Когда необходима расточка блока цилиндров

Во время работы двигателя самые большие нагрузки от трения испытывают цилиндры и поршни двигателей. Это связано с тем, что этим деталям приходится работать в тяжелых условиях повышенных температур и повышенного давления.

Элементы поршней трутся о стенки цилиндров, вызывая тем самым постоянный износ. Причем этот износ может происходить неравномерно, и постепенно цилиндр начинает терять свою первоначальную форму. Но это вовсе не означает, что это изменение формы становится видно глазу.

Возможно Вас заинтересуют следующие услуги

Наши контактные данные: 8(343)200-88-83, 8(950)657-77-11, e-mail: 2008883@bk.ru

Для чего нужна расточка блока цилиндров?

Изменение формы можно определить, только используя специальные измерительные инструменты. Нужно понимать, что это только в теории поршень двигается в цилиндре по идеальной траектории. На самом деле это далеко не так. И чем больше отклонение от идеальной траектории, тем быстрее происходит изнашивание и цилиндров и поршней.

Неправильность траектории движения поршня связана со многими факторами, прежде всего, конструкционного характера. Например, это может быть несоосность и неперпендикулярность положения сопрягаемых деталей. Помимо этого на преждевременный износ влияют слишком большие допуски в размерах, которые дают возможность поршню двигаться не только параллельно оси цилиндра, но и с определенным отклонением по горизонтали.

И все это приводит к тому, что цилиндр постепенно теряет свою форму, причем это может происходить неравномерно. И со временем профиль цилиндра становится не идеально круглым, а эллипсовидным.

Помимо этого на стенки цилиндра действует высокая температура, и воздействуют продукты сгорания, которые постепенно разрушают стенки цилиндра и одновременно поверхность поршня. И, казалось бы, можно просто заменить поршень, и все станет нормально. Но этого не произойдет. Если геометрия нового поршня идеальная, то геометрия цилиндра уже нарушена, и никакая замена поршня без расточки блока цилиндров в этой ситуации не спасет.

Цилиндры должны подвергаться растачиванию, если они изношены. Но следует понимать, что не все цилиндры изнашиваются, несмотря на длительную эксплуатацию. Некоторые двигатели нормально доживают свой век без всякой расточки и ремонта.

Для того чтобы определить степень износа цилиндра используют систему оценки двух размерных параметров цилиндров:

• Первый параметр – это изменение первоначальных размеров на 0,05 мм в верхней мертвой точке. Но не самого поршня, а верхнего кольца поршня.
• Второй параметр – изменение размера на 0,03 мм в месте соприкосновения юбки поршня со стенкой цилиндра.

Т.е при изменении параметров на такие величины уже требуется ремонт. Но ситуация может быть еще хуже, когда в верхней части цилиндра возникает дефект в виде ступеньки. Именно эта ступенька ускоряет разбивание не только поршневых колец, но и посадочных мест на поршне под кольца. Возникают удары, причем, весьма ощутимые.

Двигатель начинает работать с сильными вибрациями. Помимо этого из-за возникшей эллипсности нарушается прилегание поршневых колец к стенкам цилиндра. А это чревато прорыву газов из цилиндра в картер, нарушается компрессия в двигателе, начинается существенный перерасход масла и топлива.

В конце концов, может сложиться так, что кольца просто разваливаются от постоянных ударных нагрузок. При этом стенки цилиндра повреждаются так, что никакая расточка не может устранить полученный дефект.

Расточка блока цилиндров нужна для того, чтобы восстановить геометрические параметры этой части двигателя. Но восстановление блока цилиндров касается не только самих геометрических параметров цилиндра, но и еще восстановления нормального положения сопрягаемых деталей относительно друг друга.

Т.е. если добиться только нормальной геометрии самого цилиндра, этого не будет хватать, чтобы восстановить нормальную соосность и нормальное расположение всех базовых поверхностей. А если базовые поверхности не будут располагаться соосно и параллельно, то цилиндры и дальше будут разбиваться по мере работы двигателя. И не только цилиндры.

Напряжение и избыточное трение, которое возникает при неправильной соосности, будет влиять и на другие узлы поршневой группы. Т.е. все подвижные детали, участвующие в процессе работы двигателя, входящие в поршневую группу, будут испытывать дополнительные нагрузки на изгиб, сжатие и т.д.

Как выполняется расточка блока цилиндров?

Операция по восстановлению нужного зазора между стенками цилиндра и поршнями не такая уж и сложная. Достаточно проточить на расточном станке цилиндр до нужного размера, и зазор получается сам собой. Потом останется лишь установить новый поршень.

Обычно для этих операций используют вертикально-расточной станок для расточки блока цилиндров. И правильность расточки зависит от состояния оборудования и квалификации станочника. Однако, это не сложная технологическая операция.

