Методика ремонта головки блока цилиндров
Франтишек КЕПКА,
инженер по техническому обслуживанию компании Federal Mogul (США)
Юрий ЧАПЛЯ,
ведущий эксперт компании «Механика»
Автомобильные двигатели — бензиновые и дизельные — год от года становятся все более мощными, экономичными и удовлетворяют все более жестким экологическим нормам. Эти характеристики определяются, прежде всего, эффективностью сгорания топлива в цилиндрах, которая, в свою очередь, во многом зависит от конструкции и параметров головки блока цилиндров (ГБЦ), от исправности и слаженной работы входящих в нее элементов газораспределительного механизма. Рано или поздно наступает необходимость в ремонте этого важного узла двигателя.
Существует большое разнообразие конструктивных решений ГБЦ, и в каждом случае алгоритм снятия агрегата с двигателя и его разборки имеет свои особенности. Однако есть и некоторые общие правила.
Перед разборкой головки блока цилиндров
Перед разборкой ГБЦ необходимо:
- Снять все держатели, датчики и другое навесное электрооборудование. Если вы имеете дело с ГБЦ дизельного двигателя с электромагнитными форсунками, их также нужно демонтировать (насос-форсунки снимать необязательно).
- Перед снятием головки с блока необходимо обеспечить видимость меток, используемых для настройки газораспределительного механизма. Если это невозможно, следует соответствующим образом пометить детали газораспределительного механизма.
Дальнейшие действия описаны на примере ГБЦ с верхним расположением распределительного вала (OHC):
- Ослабить крепежные болты крышки головки блока в порядке, аналогичном порядку их затяжки при монтаже. Снять ГБЦ.
- Обозначить крышки подшипников (если применяются) распределительного вала для определения их правильной позиции при сборке.
- Снять крышки подшипников распределительного вала, слегка поворачивая их.
- Снять распределительный вал и подшипники.
- Снять гидрокомпенсаторы и толкатели (в зависимости от конструкции головки блока). Если предполагается в дальнейшем их использовать, то отметить рабочие места каждого.
- При помощи соответствующего приспособления сжать пружины клапанов и вынуть сухари, тарелки пружины и сами пружины. Положить детали в порядке их демонтажа.
- Снять маслоотражательные колпачки со стержней клапанов (если установлены).
- Перевернуть головку, снять клапаны, отмечая места, на которых они были установлены.
- Сохранять все компоненты, пока не будет точно установлено соответствие размеров всех новых и заменяемых деталей.
Затем следует провести очистку головки блока цилиндров. Сборку нужно проводить в обратном порядке.
Очистка
Для очистки головки блока могут быть использованы следующие способы:
- пескоструйная обработка;
- «холодная» промывка;
- «горячая» промывка;
- очистка при помощи ультразвука.
Чаще других применяется мойка агрегата в воде с использованием специальных моющих средств. Надо следить, чтобы моющие средства не содержали химических элементов, способных повредить детали ГБЦ. Особого внимания требует очистка компонентов алюминиевой головки блока цилиндров.
В ходе очистки с использованием абразивных компонентов с поверхностей деталей головки снимается слой материала, поэтому необходимо соблюдать осторожность — чрезмерно интенсивное или длительное воздействие может привести к их повреждению.
Наиболее частые дефекты
К числу наиболее часто встречающихся дефектов деталей головки блока цилиндров относятся:
- прогар клапана в результате несоответствия формы (материала) седла и клапана либо сильного износа седла;
- повреждения на внутренней поверхности цилиндров, поршнях, поршневых кольцах и подшипниках двигателя, вызванные детонационным сгоранием или преждевременным зажиганием топливной смеси;
- деформация и прогары привалочной плоскости ГБЦ в результате утечки выхлопных газов или охлаждающей жидкости из-за воздействия температуры выше максимально допустимой, нарушения нормального режима работы камеры сгорания или циркуляции охлаждающей жидкости;
- повреждение прокладки ГБЦ в результате ее неправильной установки, в том числе из-за применения несоответствующих моментов или нарушения порядка затяжки болтов;
- некачественная механическая обработка привалочных плоскостей головки и блока цилиндров двигателя перед заменой прокладки;
- повреждение поверхности деталей в результате электролиза или химических реакций, в результате применения абразивного материала;
- разрушение материала деталей по причине дефекта системы впрыска.
Методы поиска дефектов ГБЦ
Многие дефекты можно определить визуально и принять решение о дальнейшем ремонте, не прибегая к дорогой диагностике. Внимательно осмотрите узел на предмет прогаров, трещин между седлами. На дизельных двигателях по условиям эксплуатации допускаются неглубокие трещины между седлами, не нарушающие герметичность. Если планируется использовать прежние кулачки, направляющие, гидротолкатели и другие детали, то рекомендуется пометить места их установки на двигателе.
Для точной и быстрой диагностики ГБЦ применяется несколько несложных, но надежных способов. Один из них — магнитно-порошковая дефектоскопия (только для чугунных ГБЦ). Суть его в следующем.
С разных сторон ГБЦ устанавливают магниты и на поверхность головки насыпают железный порошок. Частицы порошка под действием магнитного поля расположатся в трещинах, раковинах и других повреждениях с большей плотностью, сделав их легко заметными.
Обнаружить трещины и в чугунной, и в алюминиевой ГБЦ можно при помощи красящей жидкости. На тщательно очищенную поверхность головки блока цилиндров нужно нанести красящую жидкость и подождать примерно пять минут. После удаления излишков «краски» трещины (если, они есть) станут видны невооруженным глазом. В качестве «проявителя» дефектов также можно использовать мел.
