диаметру цилиндра.

Первые требования очевидны чего нельзя сказать о последнем. Чтобы отклонения во взаимном расположении поверхностей лежали в допустимых пределах, необходимы не только высокоточное оборудование и инструмент, но и специальные измерительные приборы. В самом деле, где могут измерить, к примеру, непараллельность осей головок шатунов? Таких мастерских единицы. А где и, самое главное, чем измерить неперпендикулярность цилиндров и оси коленвала?

Картина, как видим, безрадостная - в основном для тех механиков, которые стремятся во что бы то ни стало сделать в цилиндрах минимально возможные зазоры. Такие специалисты предпочитают измерять зазоры "голыми руками", поэтому нормальный зазор воспринимают весьма своеобразно: "прослабили", поршень ведь "болтается"! А как же ему не болтаться? Ведь во всех точках на боковой поверхности поршня, кроме, разумеется, тех мест, где его размер максимален, зазор за счет овальности и бочкообразности поршня будет больше номинального. Причем на верхней части, в зоне канавок под кольца, а также в направлении оси пальца, зазор между поршнем и цилиндром превышает номинальный в 15 раз!

Интересно, а что будет, если, наоборот, приблизиться к предельно большому зазору, соответствующему изношенному двигателю? Да ничего страшного! Правда, при зазоре в цилиндре свыше 0,0,15 мм (у разных двигателей эта цифра разная) будет хорошо слышен стук поршней на холодном двигателе, да и зазор будет сравнительно быстро увеличиваться из-за ударных нагрузок и износа деталей. Но подобные крайности - это, конечно, чересчур. А вот несколько увеличить зазор по сравнению с минимально допустимым отнюдь не вредно.

По логике вещей, зазор между поршнем и цилиндром - это разница между диаметром цилиндра и наибольшим размером поршня по юбке. Обычно сам процесс измерения не вызывает трудностей. Весь вопрос в другом - где, в каком сечении юбки измерить поршень. Изготовители поршней, как правило, указывают место измерения. В подавляющем большинстве случаев искомый размер определяется в сечении, перпендикулярном оси поршневого пальца между отверстием пальца и нижним краем выреза юбки.

Но из любых правил есть исключения. Например, у некоторых двигателей Toyota поршень требуется измерять под маслосъемным кольцом. Иногда поршень необходимо измерить по нижнему краю юбки (некоторые модели Ford).

Если провести анализ размеров поршней и рекомендуемых для них зазоров большого числа производителей, то выявится любопытная картина. "Ремонтный" диаметр цилиндра практически всегда оказывается с точностью до 0,01 мм равен "стандартному" плюс величина "ремонта" (0,25 мм, 0,4 мм; 0,5 мм и т.д.).

К сожалению, правило, действующее для продукции зарубежных производителей и позволяющее легко определить и зазор, и ремонтный диаметр цилиндра, для отечественных поршней не работает - слишком велик иногда оказывается разброс в их размерах (до 0,1 мм в одном комплекте). Да и измерять "наши" поршни тоже надо внимательно.

В общем, зазор - хоть и маленькая величина, какие-то сотые доли миллиметра, а значение имеет огромное. И тем, кто забывает об этом, можно только посочувствовать - «их» моторы надежно и долго работать не будут.

Овально-бочкообразную форму поршню придают специально. Такой поршень при неравномерном нагреве и охлаждении становится близким к цилиндрическому.

(Продолжение. Начало в №№ 8, 9, 11, 1999)

АЛЕКСАНДР ХРУЛЕВ, кандидат технических наук
АЛЕКСАНДР ПОДНЕБЕСНОВ

Установка гильзы - процесс, известный, пожалуй, не меньше, чем расточка и хонингование. Некоторые ремонтники настолько набили на этом руку, что готовы гильзовать все блоки подряд. Другие, напротив, боятся подобных способов ремонта и предпочитают в сомнительных случаях менять блок на новый. Кто из них прав, однозначно не ответить: при выборе того или иного способа ремонта часто приходится учитывать не только свои технологические возможности. Экономические вопросы играют здесь тоже не последнюю роль.

Когда без гильзования не обойтись

Блок цилиндров, как известно, деталь номерная. А замена номерного агрегата автомобиля - процедура довольно хлопотная. Времени на нее уйдет немало, да и нервов не меньше. Не секрет, что многие детали иной раз не проходят ОТК. И чем ответственнее и сложнее деталь, тем больше шансов приобрести откровенный брак.

Судите сами: по статистике, собранной в нескольких ремонтных организациях, около 10% новых блоков цилиндров отечественных моторов имеют те или иные дефекты. Сорванные резьбы, отсутствие заглушек, негерметичность масляных каналов и даже микротрещины на поверхности цилиндров - вот их далеко не полный перечень.

Ну и, конечно, цена блока. Но если для отечественных моторов цена блока все-таки не слишком велика, то для иномарок она может быть просто астрономической. А это говорит о том, что в большинстве случаев лучше ремонт, чем покупка нового блока.

Что такое гильзование?

Очевидно, это восстановление поверхности цилиндра с помощью ремонтной втулки (гильзы). Когда нужно восстанавливать поверхность? Например, когда на цилиндре образовались трещины или пробоины при разрушении поршня или обрыве шатуна. Иногда на поверхности цилиндра обнаруживается такой глубокий задир, что он не может быть устранен расточкой - не хватает ремонтного увеличения диаметра поршней. Ну и, конечно, без гильзования не обойтись, если изношенный блок цилиндров когда-то уже был расточен в последний ремонтный размер.