А вот для того, чтобы убрать эффект эллипса, придется повозиться. Восстановление формы цилиндра – вот самая сложная часть процесса. Причина в том, что выработка внутренних поверхностей цилиндра может быть самой разной в различных местах цилиндра. Поэтому перед тем как приступать к расточке, проводят несколько измерений при помощи микрометрических стрелочных приборов. И только после этого выносится решение, как именно нужно протачивать цилиндр, чтобы добиться нужной геометрии поверхности.

Помимо устранения эллипсности расточка блока цилиндров преследует цель убрать и конусность цилиндра. И этот параметр должен быть не более 0,01 мм. На всей длине цилиндра. Подобные операции с такой минимальной погрешность можно делать только на расточных станках, у которых точность проточки еще ниже, чем 0,01 мм.

Помимо этого при растачивании цилиндра должны выдерживаться высокие требования к получаемой чистоте обрабатываемых поверхностей. Чем чище будет обработана поверхность при расточке, тем меньше времени понадобится на притирку новых деталей.

Если чистота обработки будет недостаточной, возникнут проблемы с преждевременным износом колец поршня, с перерасходом масла, перерасходом топлива. Плюс ко всему увеличивается трение, особенно в процессе обкатки, это всегда связано с лишним количеством металлической пыли в масле.

Моторист-конструктор» или как правильно собрать двигатель? ч. 2

АЛЕКСАНДР ХРУЛЕВ, кандидат технических наук
СЕРГЕЙ СТАРЫХ

В прошлом номере журнала мы познакомили читателей с сервисным опытом немецкой фирмы Kolbenschmidt. Речь шла о технологии сборки коленчатого вала и подшипников двигателя. На очереди — сборка шатунно-поршневой группы.

Установить поршни с кольцами и шатунами в блок цилиндров — работа не сложная, времени занимает немного — час, от силы два. Однако простота такой работы только кажущаяся.

Не проверишь — не поедешь

Лакмусовой бумажкой, позволяющей отличить моториста-профессионала от дилетанта, является отношение к контрольно-измерительным операциям при сборке узла. И дело не только в том, что измерение геометрии каждой детали требует терпения и скрупулезности. Необходимо понимать смысл этих операций, а для этого моторист должен четко знать технологию ремонтных операций, не входящих непосредственно в процесс сборки двигателя, например, как шлифуют коленчатый вал или растачивают и хонингуют блок цилиндров.

Зачем, спросите? Ведь расточник по размеру поршней может сам определить диаметр цилиндров, а после обработки блока проконтролировать результат.

Действительно, может. Только ответственность за сборку, а значит, и за работу двигателя после ремонта несет моторист-механик. Так что делайте выводы, стоит ли тратить время на контрольные замеры, или ими можно пренебречь.

Это должен знать каждый

Как правило, специалист начинает сборку шатунно-поршневой группы с проверки блока цилиндров. И не случайно: блок цилиндров — основа всего двигателя. На него монтируется большинство моторных деталей и узлов. Брак, допущенный при ремонте цилиндров, может существенно затормозить процесс сборки двигателя.

Как известно, изношенные цилиндры растачивают и хонингуют в увеличенный (ремонтный) размер. При этом, помимо необходимой точности размеров, обязательным являются определенная микроструктура и рельеф поверхности цилиндров. Об этом нередко забывают, а зря. Идеальный с точки зрения геометрии цилиндр склонен к ускоренному износу при нарушении технологии хонингования или использовании несоответствующего инструмента. Та же участь уготована и другим деталям ЦПГ — в первую очередь поршневым кольцам.

Растачивание цилиндров обычно выполняют на вертикально-расточном станке. При этом необходимо обеспечить перпендикулярность поверхности цилиндра к оси постелей коленчатого вала. Особое внимание уделяется окончательному размеру после расточки. Величина припуска под хонингование должна быть не менее 0,0,08 мм. Дело в том, что при растачивании резец деформирует поверхность металла, завальцовывая графитовые зерна, содержащиеся в чугуне (графит, выходящий на поверхность, обеспечивает низкое трение поршневых колец и, соответственно, малый износ колец и самих цилиндров). Если припуск окажется слишком малым, то после хонингования графитовые зерна не вскроются.

Препятствовать открытию зерен графита могут и неправильно выбранные режимы хонингования, условия подачи смазки в зону хонингования, тип смазывающего материала.

Хонингование цилиндров выполняют на вертикально-хонинговальных станках. Суть этой операции вовсе не в заглаживании рисок от резца, как ошибочно полагают некоторые механики. При хонинговании за счет вращения и возвратно-поступательного движения головки с абразивными брусками на поверхности цилиндров намеренно создается шероховатость в виде сетки рисок определенной глубины, способных удерживать масло и тем самым смазывать поршневые кольца и поршни.

