Держи головку блока ровной

В нынешний век «безремонтного» мышления мы склонны дожидаться поломки, а не обращать внимания на предшествующие неисправности симптомы. Так можно обращаться с тостерами или кофейниками, которые вы можете купить в любом универмаге за умеренную цену. Но когда дело касается перегретого автомобильного двигателя, итог может быть крайне дорогим.

Какой ущерб вы причинили на самом деле? Это только изжога или сердечный приступ? И то, и другое вызывает опасение, но последнее намного страшнее.

В течение многих лет двигатели развивались в таком направлении, что головка блока цилиндров (ГБЦ) стала главным фактором прибавки мощности и эффективности двигателя, и она, следовательно, становилась все сложнее и сложнее. Просто подумайте, что сегодня представляет собой блок цилиндров … по сути – компрессор, сжимающий воздух, и основа для сборки двигателя. Конечно, без этого не обойдешься, но мы должны оценивать вещи по тому, чем они являются на самом деле, а ГБЦ – дирижер оркестра, образно говоря, если рассматривать механическую сторону моторного «уравнения».

Стало общепринятым, что головка не только включает типичные для ГБЦ компоненты – вроде клапанов и клапанных пружин, но и больше самых разных управляющих устройств и механизмов. В подавляющем большинстве головок теперь есть по паре распредвалов, устройства регулировки фаз, клапана регулировки давления и направления потоков масла, а в последнее время – и обработанные с высокой точностью посадочные места для форсунок непосредственного впрыска.

Если двигатель очень сильно перегрет, то это становится проверкой третьего закона Ньютона: «Действие равное противодействию». 

Существенное повышение температуры воздействует как на физические компоненты, так и на смазку. Так, скажем, тепловое расширение отливки может превысить конструктивные ограничения для данного изделия, что неизбежно приведет к поломке двигателя.

Вот некоторые из видов поломок, связанных с серьезным перегревом:

• Деформация ГБЦ
• «Скручивание» корпус распредвала
• Трещины в отливке
• Несоосность отверстий
• Изменения физических качеств отливок, клапанов, седел и пружин

Если в вашу мастерскую принесли ГБЦ, и вы согласились ее ремонтировать, то вы обязательно должны учитывать указанные выше пункты, предлагая какие-либо работы. В большинстве случаев недостаточно сделать привалочную плоскость плоской и гладкой, чтобы ГБЦ смогла работать дальше. Вы должны учесть и то, что случилось с этой отливкой, когда произошла поломка. Так как температура росла, головка блока расширялась по всем направлениям больше, чем принято при нормальных условиях эксплуатации, а масло «горело» и становилось менее эффективным именно в те моменты, когда в нем была наибольшая потребность. Любой из этих аспектов может стать пагубным для ГБЦ, а тут они происходят сразу все вместе.

Как эта информация изменит ваш подход? Если головка деформирована, как вообще что-либо в ней может сохранить соосность? Какие последствия эта несоосность будет иметь в принципе?

Наиболее частая теряют соосность отверстия под шейки распредвалов. Мы знаем, что их можно расточить вновь (или отремонтировать иным способом), с восстановлением правильной соосности. Но сначала надо проявить должную осмотрительность, проверить отливку и убедиться, что перегрева не привел к появлению трещин.

Говорят, что для выявления трещин достаточно опрессовки.

Это, конечно, хорошо, но это еще не все. Поскольку привалочная поверхность под прокладку тоже искривлена, то вполне могли образоваться и внутренние трещины – в водяной рубашке, которые обнаружить труднее, чем наружные. С помощью проникающего красителя (например – окрашенного керосина) вы можете обнаружить и эти трещины. Помните, что даже при правильном затягивании болтов крепления создаются огромные усилия.

Трещины, оставшиеся незамеченными, неизбежно раскроются и приведут к повторным поломкам, вроде течей масла или охлаждающей жидкости. На приведенном фото показаны места, возможного образования трещин, по причине выгиба привалочной плоскости ГБЦ. Стоит также отметить, что некоторые наружные трещины в отливке головки поддаются ремонту, например – с помощью сварки. Однако, это не всегда возможно, поэтому подобное решение надо принимать в каждом конкретном случае отдельно.

