что значит ремонтные поршни
Дефектовка поршня
Дефектовка — определение причин поломки мотора по состоянию его деталей. Глубоко заблуждаются те, кто считает, что перебирать старые железки просто бессмысленно, выкинем их и поставим новые. Такой подход моториста к работе нередко приводит к тому, что отремонтированный мотор снова ломается, не проехав и пары сотен километров. А всё потому, что при ремонте моторист устранил только последствия, не выявив Причины «болезни».
В поршневом двигателе внутреннего сгорания, как видно из названия, поршни стоят самыми первыми в цепочке деталей и узлов, которые превращают энергию сгорания в механическую работу. Их роль в исправной работе двигателя чрезвычайно важна, поэтому именно с поршней мы и начнем дефектовку двигателя.
На него действуют механические нагрузки от давления газов и сил инерции, высокие тепловые нагрузки в периоды непосредственного соприкосновения его с горячими газами при сгорании топлива и расширении продуктов сгорания. Дополнительно поршень нагревается от трения о стенки цилиндра.
Поршни двигателей внутреннего сгорания должны иметь достаточную прочность, жесткость при незначительной массе (для уменьшения сил инерции), обладать высокой теплопроводностью и износостойкостью. В современных двигателях наибольшее распространение получили поршни из алюминиевых сплавов. Такие материалы по большинству своих параметров удовлетворяют требованиям, предъявляемым к поршням. Но одним из недостатков алюминиевых сплавов является их низкая тепловая стойкость (повышение температуры до 300 °C приводит к снижению механической прочности алюминия на 50-55 %)
Внимательно осмотрите поршни для определения их износа.
Дефект 1. Повреждения верхней части поршня
Слишком высокая температура сгорания.
Отсутствие охлаждения поршня через масляные каналы в нём.
Действия:
Проверьте систему питания и при необходимости отрегулируйте. Прочистите масляные каналы. При наличии сильных повреждений замените поршни на новые.
Дефект 2. Местные задиры на поршне
Недостаток смазки в паре «поршень-цилиндр».
Повышенная температура поверхности цилиндра.
Деформация цилиндра.
Действия:
Замените повреждённые детали на новые. Проверьте смазку и правильность работы системы смазки (масляный насос, фильтр и т.п.).
Дефект 3. Радиальные трещины в камере сгорания
Воздействие чрезмерно высокой температуры на днище поршня — результат перегрузки двигателя.
Действия:
Замените повреждённые детали на новые.
Дефект 4. Эрозия и выжженные места на днище поршня (для дизеля)
Неправильное опережение впрыска.
Повреждение, подтекание форсунок, неправильно установленные форсунки.
Действия:
Проверьте и отрегулируйте систему впрыска топлива. Проверьте цилиндр на наличие повреждений. Замените повреждённый поршень.
Дефект 5. Эрозия «юбки» поршня в области отверстия под палец
Неправильная установка стопорных колец или старые стопорные кольца, в результате чего они выпали, и поршневой палец торцевой стороной контактировал с цилиндром.
Поломка стопорных колец — как результат несоосности поршневого пальца и коленчатого вала, погнутого шатуна, из-за конусности шеек коленчатого вала или большого осевого смещения коленвала.
Действия:
Устраните повреждения цилиндра двигателя. Проверьте соосность поршневого пальца и коленчатого вала, устраните осевой зазор на коленвале. При замене поршней убедитесь, что стопорные кольца установлены правильно.
Дефект 6. Задиры поршня с серьёзными повреждениями в нижней части «юбки»
Недостаток смазки.
Недостаточный зазор между поршнем или цилиндром.
Деформация гильзы.
Общий перегрев двигателя.
Недостаточная циркуляция охлаждающей жидкости (местный перегрев).
Действия:
Проверьте цилиндры и систему охлаждения. Замените повреждённые детали, устраните неисправности.
Дефект 7. Разрушение перемычек между канавками колец
Использование топлива с низким октановым числом.
Высокое давление сгорания — результат неправильной регулировки впрыска или использования при запуске двигателя аэрозолей, увеличивающих степень сжатия.
Действия:
Замените поршень и кольца. Проверьте регулировки.
Дефект 8. Износ канавок под поршневые кольца
Дефекты могут быть и не столь ярковыраженными, поэтому в обязательном порядке прочистите канавки под поршневые кольца и оцените их износ. Сделать это можно следующим способом. Возьмите новый комплект поршневых колец либо калибр подходящей толщины. Кольцо вставляем в соответствующую канавку и с помощью щупа проверяем зазор между поршнем и кольцом.
Допустимый зазор — не более 0,15 мм. Если зазор больше — поршень отбраковывают, даже если по прочим пунктам проверки он вас устроил. Больший зазор говорит о полной выработке ресурса и необходимости полноценного ремонта двигателя. Если по всем вышеизложенным параметрам поршень пригоден к дальнейшей эксплуатации, необходимо провести диагностику блока. Практика показывает, что очень часто при вполне исправных поршнях блок может иметь сильный износ, и наоборот — «смерть» поршня не означает «смерть» блока.
