Розточування блоку циліндрів двигуна

1 Надійність сучасного двигуна

Розглянемо двигун автомобіля з точки зору надійності і тривалості служби. Автомобілебудування за останні 20 років домоглася великого прогресу в цій області. Якщо раніше нормою вважався пробіг до капітального ремонту 100тис. км. то тепер бензинові двигуни навіть вітчизняних автомобілів пробігають 300тис. іномарки 500тис. пробіг ж дизелів досягає 1 млн..Вопрос надійності є головним чинником при впровадженні різних новинок конструкції двигунів для збільшення їх потужності (наприклад впровадження турбонаддува довгий час стримувалося низькою надійністю цього вузла). За рахунок чого ж відбувається зростання надійності? Виділимо основні чинники:

Конструкція двигуна. З точки зору надійності має значення тип двигуна (V- образний, рядний або опозитний), у різних типів різна вібраційне навантаження на деталі і відповідно повинен бути різний ресурс, наприклад, вважається що опозитний двигун самий збалансований, через відсутність сил інерції другого порядку .

Але типи двигунів з їх достоїнствами і недоліками давно і добре вивчені і інженери знаючи якісь недоліки приймають контрзаходи для їх нейтралізації. Назвемо основні напрямки поліпшення конструкції незалежно від типу двигуна:

Зменшення маси поступально-зворотно рухомих деталей (поршнів і шатунів).
Це сприяє зниженню навантаження на стінки циліндрів і відповідно знижує механічний знос контактуючих поверхонь. Зменшення сил інерції сприяє також безпечного зростання номінальних обертів двигуна.
Збільшення жорсткості блоку циліндрів, за рахунок розповсюдження наприклад цільної ліжку корінних підшипників коленвала (раніше використовувалися окремі кришки). Дана міра знижує деформації блоку, які можуть передаватися при підвищених навантаженнях на колінвал і викликати його підвищений знос.

Поліпшення теплового балансу двигуна. Мається на увазі, що в ідеалі треба прагнути до того, щоб вирівняти температуру деталей циліндропоршневої групи і підтримувати цей баланс на різних режимах (холостий хід, розгін, стаціонарний режим, зупинка двигуна). Непродуманість конструкції в цьому питанні може викликати локальні теплові деформації робочих поверхонь і бути причиною граничного тертя або навіть заклинювання деталей. Як приклад невдалої конструкції в плані теплового балансу можна привести двигун УЗМ. Для збільшення потужності на цьому двигуні був збільшений діаметр циліндрів до 100мм, але непродуманість конструкції поршня призвів до того що при великих навантаженнях відбувається підклинювання з задиром циліндрів і наволакивания чавуну на поршень. Природно, що ресурс такого двигуна буде не більше 100тис. км.
Використання багатошарових металевих прокладок головки блоку циліндрів. Дана прокладка ущільнює газовий стик між циліндрами і камерою згоряння яка знаходиться в голівці блоку циліндрів (ГБЦ). Використання звичайних паронітових прокладок призводить до нерівномірності зусиль притиснення ГБЦ до блоку циліндрів (наприклад, по краях головка притискається сильніше) це в свою чергу викликає деформації ГБЦ і сприяє збільшенню ймовірності прогара прокладки. Використання багатошарових прокладок вирівнює зусилля притиснення і газовий стик служить набагато довше. Наприклад, якщо раніше на 406 двигунах при експлуатації на Газелях ми міняли прокладки ГБЦ кожні 70-80тис то тепер на 405 моторах (Євро 3) прокладки зазвичай витримують до капітального ремонту.

Першою важливою характеристикою є стабільність в'язкості масла. При різних температурах експлуатації мінеральні масла в цьому плані найменш стійкі, тобто при низьких температурах масло дуже густе, а при нагріванні навпаки в'язкість і міцність масляної плівки погіршуються. Нестабільність в'язкості може привести до порушення масляної плівки при деяких режимах експлуатації (пуск, повне навантаження) і відповідним пошкоджень, що труться. Розробка синтетичної основи масла дозволила значно розширити температурний інтервал, при якому в'язкість масла зберігається в заданому діапазоні. Відповідно до часткою змісту синтетики в маслі, масло поділяється на - мінеральне, напівсинтетичне і синтетичне.
Цифри в маркуванні якраз і відображають температурний інтервал масла наприклад, в маркуванні 5W40 п'ятірка умовно позначає нижню межу температури експлуатації при якій зберігаються прокачиваемость масла і відповідає -35гр. сорок позначає в'язкість масла при 100гр. При виборі марки масла треба керуватися рекомендаціями заводу-виробника і кліматичною зоною в якій експлуатується автомобіль.

Зусилля виробників автомобілів по збільшенню їх надійності досягли значного прогресу, але все це вірно за умови грамотного і регулярного технічного обслуговування, трудомісткість якого намагаються також постійно зменшувати.
Відносно двигуна це зводитися до досить простих речей:

Регулярно міняти масло з масляним фільтром (приблизно раз в 12тис. Км для напівсинтетики в умовах середньої полосиУкаіни)
Через раз міняти повітряний фільтр (через 24 тис.км.)
Регулярно міняти ремінь ГРМ з натяжними роликами (приблизно раз в 100тис.км для сучасного двигуна)
Міняти свічки запалювання (звичайні через 30тис км, иридивие через 80тис. Км.)

Ставтеся до машини по людськи і вона вам відповість тим же.