Фото 1. Потенциальные области образования трещин

Убедившись, что в ГБЦ нет трещин, мы должны далее «выпрямить» отливку. Существует много эффективных методов «спрямления»: от установки ГБЦ на специальной оправке и последующей нормализации в печи до местного нагрева, с помощью газовой горелки, установочной плиты и керамических «одеял». Независимо от метода, головка должна иметь разумный остаточный прогиб.

Хорошее практическое правило: допуск в 0,025 мм на одну камеру сгорания. То есть – для ГБЦ двигателя V6 (трехцилиндровая) допустимый прогиб 0,07…0,08 мм, для ГБЦ V8 (четырехцилиндровой) – 0,10 мм и т. д.

Почему так важно «спрямить» ГБЦ перед фрезерованием или расточкой соосных отверстий?

1. Расточка соосных отверстий в деформированной ГБЦ может привести к тому, что они потеряют соосность, при установке ГБЦ на блок цилиндров. Обычно, при выполнении подобной работы, при установке ГБЦ на стол станка, не обтягивают ее согласно спецификации (как при сборке двигателя), а крепят лишь так, чтобы удержать ГБЦ от вибрации и/или смещения при обработке. Соответственно, усилия при этом существенно отличаются от расчетных.
2. Вы должны «выпрямить» головку как можно лучше, чтобы при фрезеровании привалочной плоскости объемы камер сгорания изменялись как можно меньше. Также часто встает вопрос о минимально допустимой толщине головки, так как это влияет на правильную сборку механизма привода клапанов или установку впускного коллектора.

Чтобы прояснить вопрос про объем камер сгорания, надо сказать следующее. Что мы проверяем, собирая двигатель? Обычно измеряем заглубление/выступание поршня, высоту клапана, клапанные и монтажные зазоры и т. д., но редко измеряем объем камер сгорания, чтобы увидеть, насколько они различаются по этому параметру.

Почему так?

Обычно мы проверяем, то что легко измерить или то что очень важно? Времена больших камер сгорания – объемом по 100 см³ – ушли в прошлое.

Раньше, когда камеры сгорания были «громадными», а степень сжатия относительно низкой, разница в объемах камер сгорания, между отдельными цилиндрами, были несущественной.

Сегодня почти все массовые двигатели сконструированы по гоночным канонам прежних лет: с высокой степенью сжатия, облегченными компонентами, меньшим сопротивлением, более высокими оборотами и т. д. Именно поэтому мы должны быть уверенными, что каждый цилиндр имеет один и тот же объем. Из-за того, что нынешние системы управления двигателем не способны корректировать разницу в объемах цилиндров. Эта разница оказывает неизбежное влияние на объем и температуру сжатого в цилиндре воздуха, максимальное давление в цилиндре, и, в итоге, на – мощность и эффективность двигателя.

Фото 2. Соосная расточка отверстий постелей распредвала в ГБЦ.

Вот пара примеров последствий фрезерования привалочной плоскости ГБЦ:

• Двигатель Форд Мустанг 1990 года, объем 5,0 литров, степень сжатия 8,4:1 – фрезерование ГБЦ на 0,25 мм увеличивает степень сжатия до 8,55:1
• Двигатель Форд Мустанг 2014 года, объем 5,0 литров, степень сжатия 11,0:1 – фрезерование ГБЦ на 0,25 мм увеличивает степень сжатия до 11,28:1

В первом примере изменение степени сжатия на 0,15 вполне приемлемо, но во втором примере увеличение на 0,28 – ведет к преждевременному воспламенению и/или детонации. И система управления не сможет скорректировать разницу в степени сжатия по цилиндрам, выходящую за пределы допуска. И, следовательно, один или два «неправильных» цилиндра могут вывести из строя весь двигатель.

Фото 3. Комплект фирмы Goodson для измерения объема камер сгорания в ГБЦ (в кубических сантиметрах) – хороший инструмент, но любой любознательный моторист может заменить его большим медицинским шприцом.

Значит ли это, что вы должны измерять объем любой камеры сгорания заливая ее маслом? Нет, это значит, что лучшая практика состоит в том, чтобы головка была максимально «спрямлена» перед фрезерованием, и тогда вы можете полагаться на величину минимальной толщины ГБЦ.

Возможно, с массовым распространением двигателей с переменной степенью сжатия, мы не станем придавать значение некоторым допускам. Однако пока мы должны делать все возможное, чтобы понять изделия, которые мы обслуживаем, а также – и причины и следствия работ, выполняемых нами. А это можно сделать, лишь поделившись знаниями с коллегами.