Ремонт поршней ДВС: как распознать и устранить неисправности деталей двигателя?
Цилиндро-поршневая группа (ЦПГ), включающая в себя поршень с компрессионными и маслосъемными кольцами, а также гильзу цилиндра, является одной из важнейших рабочих систем двигателя внутреннего сгорания.
Работая в условиях высоких температур и нагрузок, поршни и цилиндры подвергаются усиленному износу. Он проявляется возникновением большого количества задиров на рабочих поверхностях поршней, их прогаром, растрескиванием, заеданием и прочими проблемами.
Рассмотрим основные виды износа поршней, его причины и способы профилактики.
Причины повреждения поршней
Энергия, толкающая поршень вниз, образуется в результате сгорания топливно-воздушной смеси. Процесс происходит при очень высоких температурах и нагрузках. В результате поршень нагревается и увеличивается в размерах. При этом заклинивания детали в гильзе цилиндра не происходит из-за ее конструктивных особенностей: диаметр нижней части поршня (юбки) немного больше диаметра его головки. Однако юбка повергается меньшему нагреву, поэтому расширяется не так интенсивно – в результате поршень приобретает правильную цилиндрическую форму и возможность свободно перемещаться внутри цилиндра.
Для снижения термонапряженности необходимо отводить тепло от днища поршня. Делается это с помощью отверстий в стенах цилиндра, подведения достаточного количества моторного масла, использования накладок на днище из жароупорного чугуна.
При масляном голодании поршни постоянно перегреваются, увеличиваются в размерах и испытывают повышенное трение о стенки цилиндров. В результате на взаимодействующих поверхностях появляются задиры и трещины, поршни могут начать заедать, что очень опасно для двигателя.
Причинами нарушения циркуляции масла и перегрева поршней зачастую являются:
Недостаточность смазки при диагностике двигателя можно определить по синеватому цвету поршневого пальца и зазорам в зоне бобышек.
Подобные неисправности могут появляться не только из-за общего перегрева двигателя, но и по причине использования низкооктанового топлива и неисправностей в системе зажигания (нарушениях регулировки топливных форсунок и т.д.).
Чрезмерно высокая температура в ЦПГ может привести к разрушению поршневых колец и их канавок, оплавлению днищ и даже детонации поршней.
Именно поэтому необходимо следить за тем, чтобы двигатель не перегревался: если датчик на приборной панели показывает свыше +120 °С, автомобиль нужно сразу глушить.
Виды износа поршней
Необходимость ремонта или замены деталей ЦПГ определяется по состоянию поршней, колец и их посадочных мест.
Меры по предупреждению выхода двигателя из строя следует принимать в случае:
Залегание колец вызывается отложениями продуктов сгорания, которые забивают поршневые канавки. Кольца застревают и перестают прилегать к стенкам цилиндров, в результате чего в камере сгорания не создается нужной компрессии, двигатель теряет свою мощность, запускается с трудом и «ест» много масла.
Вернуть подвижность кольцам можно путем удаления отложений в канавках механическим или химическим способом (с помощью растворителей). Если решить проблему не получается, кольца подлежат замене.
Изношенные канавки протачиваются на токарном станке при помощи кольца, наружный диметр которого соответствует диаметру внутреннего центрирующего пояска поршня. Это позволит установить ремонтные кольца большей высоты.
Износ отверстий в бобышках устраняется путем увеличения их диаметра (развертки). Для этого используется специальная отвертка с направляющим хвостовиком. Короткие развертки использовать нельзя во избежание нарушения перпендикулярности осей пальца и поршня. Проверка положения осей проводится после операции развертывания на специальном устройстве. Поршень надевается на его палец и придвигается вплотную к стойке – так, чтобы деталь соприкасалась со штифтом индикатора. Стрелка индикатора покажет определенное отклонение, которое необходимо зафиксировать. Далее поршень надевается на палец другой стороной, проводятся те же измерения. Полученные величины сравниваются, и, если их разница превышает 0,05 мм, поршень забраковывается.
Нагар с днища поршня удаляется с помощью очистителя (без разборки двигателя) или механическим путем – в случае, если поршень уже демонтирован. При этом слишком острые предметы использовать не рекомендуется, оптимальный вариант – тупой металлический скребок или щетка.
Визуально определить присутствие трещин на поршне иногда довольно сложно из-за следов нагара и масляных загрязнений. Проще взять деталь за головку и нанести по ней легкие удары металлическим предметом. Глухой и дребезжащий звук будет свидетельствовать о наличии трещин.
Поршни с глубокими царапинами, трещинами и сильным диаметральным износом не ремонтируются, а подлежат замене.