Но не следует рассматривать гильзование, как нечто исключительное, применяемое в крайнем случае. Есть целый ряд моторов, имеющих подобные гильзы и в стандартном заводском исполнении. В основном это дизели, у которых для повышения надежности и ресурса устанавливают тонкостенные «сухие» гильзы из специальных износостойких чугунов. Встречаются гильзы и в бензиновых двигателях с алюминиевыми блоками цилиндров, правда, там они не запрессовываются, а заливаются на стадии изготовления блока («АБС-авто», № 7, 1999).

Но гильзование гильзованию рознь. Успех зависит от целого ряда факторов, в том числе применяемого оборудования, технологии, качества самих гильз и в конечном счете от квалификации специалиста-ремонтника. Поэтому, если есть возможность расточить цилиндр в ремонтный размер, лучше все же этим и ограничиться - чтобы нечаянно не снизить долговечность отремонтированного двигателя.

О гильзах и гильзовании

Если решение о гильзовании принято, вначале надо позаботиться о гильзах. Какие требования к ним предъявляются? Прежде всего их наружная поверхность должна быть достаточно гладкой, лучше всего - шлифованной; конусность и эллипсность - не более 0,02 мм, разностенность - не более 0,1 мм. Размеры гильз необходимо подобрать так, чтобы припуск на последующую расточку под поршень был в пределах 0,0,5 мм, а минимальная толщина стенки в окончательном виде (после запрессовки и расточки цилиндра) оказалось не менее 1,5 мм.

В некоторых случаях, когда, к примеру, в стенке цилиндра имеется трещина или пробоина, толщину стенки можно увеличить до 2,3,0 мм.

Очень важен натяг, с которым гильза будет установлена в блок. Обычно чугунные блоки цилиндров гильзуются с натягом 0,0,07 мм. Такой натяг выбирается из условия надежной посадки гильзы и приемлемых напряжений в ней и блоке после запрессовки. Для ремонта цельноалюминиевых блоков иностранные фирмы рекомендуют использовать алюминиевые же гильзы.

Кстати сказать, отечественная ремонтная практика показала, что цельноалюминиевые блоки можно гильзовать «чугуном» точно так, как и обычные чугунные («АБС-авто», № 6, 1999). Важно только обеспечить натяг гильзы в блоке ближе к верхнему пределу - алюминиевый сплав блока при нагреве во время работы двигателя расширяется заметно сильнее чугуна гильзы, и гильза в таких условиях не должна потерять натяг.

Особые требования предъявляются к гнезду гильз в блоке. Очевидно, при растачивании гнезда надо обеспечить его перпендикулярность к оси коленчатого вала или, по крайней мере, соосность с поверхностью ремонтируемого цилиндра. Допустимые эллипсность и конусность гнезда не превышают предела, указанного для самой гильзы, - 0,02 мм.

Когда требуется заменить уже установленные «сухие» гильзы, т.е. «перегильзовать» блок, старые гильзы проще всего удалить растачиванием на вертикально-расточном станке - когда толщина стенки старой гильзы станет меньше 0,0,3 мм, натяг ослабнет и гильза провернется в блоке «от резца».

Еще одна проблема - как фиксировать гильзу в осевом направлении. Существуют два способа такой фиксации - «с буртом» или «в упор». В первом случае на гильзе сверху делается упорный бурт, а на верхней части гнезда - ответная выточка, препятствующая проваливанию гильзы ниже верхней плоскости блока. Главное преимущество такой схемы - возможность более точно выполнить отверстие гнезда в блоке и даже отхонинговать его, обеспечив высокое качество поверхности.

В схеме «в упор» гильза получается простой и гладкой. Однако сложности начинаются с обработки отверстия в блоке - его необходимо точно растачивать, причем не только по диаметру, но и по длине.

На некоторых дизельных двигателях применяют «заводские» гильзы и без осевой фиксации. Гильза в подобной конструкции удерживается в блоке только за счет сил трения при посадке в блоке с натягом.

Как поставить гильзу

Когда все подготовлено и проверено, можно приступать к установке гильзы. Лучше всего это сделать, обеспечив разность температур деталей. К сожалению, создать разность температур не так просто - необходимы жидкий азот или в крайнем случае углекислый газ для охлаждения гильзы и специальная печь для нагрева блока (нагрев, правда, не должен превышать 180°С - иначе блок может покоробиться). Поэтому при небольших натягах (около 0,05 мм) можно устанавливать гильзы «вхолодную», например, с помощью пресса.

Такой способ совершенно не годится для установки алюминиевых гильз в алюминиевый блок из-за «схватывания» и задира поверхностей. Для таких блоков создание разности температур деталей (притом - немалой) просто обязательно.

Что еще надо помнить

Гильзование, как видим, операция непростая. И ошибки здесь тоже встречаются. Известная ситуация: все вроде бы делалось правильно, а получилось плохо, - возможна и здесь. Почему? Просто не учли некоторые мелочи, которые и испортили все дело. Вот только несколько примеров.

В блоке сравнительно нового автомобиля один из цилиндров получил серьезное повреждение (обрыв шатуна), в то время как другие не пострадали и практически не изношены. После гильзования выяснилось, что соседние цилиндры по непонятной причине приобрели вдруг недопустимую эллипсность - около 0,0,05мм - и без их ремонта теперь не обойтись. А разгадка-то проста: поставлена слишком толстая гильза с чрезмерно большим натягом.

Иногда у блока по цилиндру проходит трещина, причем с выходом на верхнюю плоскость. В таких случаях иногда приходится предварительно заваривать блок.

Лучше всего, когда после запрессовки гильзы будут несколько выступать над плоскостью.