Очень важен угол хонингования — угол между рисками, образованными при поступательном движении головки. Оптимальные значения угла хонингования — 80o, что обеспечивается правильным подбором соотношения частоты вращения и скорости возвратно-поступательного движения хонголовки. При малом угле не удается добиться нужного профиля поверхности, что ведет к полусухому трению и возрастанию износа деталей. Большие углы обычно дают увеличение расхода масла.

Для получения необходимого микропрофиля поверхности, а именно сравнительно глубоких впадин и сглаженных выступов, хонингование выполняется в несколько операций (переходов). Черновое хонингование выполняют абразивными брусками с зернистостью 150, съем металла составляет около 0,06 мм. Далее следует чистовое хонингование брусками с зернистостью 280 (съем приблизительно 0,02 мм). И, наконец, отделочное хонингование брусками зернистостью 600 со съемом менее 0,005 мм (так называемое платохонингование).

Именно такая технология обеспечивает сглаживание выступов, фактически приближая профиль поверхности к той, какая будет после приработки деталей. В последние годы финишные операции хонингования стали заменять обработкой поверхности с помощью специальных абразивных щеток, дополнительно заглаживающих заусеницы на краях впадин (рисок).

Как проверить блок цилиндров?

Качество ремонта поверхности цилиндров (например, микропрофиль поверхности и выход графита на ней) в условиях авторемонтного предприятия проверить проблематично — для этого требуется специальное дорогостоящее оборудование (включая специальный прибор для определения шероховатости и микропрофиля поверхности). Поэтому ремонт цилиндров обычно осуществляется в специализированных мастерских, располагающих соответствующим оборудованием. А задача автосервиса — проверить размеры цилиндров на соответствие нормативным требованиям.

Начиная сборку шатунно-поршневой группы, моторист обязан проверить геометрические размеры — диаметр цилиндра в трех поясах (верхней, средней и нижней части цилиндров), причем в двух направлениях — продольном (вдоль оси коленвала) и поперечном. Измерения проводятся при помощи нутрометра. Все погрешности, включая любые отклонения формы, должны укладываться в допуск 0,0,018 мм в зависимости от величины диаметра цилиндра.

Для блоков с установленными в нем гильзами требуется еще ряд проверок. Верхняя плоскость бурта гильз должна выступать над плоскостью блока на 0,0,1 мм для «мокрых» и 0,1 мм для «сухих» гильз. Кроме того, опорные поверхности бурта на гильзе и выточки в блоке должны быть плоскопараллельны, а фаска на выточке должна быть больше, чем радиус перехода от бурта к цилиндрической части на гильзе (в противном случае гильза может треснуть). «Мокрые» гильзы, помимо этого, должны легко вставляться в свои гнезда на блоке (поверхность гнезд необходимо предварительно хорошо очистить). «Сухие» гильзы, напротив, запрессовываются в блок с натягом около 0,05 мм, причем поверхности сопряжения гильзы и блока должны быть гладкими, чтобы обеспечить хороший тепловой контакт и герметичность.

Верхний край цилиндров после ремонта может быть острым, что затрудняет установку поршней с кольцами и даже может спровоцировать поломку колец. Поэтому этот край следует обязательно притупить, сделав с помощью шабера небольшую фаску.

После всех проверок следует убедиться, что блок чистый, а на поверхности цилиндров не осталось грязи и абразивных частиц. Последние особенно опасны — плохо промытый после хонингования блок цилиндров не «проедет» и половины своего ресурса. Эффективные способы мойки цилиндров — ультразвук, керосин, масло, содовые растворы и специальные моющие средства. Бензин применять нельзя — абразив он не удаляет, зато весьма пожароопасен.

Как проверить поршень и шатун?

При сборке требуется правильно измерить размер юбки поршня, чтобы определить рабочий зазор поршня в цилиндре. Для этого используют микрометр или более точный прибор — измерительную скобу.

У подавляющего большинства поршней иностранного производства (поставляемых производителями комплектующих для двигателей) размер поршня выбит на днище, причем нередко указывается и минимально допустимый зазор поршня в цилиндре. Так что задача моториста — проверить, насколько замеры соответствуют нормативам (проверка обязательна, поскольку иногда встречаются отклонения). Отечественные поршни требуется проверять «с пристрастием» — разброс размеров в одном комплекте может оказаться весьма значительным.

Разница между диаметром цилиндра и размером поршня составляет искомый зазор: практика показала, что оптимальной является величина зазора, превышающая минимально допустимое значение на 0,0,02 мм.

Иная ситуация с поршнями, имеющими антифрикционное графитовое покрытие юбки (оно имеет характерный черный цвет). Если у поршня покрытие сплошное, то истинный размер юбки будет меньше измеренного на толщину слоя покрытия 0,0,02 мм. Поршни с покрытием, нанесенным трафаретным способом, замеряются в специальных точках, где графитовый слой отсутствует.