При осмотре некоторых поршней можно заметить на их юбках темное защитное покрытие. Некоторые заводы наносят такое в целях защиты поршней от задиров и преждевременного износа. Если такое покрытие в процессе эксплуатации двигателя было повреждено, крайне желательно восстановить его, тем более что антифрикционные материалы теперь доступны и для частного применения.
Современные покрытия для поршней не только снижают коэффициент трения, но и способствуют дополнительному охлаждению сопряженных поверхностей.
Рассмотрим технологию нанесения антифрикционного покрытия (АФП) на примере наиболее доступного и эффективного состава MODENGY Для деталей ДВС. Дополнительным плюсом этого материала является аэрозольная фасовка, позволяющая равномерно наносить покрытие без использования специального инструмента.
Перед использованием АФП юбки поршня очищается от прочно сцепленных загрязнений механическим путем. Затем на поршень надевается трафарет – это позволяет защитить те участки детали, на которые попадание состава нежелательно.
Чтобы обеспечить покрытию хорошую адгезию и максимально долгий срок службы, поверхность юбки заливается Специальным очистителем-активатором MODENGY, который испаряется через 15 минут, оставляя поверхность полностью подготовленной.
Баллон с покрытием тщательно встряхивается, средство наносится с расстояния 20-30 см быстрыми повторяющимися движениями. Уже через 10 минут слой покрытия приобретает матовый оттенок и позволяет нанести еще один в случае необходимости. Общая толщина защитной пленки должна составлять 10-20 мкм.
Покрытие MODENGY Для деталей ДВС полностью отверждается за 12 часов при комнатной температуре. В это время перемещать обработанные поршни не рекомендуется.
Видеоинструкцию по нанесению покрытия можно посмотреть здесь.
Подбор ремонтных поршней
Новый поршень подбирается к заранее расточенному цилиндру с соблюдением расчетного зазора. Для новых деталей он составляет от 0,025 до 0,045 мм.
Зазор определяется путем измерения диаметра поршня и цилиндра с помощью микрометра и нутромера соответственно. Цилиндр замеряется в четырех поясах и двух перпендикулярных плоскостях.
Далее подбор осуществляется на основании специальной таблицы, в которой указаны номинальные размеры цилиндров и поршней. По диаметру ремонтные поршни делятся на 5 классов, обозначенных буквами А, B, C, D, E (с разницей в 0,01 мм).
Информация о классе поршня обычно нанесена в виде маркировки на его днище.
Проверить, правильно ли подобран поршень, легко опытным путем: деталь должна плавно перемещаться в установленном вертикально цилиндре под тяжестью собственного веса.
Вместе с изношенными поршнями замене подлежат и поршневые кольца. Их ремонтный размер должен соответствовать размерам цилиндра и поршня.
Чтобы подобрать кольцо по цилиндру, его нужно поместить в гильзу, выровнять поршнем и при помощи щупа замерить зазор в стыке. Если он отсутствует или недостаточен, стык увеличивается напильником. Слишком большой зазор указывает на непригодность кольца для данного цилиндра.
Для подбора по поршню кольцо «прокатывается» по канавке. Если зазор слишком мал и кольцо заедает, его торцевую часть можно отшлифовать при помощи наждачной бумаги.
Напоминалка для тех, кто самолично перебирает двигатель ВАЗ 2108-2112
После разборки двигателя тщательно очистите, промойте и просушите все детали.
1. Очистите головку поршня от нагара. Если на поршне есть задиры, следы прогара, глубокие царапины, трещины, замените поршень. Прочистите канавки под поршневые кольца. Это удобно делать обломком старого поршневого кольца.
2. Прочистите отверстия для стока масла подходящим куском проволоки.
3. Проверьте зазоры между кольцами и канавками на поршне.
Номинальный зазор поршневых колец, мм:
верхнее компрессионное кольцо 1 — 0,04-0,075;
нижнее компрессионное кольцо 2 — 0,03-0,065;
маслосъемное кольцо 3 — 0,02-0,055.
Предельно допустимый зазор для всех поршневых колец — 0,15 мм.
4. Наиболее точно зазоры поршневых колец можно определить промером колец и канавок на поршне. Для этого замерьте микрометром толщину поршневого кольца в нескольких местах по окружности, затем…
5. …с помощью набора щупов измерьте ширину канавок также в нескольких местах по окружности. Вычислите средние значения зазоров (разница между толщиной поршневого кольца и шириной канавки). Если хотя бы один из зазоров превышает предельно допустимый, замените поршень с кольцами.
8. Если зазор меньше 0,25 мм, аккуратно сточите надфилем торцы поршневого кольца.
9. Проверьте зазоры между поршнями и цилиндрами. Зазор между поршнями и цилиндрами определяется как разность между замеренными диаметрами поршня и цилиндра. Номинальный зазор между поршнями и цилиндрами равен 0,025-0,045 мм, предельно допустимый — 0,15 мм. Если зазор между поршнями и цилиндрами не превышает 0,15 мм, можно подобрать поршни из последующих классов, чтобы зазор между поршнями и цилиндрами был как можно ближе к номинальному. Если зазор между поршнями и цилиндрами превышает 0,15 мм, расточите цилиндры под следующий ремонтный размер и установите поршни соответствующего ремонтного размера. Измерьте диаметр поршня на расстоянии 55 мм от его днища в плоскости, перпендикулярной поршневому пальцу.
