CТОА "АВТОМАСТЕР"

 Ремонт иномарок, ДВС, КПП, ходовой и электрооборудования автомобилей.

Время работы: Понедельник-Суббота с 8:00 до 17:00; Воскресенье - выходной.

Новочебоксарск,
ул. Силикатная 17, 
8-903-357-80-02 (приём заказов),
(8352) 73-35-49 (автозапчасти)

Расточка блока цилиндров двигателя

 

1 Надежность современного двигателя

Рассмотрим двигатель автомобиля с точки зрения надежности и продолжительности службы. Автомобилестроение за последние 20 лет добилось большого прогресса в этой области. Если раньше нормой считался пробег до капитального ремонта 100тыс. км., то теперь бензиновые двигатели даже отечественных автомобилей пробегают 300тыс., иномарки 500тыс., пробег же дизелей достигает 1 млн..Вопрос надежности является главным фактором при внедрении различных новинок конструкции двигателей для увеличения их мощности (например внедрение турбонаддува долгое время сдерживалось низкой надежностью этого узла). За счет чего же происходит рост надежности? Выделим основные факторы:

  • Конструкция двигателя. С точки зрения надежности имеет значение тип двигателя (V- образный, рядный или оппозитный), у разных типов разная вибрационная нагрузка на детали и соответственно должен быть разный ресурс, например, считается что оппозитный двигатель самый сбалансированный, из-за отсутствия сил инерции второго порядка.

    Конструкция двигателяКонструкция двигателя - расположение поршней

Но типы двигателей с их достоинствами и недостатками давно и хорошо изучены и инженеры зная какие либо недостатки принимают контрмеры для их нейтрализации. Назовем основные направления улучшения конструкции независимо от типа двигателя:

  • Уменьшение массы поступательно-возвратно движущихся деталей (поршней и шатунов).
    Это способствует снижению нагрузки на стенки цилиндров и соответственно снижает механический износ контактирующих поверхностей. Уменьшение сил инерции способствует также безопасному росту номинальных оборотов двигателя.
  • Увеличение жесткости блока цилиндров, за счет распостранения например цельной постели коренных подшипников коленвала (раньше использовались отдельные крышки). Данная мера снижает деформации блока, которые могут передаваться при повышенных нагрузках на коленвал и вызывать его повышенный износ.

Картер двигателя

  • Улучшение теплового баланса двигателя. Имеется в виду, что в идеале нужно стремиться к тому, чтобы выровнять температуру деталей цилиндропоршневой группы и поддерживать этот баланс на различных режимах (холостой ход, разгон, стационарный режим, остановка двигателя). Непродуманность конструкции в этом вопросе может вызвать локальные тепловые деформации рабочих поверхностей и быть причиной граничного трения или даже заклинивания деталей. В качестве примера неудачной конструкции в плане теплового баланса можно привести двигатель УЗМ. Для увеличения мощности на этом двигателе был увеличен диаметр цилиндров до 100мм, но непродуманность конструкции поршня привел к тому что при больших нагрузках происходит подклинивание с задиром цилиндров и наволакиванием чугуна на поршень. Естественно, что ресурс такого двигателя будет не более 100тыс. км.
  • Использование многослойных металлических прокладок головки блока цилиндров. Данная прокладка уплотняет газовый стык между цилиндрами и камерой сгорания которая находится в головке блока цилиндров(ГБЦ). Использование обычных паронитовых прокладок приводит к неравномерности усилий прижатия ГБЦ к блоку цилиндров (например, по краям головка прижимается сильнее) это в свою очередь вызывает деформации ГБЦ и способствует увеличению вероятности прогара прокладки. Использование многослойных прокладок выравнивает усилия прижатия и газовый стык служит намного дольше. Например, если раньше на 406 двигателях при эксплуатации на Газелях мы меняли прокладки ГБЦ каждые 70-80тыс то теперь на 405 моторах (Евро 3)прокладки обычно выдерживают до капитального ремонта.