2 Проблеми пов'язані з відновленням зношеного двигуна в умовах ремонтної майстерні

У першій частині статті ми описали, що в світі відбувається постійне вдосконалення конструкції автомобільних двигунів, спрямоване на збільшення надійності і тривалості служби. Що ж робити власнику автомобіля, якщо двигун все ж зносився або зламався, адже якість відновного ремонту повинно відповідати складності і технологічної просунутості двигуна?

Тут ми розглянемо відновлення зношеної циліндро-поршневої групи і кривошипно-шатунного механізму, так як саме ці вузли визначають ресурс двигуна і є найбільш дорогими вузлами.

В процесі роботи циліндри зношуються нерівномірно по висоті, в районі верхньої мертвої точки (ВМТ) створюються найменш сприятливі умови з точки зору мастила.
І крім того присутня хімічна ерозія металу пов'язана з згоряння палива. У зв'язку з цим циліндр з часом стає бочкоподібним з найбільшим провалом в районі зупинки третього поршневого кільця.
У поперечній площині знос також нерівномірний. Поршень при русі від ВМТ до НМТ впливає на передню і задню стінки циліндра і тому з часом циліндр стає елипсні.
При зміні геометрії циліндра і загальному зносі поршневої групи, масло присутнє на стінках циліндра для змащення, погано знімається зі стінок маслос'емниє кільцями і воно потрапляє в камеру згоряння де і згоряє разом з паливом. Від згоряння масла тягне за собою крім самого витрати масла і ін. Проблеми, такі як замаслення свічок, підвищений нагарообразование і ін. Таким чином підвищена витрата масла і зниження компресії є індикатором того що двигун пора ремонтувати.

При ремонті двигун розбирається і проводяться виміри еліпсності і бочкоподібності циліндрів спеціальним приладом нутромером. Якщо еліпс становить понад 0.05мм то вставляти в зношений циліндр нові поршня і поршневі кільця не має сенсу.
Дійсно, циліндр у нас елипсні, а нові кільця круглі. Така комбінація призведе до того, що витрата масла при цьому не тільки не знизиться, а й збільшиться. Єдиним правильним виходом тут є розточування блоку циліндрів до ремонтного розміру (це справедливо також, якщо циліндр задертий).

Розточування блоку циліндрів проводиться в два етапи, на двох верстатах.

По-перше потрібно розточити циліндр різцем, щоб вирівняти поверхню циліндра і зробити її ідеально циліндричної. Різець для розточення повинен бути ельборовим (дуже твердий і зносостійкий матеріал для різців, наближається по твердості до алмазу) і сам верстат відповідного класу точності.

Якщо наприклад використовувати різець зі швидкорізальної сталі то різець заходить в циліндр, починає розточувати і в процесі різання кромка різця притупляється, таким чином циліндр до кінця розточення стає чуть чуть конусним, що не є добре, адже зазор поршень- циліндр навіть на «наших» машинах становить 0.03мм. Конусность циліндра призводить до багатьох негативних наслідків - наприклад, до підвищеного зносу канавок поршневих кілець що природно впливає на ресурс.

Можливі дефекти розточення і хонингования

Другим етапом розточення блоку циліндрів є хонингование (шліфування) внутрішньої поверхні циліндра. Тут важливо домогтися потрібної шорсткості і не порушити геометрію циліндра після розточення. Для цього припуск на шліфування повинен бути мінімальним і шліфувальні бруски повинні бути досить твердими.
Якщо наприклад, використовуються бруски з м'яких абразивних матеріалів, то в процесі шліфування блоку циліндрів можливо також відхилення від ідеальної форми поверхні циліндра.

Товщина плівки масла при роботі двигуна є дуже маленькою, і оскільки циліндри і поршневі кільця виготовляються за сучасними технологіями, виробники двигунів намагаються домогтися все меншої витрати масла.
Тому товщина плівки стає все менше і менше. У цій ситуації особливе значення має якість обробки поверхні циліндра і створення при виготовленні і ремонті такої мікроструктури, яка найбільш близька до циліндра, вже приробили до поршневим кільцям.

Чи має поверхню циліндра заводську обробку, або цех ремонтував цю поверхню, це може бути зроблено тільки хонингованием.
Цей процес повинен бути двохстадійною.
На першій стадії на поверхні утворюються западини і виступи, і на другий видаляються деякі з виступів, щоб утворити ряд плоских плато, відокремлених регулярними роздільними западинами. Така обробка називається плосковершинной і застосовується зараз практично всіма виробниками двигунів.

Хороша плосковершінних обробка передбачає, що кут штрихування становить приблизно 60 °, з однаковими ризиками, нарізаними в обох напрямках. Зразок западини повинен бути чистим після різання, але без гострих кромок, і повинен бути вільним від рваного або деформованого матеріалу. Глибина і ширина западин повинні бути однорідними і регулярно роздільними, а плоска область плато повинна складати приблизно половину від двох третин повної поверхневої області, вільної від впроваджених частинок.

Ми наприклад, використовуємо при шліфуванні тільки алмазні пластини двох класів зернистості.

Особливі труднощі представляє розточування і шліфовка V- образних блоків.
Тут необхідна спеціальне оснащення, що дозволяє встановити блок так, щоб вісь циліндра була строго вертикальна, так як шпиндель верстата рухається тільки вгору-вниз.

Якщо дотримуватися описаної технології і якщо роботу виконує майстер своєї справи, отримуємо результат не гірше заводського. Будь-яка «економія» на тех.процессе призводить до того що результат виходить не блискучий, хоча недосвідчений клієнт може цього і не помітити відразу.