Рис. 4.9. Места измерения зазоров цилиндра
10. Затем измерьте диаметры цилиндра в двух перпендикулярных плоскостях (см. рис. 4.9.) (вдоль В и поперек А блока цилиндров) и в четырех поясах (1, 2, 3 и 4). Для этого необходим специальный прибор — нутромер.
11. При замене деталей шатунно-поршневой группы необходимо подобрать поршни к цилиндрам по классу и одной группы по массе, а также поршневые пальцы к поршням по классу и шатуны по массе. Для подбора поршней к цилиндрам вычислите зазор между ними.
Для удобства подбора поршней к цилиндрам цилиндры и поршни в зависимости от диаметров делят на пять классов: А, В, С, D, Е (табл. 4.1).
В запасные части поставляются поршни номинального размера трех классов А, С, Е и двух ремонтных размеров. Первый ремонтный — увеличенный на 0,4 мм, второй — на 0,8 мм.
По массе поршни разбиты на три группы: нормальную, увеличенную на 5 г и уменьшенную на 5 г. На двигателе автомобилей ваз 2108, ваз 2109, ваз 21099 должны устанавливаться поршни одной группы. Для поршней ремонтных размеров в запчасти поставляются кольца ремонтных размеров, увеличенных на 0,4 мм и на 0,8 мм. На кольцах первого ремонтного размера выбито число «40», на кольцах второго ремонтного размера — «80».
Таблица 4.1 Номинальные размеры цилиндров и поршней
Класс Диаметр, мм
цилиндра поршня
А 82,00-82,01 82,00-82,01
В 82,01-82,02 82,01-82,02
С 82,02-82,03 82,02-82,03
D 82,03-82,04 82,03-82,04
Е 82,04-82,05 82,04-82,05
12. На блоке цилиндров группа цилиндров выбивается на нижней плоскости блока (привалочная плоскость под масляный картер) напротив каждого цилиндра. 13. На днище поршня выбиваются следующие данные:
1 — класс поршня по отверстию под поршневой палец;
2 — класс поршня по диаметру;
3 — стрелка, показывающая направление установки поршня;
4 — ремонтный размер (1-й ремонтный — треугольник, 2-й ремонтный — квадрат);
5 — группа по массе (нормальная «Г», увеличенная на 5 г «+», уменьшенная на 5 г «-»).
14. Поршневые пальцы с трещинами замените. Поршневой палец должен легко входить в поршень от усилия большого пальца руки. Вставьте поршневой палец в поршень. Если при покачивании поршневого пальца ощущается люфт, замените поршень. При замене поршня подберите к нему поршневой палец по классу
Таблица 4.2 Классы поршневых пальцев, поршней и шатунов
Размерная группа Модель двигателя ВАЗ 2108
Диаметр цилиндра, мм Диаметр поршня, мм
А 76,00-76,01 75,965-75,975
В 76,01-76,02 75,975-75,985
С 76,02-76,03 75,985-75,995
D 76,03-76,04 75,995-75,005
Е 76,04-76,05 75,005-75,015
Размерная группа Модель двигателя ВАЗ 21083
Диаметр цилиндра, мм Диаметр поршня, мм
А 82,00-82,01 81,965-81,975
В 82,01-82,02 81,975-81,985
С 82,02-82,03 81,985-81,995
D 82,03-82,04 81,995-82,005
Е 82,04-82,05 82,005-82,015
(табл. 4.2). Поршневые пальцы разбиты по диаметру на три класса (1-, 2-, 3-й) через 0,004 мм. Класс поршневого пальца маркируется на его торце краской. Класс поршня по пальцу выбивается на днище поршня, класс шатуна по пальцу — на крышке шатуна.
15. Замените сломанные поршневые кольца и расширитель маслосъемного кольца.
16. Замените сломанные или треснувшие стопорные кольца, удерживающие поршневой палец. Концы стопорных колец должны находиться в одной плоскости. Погнутые кольца замените.
17. Замените погнутые шатуны. Замените шатун, если во втулке 1 верхней головки есть задиры и глубокие царапины. Замените шатун, если при разборке двигателя было обнаружено, что шатунные вкладыши провернулись в шатуне.
ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ
Шатуны обрабатывают совместно с крышками, поэтому их нельзя разукомплектовывать.
18. Вставьте поршневой палец в верхнюю головку шатуна. Если при покачивании поршенвого пальца ощущается люфт, замените шатун. Шатуны в сборе с крышками по массе верхней и нижней головки разделены на классы (табл. 4.3).