Метод проверки давлением предназначен для определения трещин в системе охлаждения/смазки ГБЦ. Он может быть реализован двумя способами: с погружением и без погружения агрегата в воду.
В первом варианте головку блока устанавливают в приспособление, герметично закрыв все каналы контура проверяемой системы — системы охлаждающей жидкости либо системы смазки. Затем в этот контур подается воздух, а на поверхность агрегата — мыльный водный раствор. По воздушным пузырькам определяется место, где имеется трещина. При необходимости аналогично проверяется герметичность каналов контура другой системы. Этот способ не является абсолютно надежным, так как в некоторых случаях трещины проявляются только после установки головки на блок цилиндров.
Во втором варианте ГБЦ с герметично закрытыми каналами контура охлаждающей жидкости/масла погружается в сосуд с горячей водой. В контур подается сжатый воздух и по воздушным пузырькам определяют место, где есть трещина. При необходимости аналогично проверяют герметичность каналов контура другой системы. Преимущество этого способа в том, что он дает возможность проверки ГБЦ в условиях различных температур. Однако и он не является абсолютно надежным, так как в некоторых случаях дефекты дают знать о себе только после установки головки на блок цилиндров.
Относительно быстрый способ обнаружения трещин в ГБЦ — при помощи вакуум-тестера. Метод позволяет выявить наличие трещины, но не дает возможности определить конкретное место дефекта.
Помимо отсутствия механических повреждений необходимо проверить геометрию и чистоту привалочной плоскости ГБЦ и блока цилиндров: прямолинейность в продольном и поперечном направлениях, шероховатость и волнистость. При незначительном отклонении от нормы, если производитель предполагает механическую обработку плоскости, дефект устраняется путем фрезерования или шлифования. Если прогиб ГБЦ больше допустимого заводом, производят замену детали.
Дефекты деталей клапанного механизма
После визуального осмотра и описанных выше проверок ГБЦ для диагностики неисправностей клапанного механизма контролируется диаметр отверстий и высота направляющих втулок, биение торцевой стороны тарелки клапанов, высота установленных клапанов, высота стержня клапанов.
Наиболее частые дефекты клапанов (их вероятные причины):
- дефекты опорной поверхности (слишком большое прижимное усилие пружины клапана, превышение максимально допустимой частоты вращения коленчатого вала, перегрев двигателя, применение деталей из материалов, не совместимых с неэтилированным бензином);
- образование «чашки» на головке клапана (перегрев двигателя наряду с чрезмерно сильным прижимным усилием пружины клапана или высокой скоростью посадки головки клапана в седло);
- заклинивание стержня в направляющей клапана (слишком малый зазор между стержнем клапана и направляющей втулкой; чрезмерное загрязнение масла; перегрев двигателя; неправильная настройка выпускного клапана);
- поломка стержня клапана (сильный износ направляющей и, как следствие, неравномерная посадка клапана в седле; чрезмерный износ направляющей втулки приводит также к повышенному расходу масла, росту объема вредных эмиссий, что увеличивает опасность повреждения седла);
- механическое повреждение (контакт с поршнем или другим компонентом клапанного механизма; слишком большое прижимное усилие пружины клапана; сильный износ направляющей втулки);
- облом торца клапана (неправильная настройка клапанного механизма в результате установки изношенных сухарей и других компонентов);
- нагар на головке клапана (слишком раннее зажигание, попадание масла в камеру сгорания).
Со временем в процессе эксплуатации материал клапана вырабатывается, в результате изменяется геометрическая форма детали, что приводит к различным нарушениям нормальной работы клапанного механизма. Последствия незначительного износа устраняют шлифованием клапана. Сильно изношенную деталь заменяют.
При осмотре пружин клапанов проверяются следующие параметры:
- отклонение от перпендикулярности (не должно превышать 1,0 мм на каждые 25, 4 мм. длины пружины);
- максимальное отклонение свободной длины пружин в наборе (не должно превышать 1,5 мм).
Пружины клапанов не должны иметь повреждений, следов коррозии, обрыва или общих признаков износа. Притертые концы пружины указывают на работу с вибрацией или вращением в результате ее малой длины или недостаточной жесткости. Такую пружину следует заменить.
Наиболее частые дефекты седел клапанов — отклонение от определенных заводом-изготовителем величин углов и ширины кромок. От этих параметров, в первую очередь, зависят угол посадки, площадь контакта и, в конечном итоге, плотность прилегания головки клапана. Направляющая втулка клапана напрямую влияет на точность посадки головки клапана в седле.
Обязательным условием эффективной работы клапанной системы является обеспечение концентричности (соосности) четырех ее элементов — головки и стержня клапана, седла и направляющей втулки.
Дефекты распределительного вала
Неисправности распределительного вала (наиболее вероятные причины):
- Нагар на кулачке вала и коромысле (слишком сильный нагрев деталей в результате недостаточной подачи масла или блокировки масляных каналов).
- Сильный износ кулачка (загрязненное масло, слишком малый зазор толкателя или слишком сильное прижимное усилие пружины клапана).
- Преждевременный износ одного или нескольких кулачков и толкателей, вогнутая контактная поверхность, поврежденные края (несоответствие геометрии контактной поверхности кулачка и толкателя, например, из-за установки новых толкателей вместе со «старым» распределительным валом (или наоборот), а также недостаточная смазка из-за блокировки каналов или снижения давления масла.