 

Прокладки и уплотнители двигателя

Опорные вставки двигателя

  • Улучшение используемых материалов и использование новых технологий для изготовления деталей двигателя. Возьмем для примера цилиндро-поршневую группу, так как в большинстве случаев именно этот узел определяет пробег двигателя до кап.ремонта.
    Для улучшения тяговых и мощностных характеристик, а также для снижения уровня создаваемых двигателем вибраций желательно уменьшение зазоров между поршнем и цилиндром. Уменьшение зазора влечет за собой увеличение трения в зоне контакта и может привести к разрушению масленой пленки что может вызвать прихватывание (локальное сваривание )деталей и аварийному выходу двигателя из строя. Таким образом, производители вынуждены устанавливать какой-то баланс между желательным уменьшением теплового зазора и его ограничением по условиям безопасной работы двигателя. Данный зазор зависит от:
    • Материала используемого при изготовлении поршней. Дело в том что поршень при работе нагревается и соответственно увеличивается в геометрический размерах, соответственно зазор между поршнем и цилиндром будет уменьшаться. Степень линейного расширения зависит от материала поршней и интенсивности его охлаждения. Современные поршни изготавливают из аллюминиево-кремнистого сплава , чем больше содержится кремния в сплаве тем меньше его коэффициент линейного расширения и больше износостойкость. Увеличение количества кремния с другой стороны сдерживается ухудшением литейных свойств сплава. Сплавы с большим содержанием кремния необходимо отливать под давлением или изготовлять поршни методом ковки.
    • Геометрии поршней. Поршень при работе нагревается не равномерно, верхняя часть которая образует камеру сгорания нагревается сильнее соответственно и размеры в этом месте увеличиваются больше. В области поршневых пальцев где сосредоточено по условиям прочности много металла также происходит большее изменение размеров чем на юбке. В связи с этим поршень в продольной плоскости должен иметь сложную бочкообразную форму, а поперечной плоскости элипсную. Обработка наружных поверхностей поршней это сложный технологический процесс который можно выполнить только на высокоточных копировальных станках. Приведем конструкцию поршней Audi 1.8 FSI
    Конструкция поршня двигателя
    • Материала и качества обработки цилиндров двигателя. Для того чтобы поршневая группа служила долго - необходимо чтобы трущиеся детали хорошо смазывались, то есть износостойкость определяется способностью цилиндра удерживать смазку на своих поверхностях при больших давлениях и температурах. Хорошими свойствами в этом плане обладает чугун. На микроуровне структура чугуна состоит из смеси кристаллов стали (раствор железа с графитом) и гранул графита в чистом виде. Кристаллы стали играют роль силового каркаса, а графит выполняет роль губки, которая впитывает и удерживает смазку. Данные свойства чугуна проявляются при одном «но» поверхность необходимо правильно обработать. Если мы к примеру обрабатываем поверхность тупым режущим инструментом кристаллы стали как более эластичные «наволакиваются» на поверхность и поры графита закрываются антифрикционные свойства при этом теряются (данный отрицательный эффект наблюдается при шлифовании поверхности шкуркой). Наилучший эффект в этом плане достигается при шлифовании поверхности алмазным инструментом считается что алмаз чисто срезает металл и не заминает графитные поры. Технология обработки алмазами позволяет снизить время приработки деталей и уменьшить технологические зазоры, что в конечном итоге ведет к увеличению сроков службы двигателя. В настоящее время распространение получило покрытие поверхности цилиндров различными антифрикционными материалами гальваническим способом. Например, фирма Audi отливает блок цилиндров для V-образного двигателя из алюминия, а затем покрывает рабочую часть цилиндров тонким слоем износостойкого материала, при этом улучшается также отвод тепла от стенок цилиндра. Данное решение имеет правда один недостаток если двигатель, например, по каким то причинам вышел из строя, то расточить цилиндры под ремонтные размеры будет уже практически не возможно.
    • Улучшение качества смазочных материалов. Уменьшение зазоров в парах трения, увеличение мощности при одновременном улучшении компактности двигателей стал возможным при значительном улучшении свойств моторных масел. Моторные масла характеризуются многими свойствами, такими как моющие, антиокислительные и др., но это тема для отдельного разговора, отметим здесь только наиболее важные с точки зрения выбора масла при эксплуатации двигателя.