Таблица 4.3 Класс шатуна по массе верхней и нижней головки
Масса головок шатуна, г Маркировка
верхний нижний буквой краской
184+2 489±3 Ф Красный
495+3 Л Зеленый
501±3 Б
188+2 489+3 X
495±3 М
501+3 В
192+2 489±3 Ц
495±3 Н
501+3 Г Голубой
19. В двигателе автомобилей ваз 2108, ваз 2109, ваз 21099 должны устанавливаться шатуны одного класса. Маркировка шатуна наносится на крышке шатуна: 1 — класс шатуна по массе (буква или краска), 2 — класс шатуна по поршневому пальцу.
20. Если на поверхностях, по которым работают сальники, есть глубокие риски, царапины, забоины, коленвал необходимо заменить.
22. Если на коренных и шатунных шейках коленвала 1 есть незначительные задиры, риски, царапины, нужно прошлифовать шейки коленвала до ближайшего ремонтного размера. Работу по шлифовке шеек коленвала рекомендуется выполнять в специализированной мастерской. После отполируйте шейки коленвала и притупите острые кромки фасок масляных каналов 2 абразивным конусом. Промойте коленвал и продуйте сжатым воздухом масляные каналы. Овальность и конусность всех шеек коленвала после шлифовки не должна превышать 0,005 мм. После шлифовки шеек коленвала установите вкладыши ремонтных размеров. 23. Если на рабочих поверхностях упорных полуколец есть задиры, риски и отслоения, замените полукольца. На полукольцах запрещается проводить любые подгоночные работы.
24. Измерьте осевой зазор коленвала. Для этого установите коленвал и упорные полукольца в блок цилиндров и затяните болты крепления крышек коренных подшипников (см. «Сборка двигателя»).
29. Тщательно прочистите и промойте масляные каналы коленвала.
30. Не рекомендуется выпрессовывать заглушки самостоятельно, для этого обратитесь в специализированную мастерскую.
31. Тщательно очистите поверхности блока цилиндров от остатков старых уплотнительных прокладок. Внимательно осмотрите блок. Если обнаружите трещины, блок надо заменить в сборе с крышками коренных подшипников.
32. Проверьте герметичность рубашки охлаждения блока цилиндров. Для этого заглушите отверстие под водяной насос (установив водяной насос с прокладкой) и залейте Тосол-А40 в рубашку охлаждения. Если в каком-нибудь месте заметна течь, значит, блок цилиндров негерметичен и блок цилиндров надо заменить.
33. Осмотрите цилиндры. Если на зеркале цилиндров есть царапины, задиры, раковины и пр., расточите цилиндры под ремонтный размер (эту работу рекомендуется выполнять в специализированной мастерской) или замените блок цилиндров. При различных дефектах глубиной более 0,8 мм блок цилиндров ремонту не подлежит и блок цилиндров надо заменить.
34. Очистите нагар в верхней части цилиндров. Если там образовался поясок вследствие износа цилиндров, снимите его шабером. Проверьте износ цилиндров, замерив диаметры цилиндров.
Одноразовые, но не совсем: способы капремонта современных моторов (13 фото + 3 видео)
Тенденции современного автомобилестроения таковы, что классические чугунные блоки под несколько ремонтных размеров поршней уже стали исчезающим видом, куда чаще двигатели являются «одноразовыми». Нет ремонтных размеров цилиндропоршневой группы, нет ремонтных размеров вкладышей коленчатого вала.
Что может произойти с таким мотором и что делать, если он всё же сломался, а заменить на новый агрегат – не вариант из-за слишком высокой цены? Моторы бывают разные, но почти всегда можно найти альтернативный путь и вернуть его к жизни. Другой вопрос, имеет ли это смысл с точки зрения финансовой?
Алюминиевые блоки с чугунными гильзами
Самый простой вариант – «обычный» мотор с чугунными гильзами, а иногда даже и с блоком из того же чугуна, но не имеющий ремонтных размеров поршневой группы и коленчатого вала.
А кстати, почему? Существует «теория заговора», согласно которой производители специально ограничивают выпуск деталей для ремонта, лишь бы потребитель косяком шел в салоны за новыми машинами. Но если это и правда, то отчасти. Дело в том, что многие современные чугунные моторы по стойкости к выработке – не чета старым.
Вследствие прогресса в материалах чугунная гильза по износостойкости вплотную приблизилась к весьма недешевым технологиям с применением алюсила и никасила, о которых подробно расскажем ниже.
Естественный износ чугуна, по сути, остался в прошлом. Зачастую естественная выработка цилиндра при пробеге свыше трехсот тысяч километров оказывается минимальной. А если износ меньше глубины хонингования (две-три сотые доли миллиметра), то нет и нужды в расточке.
Разумеется, для производителя это хороший повод отказаться от ремонтных размеров и выпускать только несколько градаций «номинальных» поршней и колец. Но, к сожалению, износ бывает не только естественным. При залегании поршневых колец, попадании абразива в цилиндры, перегревах, детонации или других неприятностях с мотором могут выйти из строя один или все цилиндры.