- Обрыв распределительного вала (деформация корпуса распределительного вала или головки цилиндров, в том числе в результате неправильной последовательности или превышения допустимого момента затяжки болтов крепления).
- Обрыв коромысла (превышение нагрузки в результате заклинивания поршня, контакта поршня с клапаном; недостаточный прижим распределительным валом; слабая пружина клапана, слишком высокая нагрузка гидрокомпенсаторов, неправильная установка колпачка клапана, обрыв ремня газораспределительного механизма, неверная настройка клапанного механизма).
- Синяя окраска кулачков распределительного вала, подшипников и коромысел комплектно (перегрев двигателя).
- Забоины на поверхности кулачков, подшипников и толкателей (слишком высокое осевое перемещение в результате износа деталей, неверно установленные фазы газораспределения).
- Механическое повреждение подшипников распределительного вала (твердые частицы в системе смазки двигателя).
Дефекты гидрокомпенсаторов
Самая частая «болезнь» гидрокомпенсаторов — чрезмерный натяг, который может привести к контакту поршня и клапана. Причиной дефекта, как правило, является усталость или обрыв пружины клапана либо засорение предохранительного клапана частицами грязи, находящимися в машинном масле.
В большинстве случаев гидрокомпенсаторы не требуют замены, устанавливать их надо строго на те места, с которых они были демонтированы. При осмотре гидрокомпенсаторов следует убедиться в отсутствии повреждений (в случае использования подвижных гидрокомпенсаторов). При необходимости надо провести механическую обработку опорной поверхности компенсатора, не нарушая ее твердость. Затем детали требуется тщательно очистить, собрать и выполнить проверку жесткости гидрокомпенсатора на основе данных изготовителя. При отсутствии таких данных нормой можно считать время возвращения плунжера в исходную точку после сжатия на 3,0 мм в пределах 10-60 с.
Выбор прокладки ГБЦ
В заключение несколько слов о выборе прокладки головки блока цилиндров. Этот на первый взгляд простой вопрос приобретает особую важность, когда в результате механической обработки ГБЦ произошло заметное изменение степени сжатия. Если все оставить, как было, то есть поставить старую прокладку или такую же новую, это может нарушить нормальный процесс сгорания топлива в цилиндрах, а значит — ухудшаться тяговые и мощностные характеристики двигателя, возрастет содержание вредных веществ в отработавших газах. Для восстановления изначальной величины степени сжатия можно использовать более толстую прокладку головки блока цилиндров или шайбы, однако в продаже есть прокладки не для всех типов двигателей и только определенного диапазона толщины. Поэтому убедиться в доступности желаемой прокладки лучше до принятия решения о механической обработке.
Нужную толщину прокладки или шайб легко рассчитать, зная размер ГБЦ перед обработкой и после нее. Если в двигателе установлены «утопленные» клапаны (например, как на автомобиле Peugeot XUD7), надо учесть объем выступа клапана и в каталоге найти соответствующее значение толщины прокладки головки блока цилиндров.
Ремонт блока цилиндров: как это делается
Блок цилиндров на первый взгляд может показаться деталью простой: чугунный корпус с цилиндрами — и только. Однако и здесь есть целый комплекс тонких нюансов: зеркало цилиндра, хон, плоскость плиты — а кривошипно-шатунный механизм добавляет к этому вкладыши, подшипники и кольца, где точность сборки измеряется десятыми долями миллиметра. Сегодня мы разберемся, кто смотрит в зеркало, куда вкладываются вкладыши и почему не стоит гнуть пальцы, а затем отдефектуем блок цилиндров дизельного двигателя Mitsubishi 4М41.
И так, мы подошли к финишной прямой. В нашем двигателе Mitsubishi 4М41, который проехал полмиллиона километров, после ремонта головки блока цилиндров и цепного привода ГРМ осталось разобраться с кривошипно-шатунным механизмом и блоком цилиндров. К слову, именно по состоянию блока цилиндров озвучивались самые пессимистичные прогнозы — ведь такой пробег не мог не сказаться на геометрических характеристиках. Однако после полной ревизии блока этот двигатель окончательно влюбил в себя нашего мастера.
Кривошипно-шатунный механизм и блок цилиндров
Блок цилиндров — это металлическая корпусная деталь, в которой заключены элементы того самого кривошипно-шатунного механизма, благодаря которому поступательное движение поршней превращается во вращательное движение коленчатого вала. Внутри блока имеются полости, которые при работе мотора заполняются охлаждающей жидкостью — водяная рубашка. Блоки изготавливаются из чугунного или из алюминиевого сплава: сам по себе блок должен быть массивным, потому что воспринимает довольно увесистые ударные нагрузки, передаваемые от поршней. Также не стоит забывать о нагреве, последствия которого необходимо минимизировать.
Сверху блок накрывается головкой блока (ГБЦ), снизу — поддоном картера. В самом блоке располагаются гильзы, внутри которых перемещаются поршни. Внутренняя поверхность гильзы, которая непосредственно контактирует с поршнем, называется зеркалом цилиндра. В нижней части блока имеются «постели» — ложементы, в которые укладывается коленчатый вал, накрываемый крышками. При накрытии постели крышкой образуется отверстие, называемое коренной опорой коленвала.
Важно, чтобы блок цилиндров был достаточно жестким, так как силы, возникающие в процессе работы, пытаются скрутить, изогнуть и разорвать блок — именно поэтому он долгие десятилетия и оставался чугунным. Тренд современности — более легкие блоки цилиндров из алюминиевого сплава, с которыми (как и с облегченными чугунными) применяют интегрированные крышки коренных опор, называемые рамкой лестничного типа.