      Первой важной характеристикой является стабильность вязкости масла. При различных температурах эксплуатации минеральные масла в этом плане наименее стойкие, т.е. при низких температурах масло очень густое, а при нагреве наоборот вязкость и прочность масляной пленки ухудшаются. Нестабильность вязкости может привести к нарушению масляной пленки при некоторых режимах эксплуатации (пуск, полная нагрузка) и соответствующим повреждениям трущихся поверхностей. Разработка синтетической основы масла позволила значительно расширить температурный интервал, при котором вязкость масла сохраняется в заданном диапазоне. В соответствии с долей содержания синтетики в масле, масло подразделяется на – минеральное, полусинтетическое и синтетическое.
      Цифры в маркировке как раз и отражают температурный интервал масла например, в маркировке 5W40 пятерка условно обозначает нижний предел температуры эксплуатации при которой сохраняются прокачиваемость масла и соответствует -35гр. , сорок обозначает вязкость масла при 100гр. При выборе марки масла надо руководствоваться рекомендациями завода изготовителя и климатической зоной в которой эксплуатируется автомобиль.

      Второй важнейшей характеристикой является класс нагрузочной способности масла. Эта характеристика указывает на способность масляной пленки выдерживать нагрузку не разрушаясь.
      Чем выше класс нагрузки, тем прочнее масляная пленка. Данная характеристика маркируется буквами английского алфавита (E,F,G,H,J,L), F- для двигателей изготовленных в 80годы, G-для двигателей с 89 по93, H- 93-96 годы,J- c 1996 года. Класс нагрузки масла также регламентируется заводом изготовителем автомобиля.
      Возникает законный вопрос , а чем же различаются масла разных производителей, если маркировка масла одинакова?
      Дело в том что синтетическая основа масла может быть разная, нагрузочная способность масла определяется пакетом присадок, которая у разных производителей тоже может быть разная. Здесь наверное наиболее правильным будет сравнивать масло по результатам тестов, которые публикуют независимые издания, но сделать это может только специалист.

Усилия производителей автомобилей по увеличению их надежности достигли значительного прогресса, но все это верно при условии грамотного и регулярного технического обслуживания, трудоемкость которого стараются также постоянно уменьшать.
В отношении двигателя это сводиться к довольно простым вещам:

  • Регулярно менять масло с масляным фильтром (примерно раз в 12тыс. км для полусинтетики в условиях средней полосы России)
  • Через раз менять воздушный фильтр (через 24 тыс.км.)
  • Регулярно менять ремень ГРМ с натяжными роликами (примерно раз в 100тыс.км для современного двигателя)
  • Менять свечи зажигания (обычные через 30тыс км, иридивые через 80тыс. км.)

Все остальные работы мы рекомендуем делать по необходимости (т.е. если есть подозрение на неисправность ).

Относитесь к машине по человечески и она вам ответит тем же.

2 Проблемы связанные с восстановлением изношенного двигателя в условиях ремонтной мастерской

В первой части статьи мы описали, что в мире происходит постоянное совершенствование конструкции автомобильных двигателей, направленное на увеличение надежности и продолжительности службы. Что же делать владельцу автомобиля, если двигатель все же износился или сломался, ведь качество восстановительного ремонта должно соответствовать сложности и технологической продвинутости двигателя?

Здесь мы рассмотрим восстановление изношенной цилиндро-поршневой группы и кривошипно-шатунного механизма ,так как именно эти узлы определяют ресурс двигателя и являются наиболее дорогостоящими узлами.

В процессе работы цилиндры изнашиваются не равномерно по высоте, в районе верхней мертвой точки (ВМТ)создаются наименее благоприятные условия с точки зрения смазки.
И кроме того присутствует химическая эрозия металла связанная с сгоранием топлива. В связи с этим цилиндр со временем становится бочкообразным с наибольшим провалом в районе остановки третьего поршневого кольца.
В поперечной плоскости износ также неравномерен. Поршень при движении от ВМТ к НМТ оказывает воздействие на переднюю и заднюю стенки цилиндра и поэтому со временем цилиндр становится элипсным.
При изменении геометрии цилиндра и общем износе поршневой группы, масло присутствующее на стенках цилиндра для смазки, плохо снимается со стенок маслосъемными кольцами и оно попадает в камеру сгорания где и сгорает вместе с топливом. Сгорание масла влечет за собой помимо самого расхода масла и др. проблемы ,такие как замасливание свечей, повышенное нагарообразование и др. Таким образом повышенный расход масла и снижение компрессии является индикатором того что двигатель пора ремонтировать.