Сборка поршней с шатунами выполняется различными способами в зависимости от того, какой тип пальцев используется. «Плавающий» палец входит в отверстие бобышки поршня «от руки». Важно только не перепутать направление установки деталей и не забыть смазать палец маслом. Далее следует установить в канавки новые стопорные кольца, причем их стыки должны быть ориентированы в направлении движения поршней, иначе кольцо может выскочить из канавки при работе двигателя. По этой же причине нельзя использовать стопорные кольца, бывшие в употреблении.

У некоторых старых отечественных двигателей посадка пальца в поршне может быть слишком плотной. Использовать молоток для «заколачивания» пальцев нельзя, достаточно прогреть поршни до 80oС, и пальцы войдут «от руки».

В конструкциях с фиксированным пальцем сборка сложнее. Во-первых, необходима оправка, обеспечивающая точную установку пальца по середине поршня. Кроме того, шатун следует нагреть в муфельной печи или в крайнем случае на электроплите до 320oС, чтобы палец свободно вошел в отверстие его верхней головки. Ни в коем случае нельзя использовать открытое пламя для нагрева шатуна, а также «забивать» палец молотком, что иногда практикуется в некоторых мастерских.

Проверка поршневых колец

Бывает, что производители поставляют поршни без поршневых колец. Учитывая большое количество модификаций, которые имеют некоторые двигатели, желательно проверить высоту и радиальную ширину поршневых колец на предмет их соответствия канавкам поршней.

Зазор между торцами кольца и канавки можно определить различными способами, но проще всего установить кольцо в канавку и воспользоваться набором щупов. Торцевой зазор должен составлять в среднем 0,0,1 мм. Если зазор оказывается свыше 0,12 мм, то это означает, что кольцо или канавка поршня имеют недопустимые отклонения размеров.

Не менее важно проверить зазор в замках колец, для чего кольца поочередно устанавливают в верхнюю часть цилиндра. Зазор в замке замеряют с помощью набора щупов. Он составляет в среднем 0,0,6 мм.

Установка колец на поршень

Это простая, но ответственная операция — неаккуратность может привести к поломке кольца (чаще всего ломаются средние кольца) или значительному росту расхода масла у отремонтированного двигателя (если нарушить ориентировку колец).

На верхних кольцах направление сборки обычно обозначается словом ТОР (вершина). Стороной с этой надписью кольцо должно быть обращено к днищу поршня. Средние кольца скребкового типа монтируются скребком вниз. У колец с фаской на внутренней поверхности фаска чаще всего обращена вверх.

При установке колец особое внимание следует обращать на наборные маслосъемные кольца с двухфункциональным пружинным расширителем — важно, чтобы при монтаже дисков кольца звенья расширителя у стыка не встали внахлест.

Среднее и верхнее кольца устанавливают на поршень после монтажа маслосъемного. Для того чтобы не сломать и не деформировать кольца, желательно пользоваться специальными клещами. После установки колец необходимо проверять легкость их вращения в канавках.

Установка поршней в блок цилиндров

Прежде чем начинать этот этап сборки, следует установить кольца так, чтобы их замки располагались под углом 120o. При этом стык пружины коробчатого маслосъемного кольца должен быть развернут на 180o относительно замка самого кольца, а стык расширителя — на 120o относительно замков дисков наборного кольца.

Поверхность цилиндра, юбки поршней, кольца и шатунные вкладыши смазывают маслом, после чего кольца обжимают с помощью специальной оправки — ленточной или конической. Устанавливая поршни с шатунами в цилиндр, следует проверить направление сборки (обычно на поршнях иностранного производства ставится стрелка, указывающая на передний носок коленвала). Далее поршни проталкиваются в цилиндр легкими ударами рукоятки молотка. При этом надо следить, чтобы поршень продвигался без усилий, иначе можно сломать кольца (чаще всего ошибки на этой операции приводят к поломке коробчатого маслосъемного кольца или недопустимой деформации дисков наборного кольца).

После затягивания болтов крышек шатунов обязательно контролируется величина выступания днища поршней над верхней плоскостью блока (при положении поршней в ВМТ). Это значение определяется заводом-изготовителем двигателя. Если таких данных нет, то, с учетом толщины прокладки, зазор между поршнем и головкой блока не должен быть меньше 1 мм.

На этом сборка шатунно-поршневой группы закончена. Однако деталям ЦПГ еще предстоит обкатка на пониженных оборотах и нагрузках. При этом детали взаимно прирабатываются, загрязняя масло частицами износа, вследствие чего первую замену масла и масляного фильтра проводят не позднее, чем через 500 км пробега после ремонта.

Допуски на диаметр цилиндра