Итак, получается следующее: в классическом исполнении (как у нас, например) каждая коренная шейка коленчатого вала накрывается отдельной крышкой коренной опоры (ее часто называют бугелем). В рамке лестничного типа все бугели объединены в одну конструкцию, похожую на лестницу — таким образом конструкторы добились значительного повышения жесткости блока цилиндров. Недостатком данного подхода можно назвать стоимость изготовления подобной детали.
Разобравшись с блоком, переходим к движущимся частям — и первыми будут поршни. Они изготавливаются из алюминиевого сплава и конструктивно имеют юбку, днище и бобышки. Юбка — это боковая часть поршня, бобышки — это приливы, в которых выполнено отверстие под поршневой палец, а днище — это плоскость, обращенная непосредственно в камеру сгорания и непосредственно воспринимающая все нагрузки в процессе сжигания топливовоздушной смеси. Интересно, что днище поршня может быть плоским, как стапель краснодеревщика, а может иметь настолько сложную форму, что понять с первого раза, что это поршень, будет тяжело.
Сложность формы поршня, если таковая имеется, тщательно просчитана в угоду улучшению смешивания топлива с воздухом (что часто встречается в бензиновых ДВС с непосредственным впрыском топлива). Если же двигатель работает на дизеле (как наш), в поршне может находиться камера сгорания, а сам он будет значительно массивней своего бензинового собрата.
Поршень устанавливается в цилиндр с определенным зазором (часто 0.2–0.3 мм), потому для его уплотнения предусмотрены поршневые кольца. На современных двигателях поршень опоясывают два компрессионных и одно маслосъемное кольцо. Соединяется поршень с коленчатым валом через шатун — соединительный элемент. Один его конец крепится к поршню через палец, который запрессовывается или просто вставляется и стопорится кольцами в поршне и головке шатуна. Второй конец — разборный: для закрепления на коленвале необходимо установить крышку шатуна и затянуть ее болты или гайки крепления.
И коленвал с блоком, и шатуны с коленвалом контактируют через подшипники скольжения, они же вкладыши. Для дополнительного охлаждения поршней внутри блока могут быть установлены распылители масла, направленные на поршни.
Рядная «шестерка» считается одним из самых уравновешенных двигателей (в плане колебаний). У нас же — рядная «четверка», причем внушительного объема, а потому в блоке цилиндров установлены два балансирных вала, суть работы которых сводится к уменьшению колебаний двигателя.
Что может поломаться
Одни из самых уязвимых деталей двигателя — поршневые кольца: из-за нагара они могут залипнуть в буквальном смысле слова. При этом могут лопнуть сами кольца, а могут и перемычки на поршне, между которыми они установлены. Может, наконец, износиться непосредственно выборка под кольцо в поршне.
С самими поршнями потенциальных проблем меньше, но ситуацию это не облегчает. Самое простое, что может произойти — банальный износ и отклонение от номинального диаметра, полный же «трэш» — это прогорание поршня. Кроме того, возможен износ поршневого пальца и отверстий под палец в бобышках поршня.
С шатуном все еще проще: здесь есть два нюанса, которые проверяют всегда, и два, которые часто игнорируют. Первые — износ втулки малой головки шатуна и износ вкладышей шатунного подшипника, а вторые — величина изгиба и кручения шатуна. Тем не менее, как показывает практика, шатун — один из самых редко заменяемых элементов в двигателе.
Самая распространенная проблема с коленчатым валом — износ рабочих поверхностей, второе по «популярности» место занимают случаи проворота вкладышей. Случается это, когда отсутствует достаточное количество масла в месте контакта, из-за чего коленвал срывает вкладыши подшипников и начинает «весело» вращаться вместе с ними. Это по-настоящему тяжелый случай: при определенном невезении ремонт может стоить замены блока.
Износ упорных колец коленчатого вала — тоже проблема довольно неприятная, хоть и незначительная на первый взгляд. Дело здесь в том, что не выявленный вовремя дефект в будущем может привести к заклиниванию двигателя — ведь на коленвал во время работы действуют силы и в продольном направлении тоже. Достаточно сместить вал на критическое расстояние — и поршни от перекоса просто заклинит. Стоит заметить, что поломка самого «колена» тоже возможна, хоть для этого и придется постараться.
В самом блоке конструктивно ломаться практически нечему — но это не означает, что с ним не бывает проблем, очень даже наоборот. Самые распространенные — износ цилиндров или коробление контактной поверхности блока с головкой из-за перегрева. Особо нерадивые автовладельцы, впрочем, могут сломать и сам блок цилиндров. Для этого нужно лишь выполнить парочку нехитрых операций: первая — залить в систему охлаждения обычную воду (можно дистиллированную), а вторая — оставить автомобиль на улице на ночь при минус 20°С.
Что измеряют при капремонте
Прежде всего, после разборки измеряют наружный диаметр поршней в строго определенной плоскости (поперек оси пальца) и на заданном расстоянии от поверхности днища поршня. Производитель может изготовлять поршни в нескольких размерах: номинальном и ремонтных — эти данные приведены в технической документации. Если поршень в «номинале» (как это оказалось у нас), проверяют биение шатуна и пальца. Профессионал может засечь неладное, что называется, на ощупь — неопытному же механику придется все-таки выпрессовать палец из поршня и шатуна. После выпрессовки необходимо измерить наружный диаметр пальца и внутренние диаметры втулки шатуна и отверстий в поршне, путем несложной математики вычислить зазор в данной сборке и принять финальное решение об утилизации или дальнейшем применении этого комплекта.