На них появляются задиры, эллипсность или даже кольцевая выработка, возможны и нарушения геометрии шатунно-поршневой группы. Если бы была возможна расточка, то проблема решалась бы просто переточкой в новый размер, дефекты такого рода обычно при этом удаляются без проблем. Но точить-то нельзя! Попросту нет в продаже поршней нового размера, а если проблемы с коленчатым валом, то и его точить тоже нельзя – нет вкладышей.
Способ ремонта №1: покупка шот-блока
Значит, моторы все же одноразовые? Отнюдь. Решить проблему такого мотора можно несколькими способами. Первый из них – штатный, рекомендуемый производителем. И зачастую, кстати, не самый плохой. Это покупка так называемого шот-блока, то есть блока цилиндров в сборе с поршнями и коленчатым валом. Поставить на него головки блоков, картер, навесное оборудование – и мотор готов.
Обычно минусом такого решения является цена, но если вспомнить, что оригинальные поршни обычно тоже стоят недешево, да и работа стоит немало, то… Вопрос, как всегда, в цене на конкретные экземпляры. Например, известные моторы Opel Z22SE или Saab B207 как продукция компании GM имеют большой выбор шот-блоков, причем далеко не только от производителя. Цена их в США очень приятная – от полутора тысяч долларов. За две с половиной можно приобрести тюнинговый усиленный блок со строкер-китом на 2.5 – 2.7 литра или рассчитанный под большее давление наддува и солидный крутящий момент. А вот на немолодые Тойоты шот-блок обойдется минимум в три с половиной тысячи. При этом изрядная часть моторов большого объема имеет шот-блоки ценой около пяти тысяч. И тут уже придется задуматься об альтернативе простой замены.
Способ ремонта №2: гильзование блока цилиндров и «родные» поршни
Гильзы делаются, как говорится, «в номинал», то есть того же размера, что и в оригинале. Если удачно подобрать материал гильзы и точность «натяга», то разве что немного пострадает теплопередача, ведь «родная» гильза именно залита в расплавленный металл, а ремонтная, в зависимости от способа посадки, может как почти не иметь монтажного зазора, так и сохранять зазор от одной до трех сотых.
Дальше всё зависит от точности мехобработки и от качества сборки. Оригинальная поршневая группа номинального размера прекрасно будет работать в таком моторе. Можно гильзовать только поврежденный цилиндр и тем самым уменьшить цену работ. Многое зависит от мастерства исполнителей работ, но если в вашем городе есть точные станки, то это сравнительно недорогой способ восстановления мотора.
Но помните, что при тепловой обработке блока цилиндров возможны деформации и нарушение геометрии. Поэтому рекомендуется гильзовать все цилиндры сразу и производить расточку с учетом новой геометрии от «базы» блока, а не старых осей цилиндров. При необходимости же ремонта только одного цилиндра лучше использовать технологии холодной посадки гильз прессом или установку с зазором.
Способ ремонта №3: «родные» расточенные гильзы и поршни большего диаметра
Блок цилиндров просто растачивается под новые кастомные поршни – не оригинальные, а заказные, под нужный размер. Обычно речь идет о так называемой ковке – поршнях, полученных мехобработкой из болванки, полученной изотермической штамповкой. Такие поршни заметно прочнее обычных литых, но, как всякая индивидуальная работа, она может оказаться не самой удачной.
Даже поршни от солидного производителя требуют большего теплового зазора из-за более высокого коэффициента расширения сплавов для ковки и неучтенной тепловой деформации. И разумеется, более прочный поршень не всегда означает больший срок службы двигателя, так как изнашиваются и кольца, и сам цилиндр. В этом случае многое будет зависеть как от обработки самого цилиндра (в этом случае он сохраняет свои параметры по теплопередаче и геометрии, в отличие от гильзования), так и от нового поршня.
Аналогично действуют и тогда, когда оригинальная поршневая группа очень дорога или редка, а мотор строится для использования каждый день. Это хороший способ в случае, если поршни под ремонтируемый мотор уже освоены хотя бы малой серией или есть испытанные образцы. Ведь работать испытателем тестового мотора не хочется никому.
Впрочем, если вы наберете желающих заказать пятьсот или тысячу поршней, то ваш заказ имеет все шансы быть произведенным по оригинальным технологиям Kolbenschmidt или Mahle, правда, и цена поршней будет как минимум не ниже, чем у оригинальных, зато размер – любой в пределах разумного допуска к штатному и полностью отработанная в серии конструкция.
Полностью алюминиевые блоки без гильз
Делать блоки цилиндров из алюминия без чугунных гильз крайне выгодно. Во-первых, это меньшая масса мотора. Во-вторых, теплопроводность алюминия выше, чем у чугуна, а значит, лучше теплоотвод от самых нагруженных частей мотора. Наконец, и поршни, и головка блока цилиндров тоже выполнены из алюминия, а значит, их коэфициент теплового расширения будет близок к коэффициенту расширения блока. Поэтому можно уменьшить тепловые зазоры до минимума, обусловленного разницей температур поршня и блока цилиндров.