При ремонте двигатель разбирается и производятся замеры эллипсности и бочкообразности цилиндров специальным прибором нутромером. Если эллипс составляет более 0.05мм то вставлять в изношенный цилиндр новые поршня и поршневые кольца не имеет смысла.
Действительно, цилиндр у нас элипсный, а новые кольца круглые. Такая комбинация приведет к тому, что расход масла при этом не только не снизится, но и увеличится. Единственным правильным выходом здесь является расточка блока цилиндров до ремонтного размера (это справедливо также, если цилиндр задран).

Расточка блока цилиндров производится в два этапа, на двух станках.

Во первых нужно расточить цилиндр резцом, чтобы выровнять поверхность цилиндра и сделать ее идеально цилиндрической. Резец для расточки должен быть эльборовым (очень твердый и износостойкий материал для резцов, приближается по твердости к алмазу) и сам станок соответствующего класса точности.

Расточка блока цилиндровРасточка блока цилиндров - замер параметров

Если например использовать резец из быстрорежущей стали то резец заходит в цилиндр, начинает растачивать и в процессе резания кромка резца притупляется, таким образом цилиндр к концу расточки становится чуть чуть конусным, что не есть хорошо, ведь зазор поршень- цилиндр даже на «наших» машинах составляет 0.03мм. Конусность цилиндра приводит ко многим отрицательным последствиям - например, к повышенному износу канавок поршневых колец что естественно влияет на ресурс.

Конусность цилиндров

 

Возможные дефекты расточки и хонингования

Вторым этапом расточки блока цилиндров является хонингование (шлифовка) внутренней поверхности цилиндра. Здесь важно добиться нужной шероховатости и не нарушить геометрию цилиндра после расточки. Для этого припуск на шлифовку должен быть минимальным и шлифовальные бруски должны быть достаточно твердыми.
Если например, используются бруски из мягких абразивных материалов, то в процессе шлифовки блока цилиндров возможно также отклонение от идеальной формы поверхности цилиндра.

Хонголовки укороченные

Шлифовка гильзы двигателя

Толщина пленки масла при работе двигателя является очень маленькой, и поскольку цилиндры и поршневые кольца изготавливаются по современным технологиям, производители двигателей стараются добиться всё меньшего расхода масла.
Поэтому толщина пленки становится все меньше и меньше. В этой ситуации особое значение имеет качество обработки поверхности цилиндра и создания при изготовлении и ремонте такой микроструктуры, которая наиболее близка к цилиндру, уже приработавшемуся к поршневым кольцам.

Имеет ли поверхность цилиндра заводскую обработку, или цех ремонтировал эту поверхность, это может быть сделано только хонингованием.
Этот процесс должен быть двухстадийным.
На первой стадии на поверхности образуются впадины и выступы, и на второй удаляются некоторые из выступов, чтобы образовать ряд плоских плато, отделенных регулярными раздельными впадинами. Такая обработка называется плосковершинной и применяется сейчас практически всеми производителями двигателей .

Обработанная поверхность

Хорошая плосковершинная обработка предполагает, что угол штриховки составляет приблизительно 60°, с одинаковыми рисками, нарезанными в обоих направлениях. Образец впадины должен быть чистым после резания, но без острых кромок, и должен быть свободным от рваного или деформированного материала. Глубина и ширина впадин должны быть однородными и регулярно раздельными, а плоская область плато должна составлять примерно половину от двух третей полной поверхностной области, свободной от внедренных частиц.

Мы например, используем при шлифовке только алмазные пластины двух классов зернистости.

Особую трудность представляет расточка и шлифовка V- образных блоков.
Здесь необходима специальная оснастка, позволяющая установить блок так, чтобы ось цилиндра была строго вертикальна, так как шпиндель станка двигается только вверх-вниз.

Настройка угла наклона блоков

Если придерживаться описанной технологии и если работу выполняет мастер своего дела, получаем результат не хуже заводского. Всякая «экономия» на тех.процессе приводит к тому что результат получается не блестящий, хотя неискушенный клиент может этого и не заметить сразу.

 

Станция Технического Обслуживания Автомобилей "АВТОМАСТЕР". Новочебоксарск, ул. Силикатная 17, 
8-903-357-80-02 (приём заказов), (8352) 73-35-49 (автозапчасти)