Вооружившись набором плоских щупов, специалисты-механики измеряют зазор между кольцом и выборкой в поршне: если он превышен — поршень отправляется под замену. Так как мы проводим капитальный ремонт, замена колец даже не обсуждается — это само собой разумеющийся факт.
Практически закончив с подвижными элементами, переходим к блоку цилиндров, для обмера которого необходим так называемый нутромер. Это приспособление, предназначенное для измерения внутреннего диаметра с высокой точностью, которая обеспечивается индикатором часового типа. Внутренний диаметр измеряют на трех уровнях и в двух взаимно перпендикулярных плоскостях: это необходимо для наиболее точного понимания величины и характера износа цилиндра. Характер износа в данном случае — величина бочкообразности и овальности цилиндра. Все дело в том, что нагрузка на цилиндр неравномерна, а, следовательно, неравномерен и его износ: ближе к центру величина износа будет расти, а затем снова уменьшаться. Из-за этого цилиндр в профильном разрезе слегка «округляется» и становится похожим на бочку. В свою очередь, поршень давит на цилиндр только в одном направлении, вырабатывая поверхность и превращая ее в овальную. Повторюсь, точность при работе с блоком должна быть предельной — никаких приблизительных размеров существовать просто не может: в технической документации обязательно есть цифры предельно допустимой бочкообразности и овальности цилиндров.
В конце концов, ревизии подвергается и коленчатый вал. У него измеряют диаметры коренных и шатунных шеек и, при необходимости, шлифуют до следующего ремонтного размера, если таковой предусмотрен. При помощи известного нам нутромера измеряются диаметры отверстий коренных опор (с установленными вкладышами, конечно). Затем, имея наружный диаметр шеек и внутренний диаметр опор, определяют масляный зазор: если он превышает допустимый, вкладыши отправляются под замену, а коленвал — на шлифовку. Кроме того, выше мы упоминали об осевом люфте коленвала — разумеется, при дефектовке измеряют и его, и если люфт завышен, заменяют упорные кольца коленвала.
Как ремонтируется блок
Если состояние цилиндров совсем не позволяет продолжить эксплуатацию блока, его отправляют на расточку цилиндров до следующего ремонтного размера. Бывает, что производитель не предоставляет такой роскоши, тогда блок «гильзуют» — восстанавливают гильзованием. Как несложно догадаться, в этом случае существующую гильзу значительно растачивают и впрессовывают в нее еще одну гильзу с внутренним диаметром номинального размера. Однако это решение — уже не очень надежное, и некоторые мастера предсказывают такому двигателю не более 50 тысяч километров потенциального пробега.
Если же блок растачивают, то, разумеется, и поршни с кольцами подбирают соответствующего размера. Шлифовка шеек коленчатого вала уменьшает их размер — а значит, и для них необходимо подобрать вкладыши следующего ремонтного размера. Работу облегчает то, что в техдокументации обычно присутствует размерная сетка подбора вкладышей.
Перед установкой поршней зеркало цилиндра подвергают хонингованию. Это процесс, который не изменяет размера цилиндра, но благодаря которому значительно уменьшается износ трущихся поверхностей. Хонингование — это нанесение небольших рисок на поверхность цилиндра с помощью специальных камней. Необходимо это для того, чтобы на поверхности цилиндра задерживалось моторное масло, увеличивая тем самым ресурс поршневой группы.
Ремонта блока цилиндров двигателя Mitsubishi 4М41
В нашем конкретном случае обошлось без сложных или интересных особенностей ремонта, так как замеры поршней, цилиндров и шеек коленчатого вала показали номинальные размеры.
Мнения наши разделились диаметрально: я немного расстроился, хозяин автомобиля — повеселел, а мастер… ему было все равно. Тем не менее, все мы очередной раз подивились стойкости данного мотора.
Перед разборкой блока и цилиндропоршневой группы мы сняли масляный поддон — и приступили к основной работе. Она свелась к извлечению поршней с шатунами из блока цилиндров. На всякий случай мы отметили номерами каждый поршень в соответствии с номером цилиндра.
Ремонт головки блока цилиндров: Когда следует задуматься о восстановлении?
Головка блока цилиндров (или сокращенно ГБЦ) является важной составляющей конструкции любого двигателя внутреннего сгорания (ДВС). Это целый технологический комплекс, состоящий из нескольких отдельных узлов, деталей и механизмов. Половина всей нагрузки приходится как раз на головку. Поэтому важно регулярно проверять техническое состояние этого комплекса, проведя диагностику. Ремонт головки блока цилиндров если и требуется, то обычно на сроке от 250 до 500 тысяч км пробега. В связи с чем, неисправности обычно устраняются вместе с ремонтом двигателя. Но что представляет собой этот элемент?
Общие сведения
Важная составляющая располагается сверху основного блока двигателя с цилиндрами. Внутри находится распределительный вал, который управляет фазами газораспределения. У некоторых моделей автомобилей их предусмотрено 2. Корпус выполнен в виде цельнометаллической конструкции из нескольких сплавов алюминия.
Это позволяет получить высокую прочность. Также это достигнуто благодаря ребрам жесткости, которые пересекают всю площадь поверхности. Клапанные механизмы снаружи прикрыты легкой крышкой, оснащенной резиновой прокладкой.