Технологии цельноалюминиевых блоков цилиндров условно можно разделить на три группы материалов, и во всех случаях это будет не «чистый» алюминий, а блок из «крылатого» металла с прочным покрытием цилиндров.
Никасиловые алюминиевые блоки
В первую очередь это Nikasil, который был первым получившим массовое признание как способ производства надежных цельноалюминиевых двигателей без чугунных гильз. Название от компании Mahle стало нарицательным, хотя, может быть, торговая марка аналогичного покрытия от фирмы Kolbenschmidt – Galnical – оказалась не столь благозвучна и вторична…
В первую очередь оно предназначалось для роторных моторов, но получило широчайшее распространение в девяностых годах, а в Формуле-1 используется до сих пор, как и в мотоциклетных моторах. Например, «монстр» Suzuki Hayabusa имеет именно такое покрытие цилиндров. Более прочного и удачного материала для цилиндров пока не придумали, его слой твердый и достаточно вязкий, он толстый и не трескается, его можно немного расточить, если уж удалось его каким-то образом сносить. Но это бывает крайне редко, покрытие практически вечное.
Вот только никель-карбид-алюминиевое покрытие, столь прочное и износостойкое, боится сернистых соединений. И на машинах в США и Канаде, в которых использовали высокосернистый бензин, покрытие быстро выходило из строя. Такого бензина сейчас и не встретить, но есть и другая причина, по которой от покрытия отказались. Оно вечное, но оно и дорогое – технология требует сложного способа гальванического нанесения и механической обработки высокопрочного материала.
Алюсиловые алюминиевые блоки
Поэтому компания Kolbenschmidt предложила использовать весьма старую (запатентована еще в 1927 году компанией Schweizer & Fehrenbach) технологию Alusil для производства блоков цилиндров. Поскольку Кольбеншмидт на тот момент принадлежал Audi Group, то технология быстро была доведена до практического использования.
Основная идея достаточно проста: гильза или весь блок цилиндров целиком изготовлены из сплава алюминия с высоким содержанием кремния, его в нем не менее 17% – это так называемый заэвтектический сплав. При этом кремний содержится в материале не в растворенном виде, а как кристаллы.
Дополнительным плюсом технологии является близость алюминиевых сплавов блока и поршня – те тоже отливают из заэвтектического алюминия, а значит, тепловой зазор будет наименьшим. Вот только упрочненный слой куда тоньше, чем у Никасила, а само покрытие куда более хрупкое, под тончайшей рубашкой из кристаллов кремния всё тот же алюминий. Оно боится и перегрева, и попадания твердых частиц, и даже нагара с колец. А еще боится агрессивных химических соединений серы и других.
При этом способ его производства часто допускает образование каверн и зон с неоднородным качеством покрытия. И пусть сейчас это самая распространенная технология для цельноалюминиевых моторов, но всё же у нее есть свои рамки применения и вытеснить простые чугунные гильзы она не смогла.
Но есть и один почти не используемый плюс: теоретически возможна расточка и восстановление слоя покрытия. Тут нужна лишь специальная технология расточки, удаляющая слой алюминия, а затем формирующая слой сплошного кремния на поверхности и слегка «сглаживающая» кристаллы. Но она требует массовости, а значит, и крупных заводов по восстановлению блоков цилиндров. А их пока нет.
В активе Кольбеншмидта есть еще технология Locasil – сплав, в котором содержание кремния составляет все 27%, но отлить блок цилиндров из него уже нельзя, он слишком хрупкий, зато можно сделать гильзу для блока цилиндров, она будет более износостойкой, чем алюсиловая, но технологии для ремонта у них одни и те же.
Экзотика: плазменное напыление
Встречаются и более редкие варианты. Например, VW в блоках цилиндров печально известных моторов 2.5 TDI используют плазменное напыление. Схожую технологию лазерного нанесения кремния вместо алюсила с химическим травлением используют на новых моторах BMW «глобальной серии» B38-58. Теоретически эта технология прогрессивна и позволяет получить достаточно толстый слой упрочнения с хорошими характеристиками, но явно пока не доведена до совершенства.
Способ ремонта №1: расточка алюминиевых блоков с покрытием
Разумеется, все технологии с поверхностным упрочнением слоя алюминия не предусматривают износ зеркала цилиндра, а значит, и моторов с ремонтными размерами поршневой группы почти нет. Разве что совсем старые моторы BMW под Никасил имели пару ремонтных размеров, но быстро выяснилось, что покрытие либо служит и не изнашивается, либо повреждается и тогда надо менять блок цилиндров в сборе. Соответственно, ремонтные размеры для никасиловых моторов быстро пропали.