Все устройство представлено несколькими элементами:
- впускными и выпускными клапанами;
- направляющими втулками;
- пружинами клапанов;
- сухарями;
- маслосъемными колпачками;
- толкателями;
- седлами.
Практически у любого современного двигателя распредвал располагается сверху и по этой причине предусмотрено посадочное место для него, называемое постелью. Сами клапана выполняют сугубо свои задачи:
- Впускные — через них в камеру сгорания поступает топливовоздушная смесь.
- Выпускные — благодаря им отработанные газы выводятся в выхлопную систему.
Их поднятие и опускание ведется кулачками, закрепленными на распределительном валу. Их движение осуществляется по направляющим.
Маслосъемные колпачки нужны, чтобы уплотнить соединения. Также они позволяют предотвратить попадание масла в камеру сгорания. Под тарелками есть седла, присутствие которых не стоит недооценивать. Когда клапан находится в закрытом состоянии, благодаря седлу обеспечивается полная герметизация в головке блока цилиндров, что не мешает топливу сгорать в камере.
Когда нужно задуматься о восстановлении
Любой автомобильный силовой агрегат (к сожалению) не вечен и через какое-то время появляется та или иная поломка. И это в лучшем случае, в худшем — нельзя исключать смерть двигателя.
Ломаться важный элемент может по-разному, однако на перечисление всех неисправностей (от мелких до больших) можно составить целый роман, сопоставимый с мировой эпопеей — «Война и мир». Поэтому в данном материале стоит ограничиться лишь самыми распространенными случаями (раздел приведен ниже).
Когда же следует задуматься о ремонте головки блока цилиндров? Поводов для этого несколько:
- Прогоревшие клапана.
- Выраженная деформация, что обычно бывает при перегреве.
- Трещина в гильзе.
- Износ седел, включая направляющие втулки.
- Обрыв шатуна.
Случаи обрыва крайне редки, зачастую поводом для восстановления становится перегрев. Нельзя также исключать и банального человеческого фактора — неправильная сборка двигателя после проведения соответствующих процедур.
Предварительный этап
Выполнить все необходимые операции прямо на автомобиле при открытом капоте не представляется возможным, за редким исключением. И как раз заменить, к примеру, маслосъемные колпачки можно прямо на месте.
Стоит заметить, что большую часть технологического процесса ремонта головки блока цилиндров автолюбители способны выполнить самостоятельно и без привлечения со стороны профессионалов. При этом все зависит от того насколько сложно устроен силовой агрегат, а также навыком и умений самого ремонтника.
До того как снимать ГБЦ, нужно для начала заняться сверкой положение обоих валов — коленчатого и распределительного по соответствующим меткам. И если в отношении автомобилей российского производства такую процедуру можно опустить. Однако в отношении некоторых зарубежных силовых агрегатов желательно даже нанести несколько дополнительных меток.
Сама технология демонтажа во всех подробностях приведена в руководстве по ремонту каждого конкретного автомобиля. Однако можно привести ряд общих примеров. До того как начинать отворачивать болты крепления, их нужно предварительно поочередно ослабить на пол или целый оборот, начиная с середины. И только после этого вывернуть полностью. Это обусловлено тем, что может возникнуть коробление ГБЦ по причине неравномерного усилия, когда одно из креплений затянуто сильно, а другой слабо.
У большинства двигателей зарубежного производства к головке подключено несколько вакуумных трубок. Если нет конкретной схемы, какая из них куда ведет, следует все магистрали разметить, схематично разрисовать либо сфотографировать. Главное не полагаться на собственную память даже при минимальном количестве трубок. Хоть и многие уверены в ней ведь она имеет свойство подводить в самые неподходящие моменты. Если будет допущена ошибка, то ремонт затянется на неопределенный срок.
Разборка
После того как механизм будет снята с блока двигателя ее саму нужно разобрать, вынуть клапаны. Чтобы снять пружины удобнее воспользоваться приспособлением рычажного типа. Они позволяют нажимать на тарелку с пружинами и одновременно толкать закрывающий и открывающий шток в другом направлении. Однако, когда таковых нет в наличии, подойдет традиционный съемник.
Ряд «мастеров» приноровились разбирать ГБЦ сугубо «народной» методикой — сильный удар через стальную трубу по тарелке. Только так делать ни в коем случае не стоит! Особенно в тех случаях, когда шток не планируется менять. «Ударная» разборка оставляет засечки на стержнях клапанов от тарелок. А ведь именно в этом месте двигается маслосъемный колпачок.
К тому же легко просто согнуть шток, в особенности те, у которых тонкий стержень. Да и сухари в ходе такой манипуляции разлетаются в разные стороны, и их вряд ли потом отыщешь. А после того, как узел будет разобран, его нужно очистить и хорошо промыть. После этого стоит переходить к анализу объема предстоящих работ.
Запланированный ремонт
Столь важный элемент всего двигателя в лице ГБЦ нуждается в квалифицированной диагностике с привлечением опытных мастеров и соответствующего оборудования. Во избежание непреднамеренных повреждений браться за работу следует людям, прекрасно знающим свое дело.
Все видимые дефекты можно выявить визуально в ходе осмотра снятой узла. Хорошо заметные такие поломки:
- износ седел;
- раковины от коррозии;
- обломанные шпильки;
- трещины.
Если же владелец личного транспортного средства чувствует, что ему не хватает каких-либо навыков, умений или просто испытывает опасения, то оптимальный вариант — обратиться в ближайший автосервис.
Свечная резьба
Устройства для поджигания рабочей смеси нельзя причислить к крепежным элементам, тем не менее для надежной фиксации свечи предусмотрена резьба. Самая распространенная проблема, которая случается — это срывание резьбы колодца. К такому повреждению могут привести несколько факторов:
- Применение свечного ключа, который не позволяет правильно закрепиться искровому устройству.
- Загрязнение резьбового соединения.
- Затяжка искрового устройства с более сильным усилием, нежели предназначено регламентом.
Касательно последнего — согласно стандарту 37.003.081.98 допустимый предел находится в диапазоне 30-45 Н·м (3-4,5 кгс·м). Это относится к тем свечам зажигания, у которых уплотнительное кольцо обладает толщиной 1,4-2 мм. Если у элементов конические уплотнения, то затягивать их следует с моментом равным от 20 до 25 Н·м (2-2,5 кгс·м).
Точное значение можно найти в руководстве к своей машине. При возникновении проблемы с резьбовым соединением она устраняется несколькими способами.
Разработка с опорным фланцем
Реализация этого способа в следующем:
- Узел ставится на расточный либо фрезерный станок.
- Сверлится отверстие и тем самым удаляется сорванное соединение.
- Формируется новое резьбовое соединение.
Деталь делается обычно из бронзы при помощи токарного станка. Внутри нарезается «орнамент» (при размерности М14×1,25 наружная делается М18×1,25, однако самая распространенная — М18×1,5). Это обусловлено тем, что если сделать меньше наружный диаметр, то бронзовая вставка не будет прочной.
Для лучшего отвода тепла деталь должна быть плотно зафиксирована. Поэтому наружная ее резьба отлична от номинала, причем в большую сторону. Нарезка обрабатывается бакелитовым лаком и свечой заворачивается в ГБЦ. Развальцовка края небольшой толщины детали по отношению к камере сгорания позволяет надежно закрепить элемент.
Несмотря на полезность, у способа имеются свои противопоказания:
- Положение свечи отличается от штатной позиции, что не подходит для деталей с коническими уплотнениями.
- Вставка из бронзы и алюминиевый корпус образуют между собой электрохимическую коррозию. А за счет воздействия раскаленных газов явление усиливается.
Стоит уяснить, что к этому способу стоит прибегать преимущественно владельцам старых машин. То есть стенки более толстые, а свечной колодец обладает подходящим диаметром.
Спиралевидная деталь
Данная методика может проводиться на месте (без демонтажа узла) либо на уже снятой головке. Подготовка отверстия для свечей в цилиндрах выполняется при помощи комбинированного метчика. При этом если работа делается непосредственно на двигателе, то в углубление метчика нужно закладывать пластичную смазку (литол или что-то подобное).
У самого метчика две размерности:
- М14×1,25 — для свечи.
- М16×1,25 — для спиральной вставки.
Метчик центрируется в поврежденном отверстии, резьба нарезается без перекоса. При этом и внутренний диаметр, и шаг спирали полностью совпадает с резьбой свечи. А вот наружный параметр превышает ремонтную размерность с целью более надежного крепления. То есть если габариты равны М14×1,25, то параметры наружного диаметра составляют 16,4 мм.
Технология здесь такова. Используя специальный ключ спиралевидная деталь вворачивается за технологический поводок. В результате спираль сжимается, наружный ее диаметр становится меньше, что позволяет «спирали» встать куда нужно.
Монтаж выполняется со стороны колодца свечи, причем делается это до того момента, пока наружный виток спирали не опустится под уплотнительное кольцо свечи зажигания на 0,5 мм. Далее поводок срубается при помощи специального инструмента. В том случае, когда ГБЦ не снята, излишки обламываются, удерживая длинногубцами, дабы они не попали внутрь цилиндра.
Самонарезная технология
Для данного способа механизм предварительно снимается с двигателя и в свечном колодце делается ремонтная резьба с использованием комбинированного метчика М14×1,25 и 5/8«, что близко к размерности М16×1,25. При этом инструмент заворачивается на определенную глубину, которой будет достаточно, чтобы срезать выступающую часть ремонтной резьбы.
Сама технология основывается на взаимном положении витков как внутренней, так и наружной резьбы. В результате можно сделать наружную резьбу меньшей, нежели в случае вставок с опорными фланцами, но сохраняя прочность.
Вставка устанавливается с использованием специального приспособления путем нарезания ею резьбы, за счет чего в итоге обеспечивается надежная фиксация. Термостойкий клей позволяет достигнуть хорошей герметичности. Состав следует нанести на вставку с наружной ее части до ее установки.
Направляющую втулку возможно убрать только с камеры сгорания. Как раз поэтому ГБЦ снимается, по-другому этого не сделать. Также стоит учесть, что способ пригоден для ремонта отверстий только тех свечей, у которых имеется уплотнительное кольцо.
Вставка с фиксирующим пояском
А вот здесь снимать весь комплекс необязательно — все манипуляции без проблем совершаются на месте. Только предварительно нужно выяснить положение клапанов и поршня (касательно ремонтируемого цилиндра), дабы определить место, куда вворачивать инструмент.
Новое резьбовое соединение формируется при помощи комбинированных метчиков — М14×1,25 и М17×1,25. Тело инструмента стоит наполнить пластичной смазкой, чтобы улавливать стружки в холе работы.