Более свежие конструкции обычно не дают даже возможности купить «оригинальные» поршни по заводскому каталогу – только шот-блок в сборе. Обосновывается это, как обычно, заботой о потребителях и высокими стандартами качества. Но поскольку детали поршневой группы заказываются производителем машины «на стороне», то в каталогах производителей поршней оригинальные запчасти найти можно, нужно только выяснить, кто из десятка производителей поставлял их на конвейер.
Иногда можно заказать и ремонтные размеры, например, если у вас есть возможность восстановления покрытия типа алюсила, то этот вариант обеспечит сохранение всех заводских характеристик мотора. Полное восстановление заводских параметров обеспечивает гальваническое или плазменное напыление никасилоподобного или хромового покрытия с последующей расточкой или высокоточное напыление без дальнейшей обработки. Но если уж в серийном производстве не могут обеспечить стабильное качество и ресурс такого покрытия, то при использовании ремонтных технологий ресурс может оказаться еще меньше, всё зависит от исполнителя.
Шансы на качественный ремонт есть, технология широко применяется для мелкосерийного гоночного моторостроения, а там высочайшие требования к покрытию. Вот только цена работ и процедура тестирования будут соответствующие. Из славного советского прошлого множеству заводов достались восстановительные технологии из этой серии. Возможно, где-то применяются ноу-хау, позволяющие производить такое восстановление надежно и недорого, но лично мне такие места не известны. Кто знает, поделитесь!
Дополнительным плюсом использования таких технологий является возможность восстановления только поврежденного цилиндра, что делает такой вариант выгодным при возвращении к жизни именно поврежденного, но не изношенного временем блока.
Способ ремонта №2: гильзование алюминиевых блоков
Но по-настоящему массовой технологией является гильзование. Используются как алюминиевые гильзы с никасиловым покрытием или алюсил-подобные технологии, так и старые добрые чугунные. Алюминиевые гильзы позволяют избежать многих сложностей внедрения чугуна в изначально алюминиевый мотор, но в большинстве случаев алюминиевая гильза поставляется уже с готовой к работе поверхностью и не подвергается дальнейшей мехобработке. А это налагает высокие требования к качеству исполнения всех работ. В противном случае возможны как нарушение геометрии самой гильзы, так и нарушение геометрии шатунно-поршневой группы и, соответственно, снижение ресурса мотора и его характеристик.
Чугунные гильзы куда дешевле, выполняются не под конкретный мотор а подбираются по размеру. В результате гильзовка мотора по этой технологии заметно дешевле и применяется куда чаще. В отличие от посадки чугунной гильзы, в чугун применяется только «горячая» посадка или с применением жидкого азота для охлаждения гильзы и уменьшения ее диаметра.
При использовании качественных гильз и точной мехобработки ресурс поршневой группы может оказаться даже выше, чем у оригинального покрытия, но опять же возможны ошибки в работе мастерской, а значит, могут появиться и локальные перегревы цилиндров, и термодеформации.
Минусами технологии применения чугунных гильз традиционно являются уже упомянутое ухудшение теплоотвода, необходимость использования сильного нагрева блока для «горячей посадки», азотного охлаждения материала или высокотехнологичной технологии сварки вращением и большая вероятность ошибки, чем при использовании алюминиевых гильз.
Чаще всего это будет единственная доступная технология разумного восстановления мотора. Причин на то много: например, нет специализированных алюминиевых гильз, технологий расточки и обработки алюсила и нанесения никасила, что типично для России. Если блок цилиндров был перегрет и нарушилась его геометрия, то нужна гильза, рабочую поверхность которой можно будет расточить под новую геометрию блока, и тут выбор технологий восстановления сужается до чугуна или растачиваемых алюсиловых гильз.
Поршни под гильзованные моторы подбираются из числа оригинальных по уже описанной технологии или изготавливаются специальные заказные, как и для моторов со штатной рабочей поверхностью цилиндра из чугуна.
99% всех двигателей производится по описанным технологиям, а значит, шансы на восстановление есть всегда. Главное – найти хорошего исполнителя с обкатанной технологией восстановления, поставщика качественных запчастей и ответственно отнестись к проверке получившего новую жизнь мотора.
Очень часто прошедший полное восстановление двигатель служит недолго вовсе не из-за ремонтных технологий, а из-за экономии «на спичках»: на шпонках, болтах, цепях, натяжителях…
И кроме того, всегда есть альтернатива в виде контрактного мотора,(«Контрактный» мотор – брать или не брать? ) шот-блока или нового/восстановленного заводом двигателя, просто соотнесите материальные затраты, временные и шансы на успешную реализацию проекта. А может быть, имеет смысл сразу поставить в машину мотор более надежной серии? Но про так называемый swap мы расскажем как-нибудь потом.
Post scriptum
Вне рамок обсуждения остались технологии штатно заменяемых цилиндров и гильз, но я не могу вспомнить машин, в которых это используется, корме «воздушников» на Porsche 911 да некоторых мотоциклов.