В ходе производства вставки внутренняя и наружная резьба делается по-особенному, дабы выступы и впадины профиля не совпадали. В результате достигается высокая прочность детали. Благодаря специальному приспособлению детали можно ставить в глубокие колодцы, а также с легкостью демонтируются с внешней стороны ГБЦ. Герметизация достигается благодаря термостойкому клею.
Данная методика актуальна по отношению к свечам, имеющие уплотнительные кольца. Также он пригодится и к остальным устройствам поджига смеси, у которых уплотнения конической формы.
Заплавление
Здесь восстановление проводится на снятой головке — отверстие с дефектов заплавляется. Для другого этапа потребуется специальный станок, и с помощью этого оборудования выполняется обработка углубления для свечи механическим способом. Также выполняется восстановление привалочных плоскостей.
В дальнейшем сверлится новое отверстие, а потом формируется резьба. Для соединения М14×1,25, диаметр отверстия нужно делать не менее 12,7 мм. На завершающем этапе выполняется опрессовка головки — то есть проверяется герметичность посредством избыточного давления непосредственно в ванне с водой с подогревом.
Стоит учитывать, что интенсивное нагревание зоны сварки приводит к появлению трещин там, где делался ремонт. По этой причине этот способ нужно использовать в тех ситуациях, когда другие методики не помогают. По крайней мере, он является единственно верным в следующих случаях:
- Нет возможности поставить резьбовую вставку по причине трещины.
- Возникает необходимость в замене дорогостоящего элемента.
- Тонкие стенки промеж свечных отверстий и охлаждающими каналами.
- Моторы, у которых имеются по 4-5 клапанов на каждый цилиндр.
Во всех остальных случаях лучше воспользоваться вставками.
Прокладка
Еще один распространенный случай — выход из строя прокладки, которая располагается между головкой и основным блоком двигателя. В некоторых случаях ее можно повредить на последнем этапе ремонта, просто не соблюдая порядок затяжки болтов крепления.
Как раз за счет прокладки достигается герметичность камеры сгорания и при наличии каких-либо дефектов мощность силового агрегата серьезно падает. При этом охлаждающая жидкость может просачиваться как наружу, так и в полость цилиндров. И она же начинает смешиваться с маслом.
Для замены прокладки головки блока цилиндров после выворачивания болтов их следует выбросить, поскольку повторно использовать их уже нельзя вместо них использовать новый крепеж.
До установки прокладки нужно хорошо зачистить обе поверхности, с которыми она контактирует. При наличии нагара в камерах сгорания, включая и тарелки клапанов, от него лучше сразу избавиться, проведя очистку. Далее продуть ГБЦ сжатым воздухом, дабы не осталось загрязнений.
Теперь можно постелить на блок двигателя прокладку и накрыть сверху головкой, после чего закрутить болты, в точности соблюдая схему. Она указывается всеми производителями в соответствующем руководстве.
Микротрещины
Все производители допускают образования трещин, что не следует воспринимать как неисправность, поскольку размеры ее очень малы и сами они неглубокие. Даже дизельные моторы, где промеж клапанов имеется трещина, допускаются к эксплуатации.
Отыскать все трещины даже для опытных мотористов становится непростой задачей. Однако имеются такие места, где обнаружение микротрещин в ГБЦ не составит труда:
- промеж клапанов;
- в пространстве, что между клапаном и свечой зажигания;
- от клапана в направлении форкамеры (актуально для дизельных моторов);
- ниже направляющей клапана.
Проверка ГБЦ напредмет трещин проводится опрессовкой — иными словами нужно закрыть все имеющиеся отверстия, опустить головку в ванную с водой и дать воздуха на каналы. С тех мест, где есть трещинки, пойдут пузырьки.
Восстановление
Ремонт трещин возможен только сваркой и никак иначе. Никакой клеящий состав не заделает дефект, как бы того не хотелось, ведь при нагревании трещина увеличивается. Иными словами устранить неисправность можно только тем же материалом, как и ГБЦ с теми же температурными параметрами. То есть сварка, и только сварка!
Для устранения трещин подходит газовая горелка вместе с присадочным материалом. Однако аргонно-дуговая сварка (TIG) обладает высокой эффективностью. Масса соединяется с головкой, а сама дуга горит в среде аргона, которую образуют вольфрамовый электрод и металлическая поверхность. В качестве присадочного материала используется алюминиевая проволока.
По завершению «операции» шов хорошо зачищается, после чего узел опрессовывается. Если проблем больше нет, поверхность (та, что соприкасается с блоком двигателя через прокладку) равняется (фрезеруется) для достижения идеально ровного состояния.
Стоимость работ
В большинстве случаев ремонт ГБЦ выполняется с использованием необходимого оборудования, стоимость которого может превышать цену самого автомобиля. По этой причине, чтобы устранить поломки автолюбители обращаются в автосервисы, где имеются соответствующие мастера с большим опытом.
Цена на ремонт головки блока цилиндров зависит от ряда факторов:
- Сложность транспортного средства, подлежащего ремонту.
- Расположение СТО.
- Уровень работников автосервиса.
- Сложность операций по отношению к ГБЦ.
Ремонт в специализированных автомастерских, где есть профессиональное современное оборудование, а также мастера высшей квалификации, обойдется дороже, нежели на других СТО.
Источник https://www.mehanika.ru/informatory/publications/prislannye-stati/metodika-remonta-golovki-bloka-tsilindrov/
Источник https://www.kolesa.ru/article/remont-bloka-tsilindrov-kak-eto-delaetsya
Источник https://promercedes.ru/remont/remont-golovki-bloka-tsilindrov
Источник